高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題綜述

高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題綜述

Summary：電能不同于其他形式的能源，目前依然不能大量?jī)?chǔ)存。電網(wǎng)電能的使用要求供需平衡，即電廠的發(fā)電量與用戶的用電量要在短時(shí)間內(nèi)保持平衡。當(dāng)供需平衡被打破時(shí)，將會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響，發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象。這就需要相應(yīng)的手段來(lái)進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)峰，保持電力供需平衡。電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題是伴隨著電力系統(tǒng)一同出現(xiàn)的，且會(huì)長(zhǎng)期存在。在我國(guó)以煤電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，面對(duì)調(diào)峰問(wèn)題所采取的方式一般為通過(guò)控制鍋爐進(jìn)煤量，從而控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)矩與火力發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩保持相同，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在合適的范圍內(nèi)。另外，也會(huì)通過(guò)峰谷電價(jià)對(duì)用戶用電和蓄水電站等調(diào)峰設(shè)施建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)，滿足調(diào)峰需求。風(fēng)力、光伏等非水力可再生能源發(fā)電與負(fù)荷之間在時(shí)空分布特性上差別較大。隨著可再生能源裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，火電機(jī)組的逐步退出，以控制火力發(fā)電出力的傳統(tǒng)調(diào)峰方式將難以滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求。Keys：高比例；可再生能源；電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題引言由于風(fēng)能、光伏發(fā)電等可再生能源的波動(dòng)性、不確定性和不可預(yù)測(cè)性，需要增加獲得可再生能源的機(jī)會(huì)，以實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的最高性能。當(dāng)前的峰值成本分配機(jī)制將發(fā)電內(nèi)部的峰值成本與電力或電費(fèi)成比例地進(jìn)行平衡，并未指明各種項(xiàng)目的成本，如負(fù)荷和可再生能源。確定最高性能需求承擔(dān)者并制定公平合理的機(jī)制，以提高最高成本，將有助于促進(jìn)發(fā)電，為可再生能源消費(fèi)提供援助。目前正在對(duì)最高性能的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行廣泛研究。其中包括設(shè)計(jì)和實(shí)施不同區(qū)域的市場(chǎng)設(shè)計(jì)和效果；燃煤電廠的成本和經(jīng)濟(jì)效益；電力和水力發(fā)電機(jī)組對(duì)峰值性能進(jìn)行量化；規(guī)劃風(fēng)能交易；計(jì)算和分配風(fēng)引起的空調(diào)成本；以及共同優(yōu)化和分配用戶方的峰值。1造成供需不平衡的原因分為時(shí)間上不平衡和空間上不平衡兩種：１）可再生能源出力的隨機(jī)性、調(diào)峰資源的容量與功率限制以及負(fù)荷曲線的變化三者之間的矛盾，是造成高比例可再生能源電力系統(tǒng)在多個(gè)時(shí)間尺度上電力、電量不平衡的主要原因。平衡三者之間的關(guān)系，提高系統(tǒng)整體的靈活性，使出力曲線與負(fù)荷曲線能夠更好地?cái)M合，是解決這類問(wèn)題的根本途徑。這就要求可再生能源出力在各類調(diào)峰資源的調(diào)控下變得平穩(wěn)可調(diào)節(jié)的同時(shí)，負(fù)荷曲線也盡可能地減小峰谷差與變化率，減小電源與調(diào)峰資源的調(diào)峰壓力。