新能源电力系统优化控制方法及关键技术

2019-01-23郭江军

智能城市 2019年22期

郭江军

（国家电力投资集团有限公司福建分公司，福建福州 350000）

1 新能源电力系统概述和特点

针对原来的电力系统，主要依靠煤炭、石油等化石能源进行发电。随着发电技术的不断进步，一些可再生能源被利用到发电中来，很多可再生能源发电已形成规模。新能源发电和传统发电方式的最大不同之处在于，传统发电方式可以把发电能源进行存储，以建立起较为稳定的发电管理模式，电力系统的供需两侧可以进行控制和调节。而新能源是把可再生能源作为动力源，具有不可存储的特点，由于不确定性较高，电力系统的供需可调整性差。随着新能源发电方式的不断产生，可以更好弥补可调节性不足的缺点。新能源发电技术也可以使电力系统得到更为稳定、可靠地调控，得到安全有效的利用。

1.1 高渗透率的可再生能源

把新能源应用到电力系统供电，存在着较为明显的高渗透性。由于国内的新能源多集中在西北地区，该种能源格局是由地理位置来决定的。在将来的新能源电力系统发展中，多应用在集中发展方式，还包括每个地区的分布式策略。慢慢地摆脱大电网输送，减少电能在传输过程中产生的损耗，可以使新能源电力系统可以更好地应用可再生能源。

1.2 侧向供应的多能源互补

为了使可再生能源更好地应用到电力系统中，需要对电源、供电网络和负荷等采用技术措施来达到协调、互动，让新能源电力系统更加高效率的运行。针对侧向供应进行的多能源互补，可以归纳为如下两方面内容：（1）充分利用太阳能、海洋能、风能和水能等，使绿色可再生能源可以得到准确的预测，使获取的可再生能源高效地应用到电力系统中，把不同新能源进行补充，避免由于稳定性不高而使电力系统产生波动。（2）采用先进的电力系统控制技术，让客户可以准确地了解当前的情况，结合电力系统运行情况来掌握电价的改变，还可以按照电能应用情况进行调整。

2 新能源电力系统优化控制办法

2.1 新能源电力系统友好型控制技术

与传统能源供电方式进行比较来看，采用友好型控制技术，可以形成高质量的电能输出，使新能源电力系统运行的更为稳定。需要对新能源发电的各项影响参数进行分析和研究，结合历史和气象等方面的数据，可以确定采取最优控制方法及措施。所以，新能源预测已经成为可进行有效调整的主要措施。主要是动率方面进行预测和控制，可以把预测划分为日、小时和分钟。

从现在的新能源发展情况来看，对功能进行预测和分析被作为重要的控制办法。在将来对新能源的预测方向，需要采取更为准确、稳定的友好控制技术。与此同时，还应该使太阳能、沼气能、潮汐能、水能等不同绿色能源进行有效互补。

2.2 新能源电力系统多能源互补控制

该种控制办法主要应用煤炭或水利等发电方式的稳定性，来对风力、太阳能等多种绿色能源不稳定电能输出进行调节，可以使多种能源进行互补，从而让电力系统处于平衡状态。可是，从中国的绿色能源使用情况来看，需要提供足够的灵活能源，而我国的煤炭储量丰富，可以采用煤炭资源来对新能源电力系统进行补充，从而提升电力系统的利用效率。

2.3 双侧资源控制

与原来采取的电力系统进行比较来看，采取的发电控制方式会随新能源发电规模变大而增大，只采用单侧能源控制方式无法达到对新绿色能源的发展需要。随着经济的不断发展，对电能的需求量不断增大。原来的单一能源供给和用户需求已经被突破。所以，针对新能源电力系统采取的双侧能源控制方式，有着显著的双随机波动性，为了更好地处理好能源发电配合问题，尽可能地减小误差来提升电力系统稳定性，可以使新能源发电系统得到有效的应用。

2.4 微电网控制

微电网控制技术可以把多种分布式发电进行高效结合，可以更好地为本地负荷进行供电，有着较好的供电灵活性。微电网系统中有着多种不同方式的分布式供电源，可以对现有供电系统容量进行扩充，充分应用可再生能源的作用。比如，电动汽车为一种分布式能源微电网迭制，在用电高峰期可以把存储的电能进行合理地应用，电能可以转变为驱动电动汽车运行的机械能，可以在用电高峰期时为电力系统提供能量。

