樊國(guó)旗，王秋碩，黃 健，張 波，林 振，宋憲可，呂 齊，支月媚

（1.國(guó)網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321001；2.國(guó)網(wǎng)龍泉市供電公司，浙江 龍泉 323700）

0 引 言

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要舉措[1-2]，電網(wǎng)隨著新能源的大規(guī)模接入和負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，受到源荷不確定性（新能源出力不確定性和負(fù)荷大小不確定）和電網(wǎng)傳輸約束影響，將產(chǎn)生供電能力不足問(wèn)題[3-5]。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，在源荷不確定性方面，文獻(xiàn)[6 -7]根據(jù)電力損失概率建立儲(chǔ)能等其他調(diào)節(jié)資源與新能源動(dòng)態(tài)配置模型。 在斷面?zhèn)鬏敿s束方面，文獻(xiàn)[8]根據(jù)新能源和負(fù)荷大小建立斷面動(dòng)態(tài)限額控制方法；文獻(xiàn)[9]針對(duì)受端電網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}，提出安裝調(diào)相機(jī)和切負(fù)荷控制提高電壓支撐能力方法。

上述文獻(xiàn)多通過(guò)正常狀態(tài)下平抑新能源波動(dòng)、優(yōu)化等效負(fù)荷、提高供電能力或者緊急狀態(tài)下切負(fù)荷增強(qiáng)電壓支撐能力，沒(méi)有通過(guò)緊急狀態(tài)下調(diào)用柔性負(fù)荷代替切負(fù)荷并結(jié)合正常狀態(tài)下優(yōu)化等效負(fù)荷的方法，因此，本文提出一種新型電力系統(tǒng)下源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度方法，針對(duì)緊急狀態(tài)下受端電網(wǎng)電壓支撐不足問(wèn)題，采取調(diào)用柔性負(fù)荷代替切負(fù)荷結(jié)合儲(chǔ)能和火電機(jī)組共同調(diào)節(jié)方法，提高電壓支撐能力；針對(duì)正常狀態(tài)下電力供應(yīng)不足問(wèn)題，采取柔性負(fù)荷和儲(chǔ)能調(diào)用優(yōu)化等效負(fù)荷，減少電力供電不足電量。

1 新型電力系統(tǒng)特性分析

某地區(qū)新能源以光伏為主，光伏隨機(jī)性較強(qiáng)，受氣象影響較大，例如光照強(qiáng)度、云遮擋和晴雨，該地區(qū)最大日新能源、最大日負(fù)荷和等效負(fù)荷如圖1 所示，新能源出力準(zhǔn)確率如圖2 所示，其中0.8 表示最大日新能源乘0.8 倍系數(shù)。

圖1 負(fù)荷、新能源和等效負(fù)荷曲線

圖2 新能源出力準(zhǔn)確率

等效負(fù)荷為負(fù)荷與新能源的差值，如式（1）所示。

式中：PL，eq，t為等效負(fù)荷功率；PL，t為負(fù)荷功率；PN，t為新能源功率。

該地區(qū)為受端電網(wǎng)，負(fù)荷增長(zhǎng)較快，存在電力供應(yīng)不足問(wèn)題，電力供應(yīng)不足量PL，a，t如式（2）所示。

2 源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度研究

2.1 柔性負(fù)荷

柔性負(fù)荷劃分如圖3 所示，緊急狀態(tài)下可以通過(guò)頻率響應(yīng)負(fù)荷和電壓響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行控制，頻率響應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)速度最快，開(kāi)關(guān)型負(fù)荷可以直接與電網(wǎng)斷開(kāi)，減小功率。 溫控型負(fù)荷通過(guò)改變溫度，達(dá)到減小功率的目的，調(diào)節(jié)速度較快。 電價(jià)響應(yīng)負(fù)荷為對(duì)電價(jià)較為敏感負(fù)荷，將生產(chǎn)由高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移至電價(jià)低谷時(shí)段，響應(yīng)速度最慢，因此電價(jià)響應(yīng)負(fù)荷適合正常狀態(tài)下控制。 其調(diào)用成本由高到底依次為開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)方式頻率響應(yīng)負(fù)荷、溫控型調(diào)節(jié)方式頻率響應(yīng)負(fù)荷和電價(jià)響應(yīng)負(fù)荷。