實(shí)現(xiàn)以上變化，需要國(guó)家政策、技術(shù)發(fā)展、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性改造以及市場(chǎng)環(huán)境多方面共同支持。２）可再生能源機(jī)組為盡可能提高發(fā)電量，其選址往往與調(diào)峰資源和負(fù)荷中心相距較遠(yuǎn)。再加上高電壓輸電線路較少、輸電量限制等因素造成高比例可再生能源電力系統(tǒng)電力、電量在空間上不平衡。因此，需要建設(shè)更多的輸電線路，使得電源、調(diào)峰資源、負(fù)荷之間的聯(lián)系更加緊密，采取更加有利、經(jīng)濟(jì)的調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)電力、電量空間平衡。2熱電廠輔助調(diào)峰原理為了最大限度地利用新能源，盡量減少風(fēng)力干擾，今天的重點(diǎn)是提高電力系統(tǒng)的靈活性，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在低于技術(shù)力量最小值的狀態(tài)，例如b.最小峰值、漏電距離和制動(dòng)速度。操作溫升較高的集料的成本大幅下降，操作者準(zhǔn)備不足，能源和污染物排放改善了現(xiàn)有發(fā)電廠采用加熱水箱和能源價(jià)格通道的情況，輔助控制機(jī)制如b.對(duì)換熱器的配置和電池驅(qū)動(dòng)散熱器的使用進(jìn)行了熱耦合配置。高應(yīng)力熱工程中使用的穩(wěn)態(tài)熱和熱能是一種大型熱源，用作低變速器或真空泵的發(fā)動(dòng)機(jī)，由高電壓系統(tǒng)、蓄熱器、換熱器、熱量輸送控制控制器、高溫外殼和自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。發(fā)電是在電網(wǎng)規(guī)定的降雨時(shí)間內(nèi)供電，同時(shí)熱量轉(zhuǎn)化為熱量，同時(shí)持續(xù)吸收熱量。當(dāng)熱達(dá)到指定的上限或冷卻時(shí)間結(jié)束時(shí)，電源將停止。如有必要，可使用散熱裝置控制器將散熱裝置重新連接至熱交換器。換熱器將熱量從溫暖內(nèi)存轉(zhuǎn)化為熱水、暖風(fēng)或蒸汽。通過(guò)增加能量服務(wù)器，電廠可以將電能存儲(chǔ)為熱能，而不會(huì)增加負(fù)荷，并在非熱源時(shí)段使用電能進(jìn)行供熱，從而實(shí)現(xiàn)能量的變化。3高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題可再生能源并網(wǎng)比例不斷增高，在電力系統(tǒng)調(diào)峰資源配置不合理的情況下，將會(huì)出現(xiàn)以下主要問(wèn)題：１）風(fēng)電光伏同處出力低谷時(shí)造成高比例可再生能源電力系統(tǒng)暫時(shí)性電力短缺：風(fēng)電光伏等可再生能源因其出力間歇性問(wèn)題會(huì)造成大量的電力過(guò)?；蛘呔o缺，過(guò)量安裝風(fēng)電光伏機(jī)組雖可解決此類部分問(wèn)題，但會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。２）風(fēng)、光等可再生能源距調(diào)峰資源、負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，調(diào)峰資源難以調(diào)用：未來(lái)風(fēng)電光伏機(jī)組或成為電力系統(tǒng)主要出力機(jī)組，風(fēng)光資源與調(diào)峰資源、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷中心空間上的不重合會(huì)造成電網(wǎng)的頻繁調(diào)度，增加聯(lián)絡(luò)線負(fù)擔(dān)，降低系統(tǒng)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。３）高比例可再生能源出力受氣候影響波動(dòng)巨大，挑戰(zhàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行：面對(duì)負(fù)荷波動(dòng)問(wèn)題，單純依靠風(fēng)電光伏電源難以解決，且風(fēng)電光伏出力也伴隨著劇烈波動(dòng)。現(xiàn)有調(diào)峰機(jī)組跟隨性差、爬坡速率低以及反應(yīng)速度慢，各項(xiàng)指標(biāo)均難以滿足負(fù)荷快速變化的需求。