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        新時代下新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展研究

        2021-09-27 07:49:48崔陸兵
        光源與照明 2021年2期
        關(guān)鍵詞:熱電發(fā)電廠發(fā)電

        崔陸兵

        寧夏百新熱力有限公司,寧夏 銀川 750200

        0 引言

        新能源發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)下研究的主流方向,但是隨著我國新能源發(fā)電規(guī)模的不斷發(fā)展,受限于新能源發(fā)電的不確定性因素,導(dǎo)致新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果不理想,使電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度趨于復(fù)雜化,限制新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)展,進(jìn)而造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)情況[1]。因此,為了切實(shí)保障新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)展,文章結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出全新的虛擬發(fā)電廠管理模式,以保障新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

        1 基于新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的虛擬發(fā)電廠簡介

        1.1 虛擬發(fā)電廠功能

        虛擬發(fā)電廠本身具備資源整合與信息共享的核心功能,同時具備運(yùn)行狀態(tài)檢測及經(jīng)營管理的能力[2]。

        (1)資源整合功能特性。①多樣化資源接入。虛擬發(fā)電廠有許多可訪問的資源,可概括為三個方面,即發(fā)電單元、能量存儲系統(tǒng)和電力負(fù)荷。②介入資源的區(qū)域可分散性。虛擬發(fā)電廠采用先進(jìn)通信系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享,接入不同虛擬發(fā)電廠中。③接入資源切實(shí)可控。通常虛擬發(fā)電廠接入資源已簽訂相關(guān)協(xié)議,由此使調(diào)度控制中心對資源具備較高的控制權(quán)限[3-4]。

        (2)信息共享與采集特性。①信息采集。虛擬發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行,通常需要采集關(guān)鍵性信息加以支撐,同時需時刻關(guān)注氣象、電力市場價格波動等信息。②信息分析及處理。虛擬發(fā)電廠數(shù)據(jù)采集后的數(shù)據(jù)分析主要涵蓋各單元運(yùn)行、生產(chǎn)及維護(hù)類數(shù)據(jù),同時涵蓋電價交易、耗電量、用戶行為等營銷類數(shù)據(jù)。③信息傳輸及共享。虛擬發(fā)電廠依托通信技術(shù)采集信息,并由此將信息傳輸至控制中心,再由控制中心下達(dá)指令傳遞至各個單元。

        (3)運(yùn)行狀態(tài)檢測功能特性。新能源發(fā)電本身具備一定的不確定性,因此需要虛擬發(fā)電廠結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)信息,并通過數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果預(yù)測新能源發(fā)電量。然后進(jìn)行電力負(fù)荷的預(yù)測,虛擬發(fā)電廠本身具有相對強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可掌握用戶的功耗規(guī)律,并通過分析各種因素最終實(shí)現(xiàn)對電力負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測。

        1.2 虛擬發(fā)電廠運(yùn)行控制結(jié)構(gòu)

        虛擬發(fā)電廠的運(yùn)行控制結(jié)構(gòu)可細(xì)分為以下類型。

        (1)集中控制類。在集中控制結(jié)構(gòu)下,虛擬發(fā)電廠將建立一個控制中心,以鏈接每個單元的所有信息和數(shù)據(jù),并具有相應(yīng)的絕對控制權(quán),從而可以很好地控制每個單元的能源信息和貨幣流量。需注意的是,該結(jié)構(gòu)只有一個控制中心,因此擁有的信息交換、分析和處理能力將對虛擬發(fā)電廠的發(fā)展運(yùn)行造成一定的限制作用。同時,該控制中心受到接口數(shù)量及種類的限制,進(jìn)而對虛擬發(fā)電廠的兼容性和擴(kuò)展性造成影響。

        (2)分散控制類。分散控制虛擬發(fā)電廠本身具有許多不同級別的控制中心,可細(xì)分為上下兩層,上層控制中心通常對下層控制中心具有完全控制權(quán)。其中,上級控制中心能夠結(jié)合下級控制中心各單元的特性來設(shè)置科學(xué)合理的任務(wù),進(jìn)而發(fā)揮相應(yīng)的優(yōu)勢,促使虛擬發(fā)電廠能夠維持最佳運(yùn)行狀態(tài),以提升虛擬發(fā)電廠本身的兼容性及擴(kuò)展性。此外,還有一種完全分散控制結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)缺乏統(tǒng)一控制中心,通常子結(jié)構(gòu)會依托自身利益而忽略虛擬發(fā)電廠整體利益。因此,該結(jié)構(gòu)下的虛擬發(fā)電廠在信息管理及運(yùn)行管理上的要求更高,各子系統(tǒng)間必須達(dá)成高度的協(xié)調(diào)合作狀態(tài)。

        2 新時代下新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展策略

        由上文分析可知,當(dāng)前新能源發(fā)電的類型較多,但是其本身具有一定的不確定性,因此需要建立虛擬發(fā)電廠,以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度控制。為此,在具體操作上,需要構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合調(diào)度虛擬發(fā)電廠模型。

