新时代下新能源电力系统运行发展研究

崔陆兵

宁夏百新热力有限公司，宁夏 银川 750200

0 引言

新能源发电已经成为当下研究的主流方向，但是随着我国新能源发电规模的不断发展，受限于新能源发电的不确定性因素，导致新能源电力系统的运行效果不理想，使电网运行调度趋于复杂化，限制新能源电力系统的运行发展，进而造成严重的资源浪费情况[1]。因此，为了切实保障新能源电力系统的运行发展，文章结合国内外研究现状，提出全新的虚拟发电厂管理模式，以保障新能源电力系统的运行效果。

1 基于新能源电力系统运行的虚拟发电厂简介

1.1 虚拟发电厂功能

虚拟发电厂本身具备资源整合与信息共享的核心功能，同时具备运行状态检测及经营管理的能力[2]。

（1）资源整合功能特性。①多样化资源接入。虚拟发电厂有许多可访问的资源，可概括为三个方面，即发电单元、能量存储系统和电力负荷。②介入资源的区域可分散性。虚拟发电厂采用先进通信系统，能够实现资源共享，接入不同虚拟发电厂中。③接入资源切实可控。通常虚拟发电厂接入资源已签订相关协议，由此使调度控制中心对资源具备较高的控制权限[3-4]。

（2）信息共享与采集特性。①信息采集。虚拟发电厂的安全稳定运行，通常需要采集关键性信息加以支撑，同时需时刻关注气象、电力市场价格波动等信息。②信息分析及处理。虚拟发电厂数据采集后的数据分析主要涵盖各单元运行、生产及维护类数据，同时涵盖电价交易、耗电量、用户行为等营销类数据。③信息传输及共享。虚拟发电厂依托通信技术采集信息，并由此将信息传输至控制中心，再由控制中心下达指令传递至各个单元。

（3）运行状态检测功能特性。新能源发电本身具备一定的不确定性，因此需要虚拟发电厂结合所采集的数据信息，并通过数据信息分析结果预测新能源发电量。然后进行电力负荷的预测，虚拟发电厂本身具有相对强大的数据采集系统，可掌握用户的功耗规律，并通过分析各种因素最终实现对电力负荷的准确预测。

1.2 虚拟发电厂运行控制结构

虚拟发电厂的运行控制结构可细分为以下类型。

（1）集中控制类。在集中控制结构下，虚拟发电厂将建立一个控制中心，以链接每个单元的所有信息和数据，并具有相应的绝对控制权，从而可以很好地控制每个单元的能源信息和货币流量。需注意的是，该结构只有一个控制中心，因此拥有的信息交换、分析和处理能力将对虚拟发电厂的发展运行造成一定的限制作用。同时，该控制中心受到接口数量及种类的限制，进而对虚拟发电厂的兼容性和扩展性造成影响。

（2）分散控制类。分散控制虚拟发电厂本身具有许多不同级别的控制中心，可细分为上下两层，上层控制中心通常对下层控制中心具有完全控制权。其中，上级控制中心能够结合下级控制中心各单元的特性来设置科学合理的任务，进而发挥相应的优势，促使虚拟发电厂能够维持最佳运行状态，以提升虚拟发电厂本身的兼容性及扩展性。此外，还有一种完全分散控制结构，该结构缺乏统一控制中心，通常子结构会依托自身利益而忽略虚拟发电厂整体利益。因此，该结构下的虚拟发电厂在信息管理及运行管理上的要求更高，各子系统间必须达成高度的协调合作状态。

2 新时代下新能源电力系统运行发展策略

由上文分析可知，当前新能源发电的类型较多，但是其本身具有一定的不确定性，因此需要建立虚拟发电厂，以实现统一的调度控制。为此，在具体操作上，需要构建新能源电力系统结构的联合调度虚拟发电厂模型。

2.1 新能源电力系统运行限制

新能源电力系统主要包括热电联产（CHP）、传统火电、风电新能源电源及热力发电站等元素。当前，我国运行较为广泛的主要是CHP机组，该机组具备热电双重特性。原则上，该单元专门使用高档高压缸运行进行发电，然后将输出的蒸汽直接排放至压力缸中，以继续运行。 在此过程中，有必要实时优化和调节蝶阀，以提取一部分蒸汽进行热处理。压力缸中剩余的蒸汽将流入低压缸，以进行连续膨胀操作，最后排放至冷凝器中冷却。蒸汽完全冷却后，所凝结的水还可循环利用。CHP机组的运行特性如图1所示。

图1 CHP机组运行特性图

图1中，Cv表示CHP机组进气量到达一定程度时，所产生的每单位热量需要减少的发电功率；Cm表示CHP机组运行状态下的背压值；h0表示CHP机组运行下，功率最小时的供热情况，；hmax表示CHP机组的最大热能功率；Pmax、Pmin表示CHP机组启动暂停运行状态下的最大和最小发电功率；B、C表示最小蒸汽量工况线。

由于CHP机组本身具有供热特性，在非供暖时间段可借助关闭蝶阀的形式，促使运行状态趋向于常规发电组，维持单纯发电的状态。

CHP机组在供暖时的热电耦合限制描述如下：

2.2 基于虚拟发电厂模型的新能源电力系统运行策略

由于CHP机组的运行涉及热电联合运行的限制，导致电力系统在运行中的发电功率明显受限。风电协调输出的不确定因素，也限制了风电并网运行的效果。为此，有必要建立虚拟发电厂模型，并结合该模型合并不同的运行单元，包括热电联产，常规火力发电、风力发电，火力发电厂等。借助虚拟发电厂模型，实现统一调度处理，实现各个单元的完全控制。虚拟发电厂模型图如图2所示。

图2 虚拟发电厂模型图

（1）依托控制虚拟发电厂内电锅炉、储热罐的运行，促使CHP机组热量输出尽可能保持在预期范围，从而保障CHP机组的输出以电功率为主，由此能够极大的缓解“热电耦合”的限制。并且，还将切实保障CHP机组发电功率的可控范围，真正达到灵活运行的目标。

（2）借助调控CHP机组的进气量，可促使该机组电功率始终处于相应水平，同时借助CHP机组较高的能源利用率特点控制能源损耗，从而有效降低运行成本。此外，还能够极大的提升电力系统调峰能力，从而给风电网的联合调控提供广阔空间。

（3）虚拟发电厂中的电锅炉不仅仅是供热设备，同时具有重要的用电负荷作用。因此，引入电锅炉可以相应增强电网本身的用电负荷，进而增大风电消纳，减少弃风现象。

（4）积极响应相关政策号召，在实时、分时电价定价等方面，充分结合市场规律进行调度运行。

3 结束语

当前，针对新能源电力系统仍然缺乏具体的定义，主要是由于新能源电力系统随着大规模新能源发电的融入，其本身所能输出功率存在明显的不确定性，使传统电力系统在具体结构、控制方式及管理办法等多方面发生转变，并最终由此生成全新的虚拟发电厂。结合当下新能源电力系统发展情况可知，新能源电力系统的虚拟发电厂运行模式将成为主流模式，并由此形成特高压输电网络的电力传输通道，构成需求侧响应技术的全新电力系统。