电力系统新能源电源规划及储能配置方法

电力系统新能源电源规划及储能配置方法

马超群

国网山西省电力公司晋城供电公司，山西省晋城市 048000

摘要：近年来，随着风能和太阳能光伏的快速发展以及局部地区新能源消耗的问题，新能源规划受到了广泛的关注。但是，难以将传统的电源计划方法应用于新能源计划中。一方面，在基于连续负荷曲线的电力系统生产模拟计算中，难以准确、灵敏地反映负荷和新能源输出的时间序列特征变化对系统运行的技术经济指标的影响，导致系统运行成本估算的偏差。另一方面，基于功率平衡的规划方法不能考虑新能源的时空特征和电力系统的容量，从而无法对新能源的并网运行进行情况的估计偏乐观。鉴于此，本文就主要针对电力系统新源电源规划及储能配置方法进行分析研究。

关键词：电力系统；新能源；电源规划；储能配置

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：

引言：

新能源是指直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能，其可以节约和代替部分化石能源，是优化能源结构，调整产业结构的主要渠道。而合理的新能源电源规划方案能够对新能源并网发展进行引导。但是，在实际过程中，由于能源政策、技术成本等不确定因素的影响，新能源电源的装机容量增长可能会与规划目标存在偏差。因此，研究考虑资源特性和电力系统运行特性的新能源电源规划方法及提高电力系灵活性的储能优化配置方法具有重要意义。

一、电力系统新能源电源规划的研究现状

1.传统电源规划与生产模

电源规划主要解决当国民经济发展、电力系统用户对电力和电能的需要不断增加时，需要新增多少发电容量、应该选择何种发电技术、新建发电技术应该在何地布局、以及应该在何时建设和投运，才能既满足电力可靠供应、又兼顾投资的经济合理。传统电源规划方法根据全年电量平衡和最大负荷需求情景下的电力平衡来确定电源的发展需求。当电源发展需求确定后，一般采用电力系统生产模拟方法来分析电源规划方案的技术经济特性。将年/月/周等时间尺度的时序负荷曲线按照负荷功率大小排序派生得到的持续负荷曲线，可以直观获取年/月/周等时间尺度的最大负荷与最大电量平衡需求，被广泛应用于电力系统生产模拟计算。通过合理安排承担基荷、腰荷、峰荷的火电机组以及水电机组在持续负荷曲线上的位置和出力水平，模拟电力系统发电调度过程，从而计算出最优运行方式下各发电机组的发电量和燃料消耗量以及系统总生产成本。

2.电力系统时序生产模拟方法

新能源（如：风电、太阳能光伏发电）出力具有间歇性和时序变化特性，且发电运行边际成本低，发电调度优先级高于化石燃料机组。对以火电为主的电力系统来说，大规模新能源并网使得火电机组面对的电力平衡需求由规律性变化、波动性较小的负荷转变为随机变化、波动性较强的净负荷（负荷减去新能源发电）。为了应对新能源出力的变化并保证其优先接纳，机组运行状态需要频繁改变。运行过程中，火电机组调峰深度增大、启停机次数增加都会增加系统的运行成本。因此，为了准确评估新能源大规模并网电力系统生产成本，需要建立能够考虑新能源时序出力变化和机组运行特性的电力系统时序生产模拟方法。机组组合模型以计算时段（通常为24~168个时段）内的总运行成本最小为优化目标，考虑系统功率平衡、旋转备用要求等电力系统运行约束，以及火电机组运行范围、爬坡限制、最小启停时间等约束，可以决策所有火电机组在各个小时的启停状态和输出功率，反映系统时序电力平衡情况。

二、电力系统新能源电源的规划方法分析

新能源电源规划主要考虑新能源在电力系统中的并网运行情况。基于电力系统的构成，可以分别考虑网架输电能力和电源调节能力对新能源并网运行的影响，并进一步提出相应的确定新能源并网容量的方法。