        2.1 新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行限制

        新能源電力系統(tǒng)主要包括熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)、傳統(tǒng)火電、風(fēng)電新能源電源及熱力發(fā)電站等元素。當(dāng)前,我國運(yùn)行較為廣泛的主要是CHP機(jī)組,該機(jī)組具備熱電雙重特性。原則上,該單元專門使用高檔高壓缸運(yùn)行進(jìn)行發(fā)電,然后將輸出的蒸汽直接排放至壓力缸中,以繼續(xù)運(yùn)行。 在此過程中,有必要實(shí)時優(yōu)化和調(diào)節(jié)蝶閥,以提取一部分蒸汽進(jìn)行熱處理。壓力缸中剩余的蒸汽將流入低壓缸,以進(jìn)行連續(xù)膨脹操作,最后排放至冷凝器中冷卻。蒸汽完全冷卻后,所凝結(jié)的水還可循環(huán)利用。CHP機(jī)組的運(yùn)行特性如圖1所示。

        圖1 CHP機(jī)組運(yùn)行特性圖

        圖1中,Cv表示CHP機(jī)組進(jìn)氣量到達(dá)一定程度時,所產(chǎn)生的每單位熱量需要減少的發(fā)電功率;Cm表示CHP機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下的背壓值;h0表示CHP機(jī)組運(yùn)行下,功率最小時的供熱情況,;hmax表示CHP機(jī)組的最大熱能功率;Pmax、Pmin表示CHP機(jī)組啟動暫停運(yùn)行狀態(tài)下的最大和最小發(fā)電功率;B、C表示最小蒸汽量工況線。

        由于CHP機(jī)組本身具有供熱特性,在非供暖時間段可借助關(guān)閉蝶閥的形式,促使運(yùn)行狀態(tài)趨向于常規(guī)發(fā)電組,維持單純發(fā)電的狀態(tài)。

        CHP機(jī)組在供暖時的熱電耦合限制描述如下:

        2.2 基于虛擬發(fā)電廠模型的新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行策略

        由于CHP機(jī)組的運(yùn)行涉及熱電聯(lián)合運(yùn)行的限制,導(dǎo)致電力系統(tǒng)在運(yùn)行中的發(fā)電功率明顯受限。風(fēng)電協(xié)調(diào)輸出的不確定因素,也限制了風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的效果。為此,有必要建立虛擬發(fā)電廠模型,并結(jié)合該模型合并不同的運(yùn)行單元,包括熱電聯(lián)產(chǎn),常規(guī)火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電,火力發(fā)電廠等。借助虛擬發(fā)電廠模型,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度處理,實(shí)現(xiàn)各個單元的完全控制。虛擬發(fā)電廠模型圖如圖2所示。

        圖2 虛擬發(fā)電廠模型圖

        (1)依托控制虛擬發(fā)電廠內(nèi)電鍋爐、儲熱罐的運(yùn)行,促使CHP機(jī)組熱量輸出盡可能保持在預(yù)期范圍,從而保障CHP機(jī)組的輸出以電功率為主,由此能夠極大的緩解“熱電耦合”的限制。并且,還將切實(shí)保障CHP機(jī)組發(fā)電功率的可控范圍,真正達(dá)到靈活運(yùn)行的目標(biāo)。

        (2)借助調(diào)控CHP機(jī)組的進(jìn)氣量,可促使該機(jī)組電功率始終處于相應(yīng)水平,同時借助CHP機(jī)組較高的能源利用率特點(diǎn)控制能源損耗,從而有效降低運(yùn)行成本。此外,還能夠極大的提升電力系統(tǒng)調(diào)峰能力,從而給風(fēng)電網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)控提供廣闊空間。

        (3)虛擬發(fā)電廠中的電鍋爐不僅僅是供熱設(shè)備,同時具有重要的用電負(fù)荷作用。因此,引入電鍋爐可以相應(yīng)增強(qiáng)電網(wǎng)本身的用電負(fù)荷,進(jìn)而增大風(fēng)電消納,減少棄風(fēng)現(xiàn)象。

        (4)積極響應(yīng)相關(guān)政策號召,在實(shí)時、分時電價定價等方面,充分結(jié)合市場規(guī)律進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行。

        3 結(jié)束語

        當(dāng)前,針對新能源電力系統(tǒng)仍然缺乏具體的定義,主要是由于新能源電力系統(tǒng)隨著大規(guī)模新能源發(fā)電的融入,其本身所能輸出功率存在明顯的不確定性,使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在具體結(jié)構(gòu)、控制方式及管理辦法等多方面發(fā)生轉(zhuǎn)變,并最終由此生成全新的虛擬發(fā)電廠。結(jié)合當(dāng)下新能源電力系統(tǒng)發(fā)展情況可知,新能源電力系統(tǒng)的虛擬發(fā)電廠運(yùn)行模式將成為主流模式,并由此形成特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的電力傳輸通道,構(gòu)成需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的全新電力系統(tǒng)。

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