圖3 柔性負(fù)荷劃分

2.1 緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法

某地區(qū)電網(wǎng)處在主網(wǎng)末端，為受端電網(wǎng)，存在故障低電壓?jiǎn)栴}。 傳統(tǒng)電網(wǎng)控制方法中，通過(guò)切負(fù)荷穩(wěn)定電壓，由于切負(fù)荷沒(méi)有選擇性，對(duì)用戶影響較大。 源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)能提高電壓支撐，頻率響應(yīng)負(fù)荷主動(dòng)減小負(fù)荷，提高電壓頻率恢復(fù)能力，如果電壓恢復(fù)到預(yù)期目標(biāo)，則滿足恢復(fù)條件；如果電壓沒(méi)有恢復(fù)到預(yù)期目標(biāo)，需要切負(fù)荷。 源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制方法和傳統(tǒng)控制電壓方法對(duì)比如圖4 所示。

圖4 源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制方法和傳統(tǒng)控制電壓方法對(duì)比

火電機(jī)組和儲(chǔ)能電壓支撐能力對(duì)比如圖5 所示，綠色曲線為1000 MW 儲(chǔ)能電壓支撐能力，藍(lán)色曲線為350 MW 火電機(jī)組電壓支撐能力，儲(chǔ)能的電壓支撐能力大約相當(dāng)于相同容量火電機(jī)組的30%。

圖5 電壓支撐能力對(duì)比

2.2 正常狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法

負(fù)荷高峰期間，該地區(qū)電網(wǎng)受到聯(lián)絡(luò)線限制，存在電力供應(yīng)不足問(wèn)題，正常狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制為減小系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差，解決電力供應(yīng)不足問(wèn)題。

系統(tǒng)等效負(fù)荷峰谷差δi如式（6）表示：

圖6 柔性負(fù)荷正常狀態(tài)下控制方法

功率平衡約束如式（9）、聯(lián)絡(luò)線功率Ptran，t約束如式（10）、火電機(jī)組功率PF，t約束如式（11）。

3 算例分析

3.1 地區(qū)情況

某地區(qū)日最大負(fù)荷和日最大新能源如圖1 所示。 火電機(jī)組5 臺(tái)，最大、最小功率分別為300 MW 和150 MW，電價(jià)響應(yīng)負(fù)荷可控制功率為150 MW，頻率響應(yīng)負(fù)荷可控制功率為50 MW（開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)負(fù)荷20 MW，溫控型調(diào)節(jié)負(fù)荷30 MW），該地區(qū)加裝150 MW/300 MW 儲(chǔ)能。

3.2 緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法驗(yàn)證

某地區(qū)電網(wǎng)通過(guò)單相接地短路，驗(yàn)證緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法的有效性，人工接地的地點(diǎn)及形成瞬時(shí)接地的方法根據(jù)電網(wǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行布置，采取安全、可靠，便于實(shí)施和操作的原則，單相接地短路接地點(diǎn)如圖7 所示。

圖7 單相接地短路接地點(diǎn)示意圖

通過(guò)調(diào)用柔性負(fù)荷、儲(chǔ)能和火電機(jī)組控制策略，斷面?zhèn)鬏斚揞~由原來(lái)700 MW 提升至830 MW，人工單相接地試驗(yàn)電壓和仿真結(jié)果電壓對(duì)比如圖8 所示，由仿真電壓和試驗(yàn)電壓對(duì)比驗(yàn)證本文緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法的正確性。