（1）考虑到网架输电能力的新能源电源规划方法，主要采用了电力系统潮流计算模型，通过建立数学优化模型，考虑潮流分布、线路输电能力、可能的输电阻塞的影响，对电网各节点的风电并网容量和光伏并网容量进行决策。

（2）考虑电源调节能力影响的新能源电源规划方法，其包括考虑静态和时序电力系统运行特性的方法。静态的电力系统运行特性主要指系统调峰能力。根据系统典型运行方式下的最大调峰能力来估算全年新能源接纳能力，以制定发展目标。同时考虑机组调峰能力及电网输送能力，分析未来水平年省级电网按既定新能源装机容量发展，系统可接纳的新能源发电量。

（3）考虑时序的电力系统运行特性需要采用时序生产模拟方法，并结合场景分析法对新能源电源规划方案进行经济技术比较，以辅助规划决策。为此，首先根据新能源发电量占比要求，再结合负荷电量预测和新能源平均年发电小时数确定需要新增的新能源电源容量，并设计不同的风电和光伏发电新增容量组合方案，最后采用时序生产模拟方法对系统全年运行过程进行模拟计算，对不同的新能源电源组合进行校验和评价。采用这种方法，还可以分析不同的新能源渗透率下的新能源电源规划方案。该类方法适用于灵活性充裕的电力系统。例如：若系统灵活性无法保证新能源全额接纳，则需要评估弃风、弃光电量的大小，修正新能源规划方案，以保证新能源发电量目标的实现。

三、电力系统新能源电源的储能配置方法探究

1.基于阻尼振荡和提高暂态稳定性的储能配置

电力系统稳定器（PSS）可以有效抑制电力系统局部振荡，但对于互联电网的复杂振荡模式控制效果并不理想，无法有效解决区域电网联络线间的功率振荡问题。而利用储能技术灵活的功率补偿特性可以抑制系统的低频振荡、次同步振荡以及扭振等。基于提高系统稳定性的储能配置，配置范围从简单局部网络延伸到多机复杂系统；优化方法初期多采用时域仿真法。时域仿真法能够模拟电网受到扰动后系统的各个参量随时间变化的具体过渡过程，从而反映系统的稳定程度。

2.基于提高电压稳定性的储能配置

风能是一种间歇性能源，且风速预测存在一定误差，导致风电场不能提供持续稳定的电能。大量分布式电源分散接入配电网，给电网运行与控制带来新的机遇和挑战。当风电场出力较高时，风电场的无功需求以及输电线路的无功损耗增加，造成局部电网无功不足，电压稳定裕度下降，危及电网的安全稳定运行。目前风电场多采用静止无功补偿器（SVC）快速补偿无功功率，维持并网点电压稳定，但SVC不能控制风电场输出的有功功率。储能可满足协调控制电网有功、无功功率的需求，能有效改善并网风电场的稳定性。

3.基于参与电网调频的储能配置

在新能源大量接入以及传统机组调频容量有限的情况下，利用储能电源反应快速的特点调节系统频率，既可以避免发电机组的过度磨损，又可以部分补充系统备用容量，从而达到提升电能品质的目的。当需要储能辅助一次调频机组动作时，应尽量将储能装置安装在需要配合的机组母线侧，以便接受相同变化指令调整出力。接受指令后可以对比所选储能类型的动作时间和一次调频机组的动作快慢，合理安排调频动作顺序。对于储能配合自动发电控制（AGC）机组的频率调整，按比例分配一定负荷给储能装置，由此补充备用容量的不足。

结语：

综上所述，储能装置是一种提高系统灵活性的有效措施。为从根源避免新能源消纳问题，针对规模日益扩大的大区电力系统，而文中的分析结论对储能应用规划具有积极的指导作用。由于储能自身具有优越的技术性能，结合各种先进的控制策略，使储能应用不再存在技术难题，但是如何在满足技术需求的同时减少储能系统的配置容量是储能规划追求的最终目标。

参考文献：

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[2]丛晶，盖佳麒，张焕.风-蓄联合系统中电源规划方法研究[J].陕西电力，2015

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