2.5 电力大系统多递阶控制

新能源电力系统为大系统应用的典型例子，比原来采用的大系统更为复杂，主要内容比传统大系统更为充实和丰富。新能源电力系统的调度需要利用大系统理论来对控制方法进行优化。把最底层的控制子系统作为基础，逐渐优化求解到长程协调器，通过协调器的优化处理再执行从上到下控制，需要保证控制过程的稳定性、经济性。广义模型为新能源电力系统基础性单元，来为大系统分析和综合提供保证，把原来用于单一领域和系统的模型进行广义化，从而建立起满足多领域和系统的控制模型。大系统分析为综合处理的前提条件，需要对系统结构和性能方面进行分析，从而确定出基本构架和控制模块间的关系。大系统的综合是把大系统分析和广义模型作为分析的根本条件，来对整个新能源系统规划和调控进行优化改进，可以为控制技术提供多种算法。

3 新能源电力系统关键技术

新能源电力系统控制技术需要充分利用电力系统原有结构，可以让电力系统在稳定性较差的状态下，使新能源电力系统安全、稳定地运行。所以，对控制技术进行创新是解决新能源电力系统的主要手段。为了实现新能源电力系统的优化和控制，需要建立起完善的技术创新管理体制，保证电力系统向着智能化、可调控性、信息化方向发展。

3.1 电源响应技术

可以引进并吸收国外研发的新能源发电、输电和电波抑制等方面的新技术，从而提升新能源发电的效率，需要对现有的电网系统进行开放，让更多的电力系统可以接入到电网运行平台，采用友好型发电技术并结合其他绿色能源进行补充，建立起电网协同发展机制，改进和优化绿色能源的补偿体制，使得绿色能源电力系统可以得到健康发展。

3.2 电网响应技术

针对新能源电力系统会使电网产生一定程度的波动，导致新能源电能不能在电网中进行有效的输送，这是由于新能源电力系统特性决定的，会导致电力系统的耐受力和通电能力不足。科学合理的应用高电压、不对称穿越技术，使供电网络形成惯性。结合国内新能源发电现状和地理位置上的差异，建立起新型的电网架构，使得不同地区间的电力系统可以进行互补，让可再生能源在不同区域进行交易，需要采取新型输电方式，并结合电网响应技术进行控制。

3.3 负荷响应技术

新能源电力系统不具备较强的抗干扰能力，如果外界环境存在着较大的电磁干扰时，电力系统的可靠性、安全性就会受到影响，严重情况下会使得电力系统完全瘫痪，需要使电力系统具备承受更高峰值的能力。充分发挥出电力设备集中布置的优点，使得供电距离得到保证。也就是使电力设备在单位时间内可以共同来承担电力负荷，需要制定出新能源协同响应管理制度，采用技术手段来对电力负荷进行配置，进行电力系统运行大数据的分析和应用，可以在将来实现对电力系统的供电和需求侧进行互补。

3.4 云端智能综合控制技术

电力系统运行数据比较复杂，存在着多种逻辑控制关系，需要不断优化和改进运行数据处理系统。随着云计算技术的不断发展，云端智能综合控制技术已经被引到新能源电力系统控制中来。采用云存储技术可以实现对电力系统运行数据的灵活应用，使得运行数据互通性得到不断增强。电力系统的规划和调度可以通过云计算技术得到高效实现，有效地提升了电力系统的协调性。还可以实现电力系统的智能化管理及调整，减少对系统资源的占用。

3.5 大数据技术

最近一些年来，大数据技术得到了广泛的应用，特别对新能源电力系统来讲，可以对电力系统的信息流进行高效地控制、分配，从而达到更好的协调性、稳定性，使得数据信息传输更为准确和灵活。还可以对无用信息进行清理，对运行数据进行分析和解读，对重要信息进行安全地存储。把大数据技术与可视化技术进行结合，可以使新能源电力系统得到完善。

3.6 广义模型和方法集成技术

由于对新能源电力系统进行建模具有很高的复杂性，需要应用专业性技术把普遍采用的建模办法和算法进行拓展，从而满足新能源系统。当前，多采用广义模型和算法集成技术。采用识别推理办法，通过建立起模型数据库、知识库，利用专家系统来对新能源电力系统模型进行判断和识别，从而满足控制算法的要求，可以从模型库中提取满足具有实用价值的数学模型，并进行推理计算来进行拓展。

应用识别映射办法，需要采用图像识别和网络识别等技术，对现存新能源数学模型和计算方法进行分析，了解是否能满足新能源电力系统需求，并创建大系统模型和新能源模型间的对应关系。应用推理映射方法，需要把非线性映射和知识推理进行高度地结合，可以把其他类型大系统数学模型和控制算法应用到新能源电力系统中，从而建立起新型的自学习模型。