4需求側(cè)參與電力系統(tǒng)調(diào)峰技術(shù)4.1高低電壓穿越能力改造對(duì)可再生能源組故障轉(zhuǎn)移的調(diào)制是除了安裝糾錯(cuò)功能之外，提高交叉系統(tǒng)能力的另一類技術(shù)。硬件定制大大提高了適配器對(duì)系統(tǒng)電壓變化的適應(yīng)能力。典型的保護(hù)電路包括兩個(gè)類別，稱為消費(fèi)者電路:一個(gè)是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)斷路器交流電源上的電阻電路，用于吸收過(guò)多能量并加速電流降，以便在發(fā)生故障時(shí)實(shí)現(xiàn)低壓過(guò)渡。另一種類型也稱為斧頭電路，是一種電阻和開(kāi)關(guān)元件，位于變頻器的直流范圍內(nèi)，由開(kāi)關(guān)切斷波消耗能量。4.2增強(qiáng)電力傳輸能力增強(qiáng)電力傳輸能力，提高電網(wǎng)調(diào)度靈活性是緩解高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力的重要手段之一?？稍偕茉礄C(jī)組、主要調(diào)峰資源以及主要負(fù)荷中心之間在空間上相距較遠(yuǎn)，因高電壓輸電線路較少、輸電量限制等因素導(dǎo)致功率調(diào)節(jié)效率低，調(diào)峰資源利用率低，高比例可再生能源電力系統(tǒng)電力、電量在空間上不平衡。4.3廣域測(cè)量與控制系統(tǒng)高比例的可再生能源和電網(wǎng)導(dǎo)致系統(tǒng)故障特性的變化，而機(jī)械過(guò)載距離大、短路電壓低，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了挑戰(zhàn)。繼電保護(hù)裝置的集成和運(yùn)行必須符合高度可靠、可再生能源系統(tǒng)的特點(diǎn)。當(dāng)前中繼保護(hù)，例如距離保護(hù)和零階保護(hù)主要針對(duì)單個(gè)設(shè)備或區(qū)域，而廣域測(cè)量寬域管理系統(tǒng)(WAMS)則基于相位量測(cè)量?jī)x器(PMU)和先進(jìn)的通信技術(shù)，以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控全球系統(tǒng)狀態(tài)的變化。海量數(shù)據(jù)技術(shù)分析系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)為預(yù)測(cè)和區(qū)分潛在系統(tǒng)故障提供了一種新的方法。4.4發(fā)展電力市場(chǎng)和輔助調(diào)峰服務(wù)市場(chǎng)市場(chǎng)在資源配置中起決定性作用。電力市場(chǎng)作用在于利用電價(jià)合理調(diào)配調(diào)峰資源，滿足可再生能源上網(wǎng)需求。通過(guò)制定一套可再生能源電力上網(wǎng)辦法保證其得到最大程度的上網(wǎng)利用，其中就包括政治上的規(guī)劃扶持、金融上的貸款服務(wù)傾斜、財(cái)政上的優(yōu)惠政策以及環(huán)境上的綠色相關(guān)補(bǔ)貼和最重要的價(jià)格機(jī)制方面等，最終目的是體現(xiàn)在價(jià)格上，使之與其他形式發(fā)電相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)束語(yǔ)熱電廠輔助調(diào)峰對(duì)提高可再生能源比例較高的電網(wǎng)調(diào)峰能力有效，是解決電網(wǎng)調(diào)峰能力的有效措施，具體性能的提高取決于該電網(wǎng)調(diào)峰能力改造的輔機(jī)容量。將所有具有輔助峰值參與潛力的設(shè)備納入輔助峰值將大大提高整個(gè)系統(tǒng)的峰值能力，對(duì)于網(wǎng)格來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)的峰值能力將大大提高，在極端情況下可以滿足系統(tǒng)的最大要求。Reference[1]張旭,王洪濤.高比例可再生能源電力系統(tǒng)的輸配協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2019[2]康重慶,姚良忠.高比例可再生能源電力系統(tǒng)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與理論研究框架[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2018[3]魯宗相,黃瀚,單葆國(guó),王耀華,杜松懷,黎靜華.高比例可再生