圖8 試驗(yàn)電壓和仿真電壓對(duì)比

3.3 正常狀態(tài)下源荷儲(chǔ)控制方法驗(yàn)證

（1）原調(diào)度方法

原調(diào)度方法等效負(fù)荷曲線和電力供應(yīng)不足如圖9 所示。

圖9 原調(diào)度方法情況

圖9 中，紅色陰影區(qū)域?yàn)殡娏?yīng)不足區(qū)域，由圖9 可知，原電力供應(yīng)不足電量為1061.5 MWh，原最大負(fù)荷為2477.9 MW，原最小負(fù)荷為1533.6 MW，原等效負(fù)荷峰谷差為924.3 MW。

（2）源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法

日前調(diào)度中電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化前后對(duì)比及電價(jià)負(fù)荷調(diào)用情況如圖10 所示。

圖10 原調(diào)度方法

由圖10 可知，電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化后最大等效負(fù)荷為2327.9 MW，電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化后最小負(fù)荷為1615.6 MW，電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化后等效負(fù)荷峰谷差為712.3 MW，峰谷差相比未電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化前降低23.9%；等效負(fù)荷高峰減小用電量為862.5 MWh，等效負(fù)荷低谷增加用電量為612.5 MWh。

電價(jià)負(fù)荷優(yōu)化后采取緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制方法供電能力和原供電能力對(duì)比如圖11（a）所示，由于午間時(shí)段較短，因此電價(jià)負(fù)荷未參與優(yōu)化，儲(chǔ)能優(yōu)化后等效負(fù)荷如圖11（b）所示，儲(chǔ)能功率為次坐標(biāo)。

由圖11 可知，原供電能力下電力供應(yīng)不足電量為235.1 MWh，相比電價(jià)負(fù)荷未優(yōu)化前等效負(fù)荷電力供應(yīng)不足電量降低77.8%；采取緊急狀態(tài)下源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制方法電力供應(yīng)不足電量為0 MWh。由圖11 可知，儲(chǔ)能優(yōu)化后最大等效負(fù)荷為2218 MW，儲(chǔ)能優(yōu)化后最小負(fù)荷為1746 MW，儲(chǔ)能優(yōu)化后等效負(fù)荷峰谷差為472 MW，峰谷差相比未儲(chǔ)能優(yōu)化前降低33.7%。

圖11 調(diào)度情況對(duì)比

（3）敏感因素影響分析

原調(diào)度方法、源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)方法和新建一臺(tái)火電機(jī)組下新能源出力準(zhǔn)確率與電力供應(yīng)不足電量關(guān)系如圖12 所示（新能源出力準(zhǔn)確率大于1表示隨著新能源裝機(jī)增加，新能源對(duì)系統(tǒng)的影響）。

圖12 新能源出力準(zhǔn)確性影響

由圖12 可知，隨著新能源出力準(zhǔn)確性降低，電力供應(yīng)不足電量增加較快，原調(diào)度方法中隨著新能源裝機(jī)增大，對(duì)減小電力供應(yīng)不足影響較?。辉春蓛?chǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法中，新能源出力準(zhǔn)確性小于0.3 時(shí)出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺(tái)火電機(jī)組，采取原調(diào)度方法，新能源出力準(zhǔn)確性小于0.4 時(shí)出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺(tái)火電機(jī)組采取緊急狀態(tài)控制方法，新能源出力準(zhǔn)確性小于0.2 時(shí)出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺(tái)火電機(jī)組采取源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制方法，不會(huì)產(chǎn)生電力缺口。

4 結(jié) 論

源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)可以提升緊急狀態(tài)下電壓支撐能力，解決受端電網(wǎng)故障低電壓?jiǎn)栴}，提升斷面限額，增加電網(wǎng)的供電能力。

源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)正常狀態(tài)下可以提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，減少負(fù)荷峰谷差，同時(shí)促進(jìn)新能源消納，促進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

源荷儲(chǔ)控制技術(shù)雖然可以增加電網(wǎng)斷面限額的傳輸能力、提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，但是隨著經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，負(fù)荷不斷增大，需要加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度的協(xié)調(diào)，增加電源建設(shè)，保證電力系統(tǒng)安全。