新能源发电系统控制技术研究

2024-01-08罗宇强

科技创新与应用 2024年1期

罗宇强

（广西水利电力职业技术学院，南宁 530023）

电力系统的用电负荷状况正在处于不断变化中，需要运用独立的电力系统保障电能的供需平衡，确保工作系统的频率维持在正常范围之内，提高系统内部用电质量，确保电力系统的功率达到实时平衡，确保发电机组的出力状况随着时间变化而变化，提高系统运行的安全稳定性。电力机制需要确保能量的供需平衡，运用有效的方式存储电能，制定好中长期的电量负荷规划目标，短期负荷的优化调度策略，提高自动发电控制机制的工作效率，实现对电源侧的控制，确保系统运行时电网的稳定性，采取去除负荷的方式维持电网运行的稳定性。新能源并网容量不断增加，不确定因素不断增加，电力系统面临的挑战日益增加，需要加大控制策略，提高自动发电系统的控制效率。

1 新能源发电的获取途径与特点

风能、太阳能等获取方式具有较高的波动性，在大规模新能源电力系统接入电网之后，需要确保随机波动之间的能量供应平衡，获得高效率的电力系统结构，及时改变运动控制方式，产生新能源电力系统。该系统的电源由2 部分组成，即新能源电源与传统电源，需要具备同时响应负荷与电功率随机波动的能力，提高电力系统运行的稳定性与平衡性[1]。可再生能源具有高渗透性的特征，同时地理位置因素对其有着较大的影响。为了提高新能源的利用效率，可以提高供电网络与负荷技术的平衡性。为了确保供电网络、负荷等技术达到更高的协调性与互动性，提高电力系统的运行效率，可以充分利用太阳能、风能等资源，准确预测可再生能源的发展变化趋势，使其高效运用到电力系统中，避免因为稳定性较差而产生的波动性。

2 新能源发电系统控制技术分析

2.1 运用先进的新能源发电技术

为了提高新能源发电工作的能量转换效率，提高功率控制过程的灵活性，需要确保电网运行的安全性。

新能源电力系统的发电容量较小，需要高昂的设备投入，具有较低的能量转换效率，限制了大规模新能源设备的使用。风电机组能够将风能转化成为机械能，进而转化成为用户需要的电能，转换效率大约为40%；太阳能发电机组的转换效率大约为20%；水能转换机组能够将水源的重力势能转化成为动能，进而转变成为用户需要的电能，转换效率大约为90%[2]。为了进一步加大对新能源电力机制的控制力度，需要积极探索新能源发电的原理，设计出高效的新能源发电装置，降低发电所耗费的资本，达到经济环保的目标。在风能发电过程中，风轮机的性能会影响发电效率，需要优化风轮机的结构与位置、加大对智能叶片及控制系统的研发力度，提高风轮机的捕风能力。发电装置的转换率受到光伏发电的限制，需要不断改进设备结构，运用先进的太阳能跟踪系统提高发电效率，减少发电过程所需的成本[1]。

由于新能源发电过程的波动性较强，难以准确预测出能量的变化趋势，给调度系统带来了较大的难度，限制了新能源电力的接入过程。所以，在研究过程中，需要积极研发出精确的风功率检测方法，灵活地完成对新能源单元功率的控制过程，提高发电技术效率[3]。

用于新能源发电过程的电子设备具有较强的惯性，在扰动发生时会改变系统的阻尼特点，导致电压的耐受能力及通流能力受到较大的限制，严重影响了系统工作的安全性。所以，为了提高控制效率，需要积极研究新能源电源控制的阻尼特点，采取低电压穿越的方式，提高电网运行的安全性，为后续风电接入提供强有力的保障。

2.2 采用多元互补及大型火电深度调峰的方式

如图1 所示，新能源发电技术能够获得稳定、有效的工作性能，但有着不稳定的功率输出，需要运用互补电源抑制随机波动性，满足电力系统的实时供电需求。互补电源需要具备较快的速度，提高发电过程的经济性。水电是最主要的调峰手段，占据了总装机容量的绝大部分。运用火电机组的快速深度调峰能够加快国内新能源电力系统走向规模化的速度[3]。

图1 新能源电力技术机制控制技术

在火电机组工作的过程中，具有较好的可控制性与调节负荷的能力，但是可调节的区域较小、速度较慢，在负荷运行范围较广的条件下难以取得高经济性、安全性、环保性的目标。

运用多元控制手段能够有效突破电网运行技术现有的瓶颈，扩大电网系统的接纳范围。在国内的电力系统调峰调频过程中，火力发电技术具有重要的地位。运用火电机组可以获得较高的储能效率，通过研究蓄热原理、储能程序等来研发出火电机组快速发电的核心技术[1]。在发电过程中，需要运用过程参数科学表述状态信息，完成快速检测的目标，提高系统运行的经济性与环保性，切实提高负荷的相应速度，为发电过程提供强有力的技术控制。

2.3 革新电网结构，运用先进的输电方式

为了减轻大规模新能源电源的波动性，需要提出多元化的互补性策略，将电网作为主要媒介，在全范围内部实现对多种能源类型的优化控制目标，确保新能源电力系统内部能源的平衡性。

运用先进的输电手段能够有效提高优化资源的能力，积极探索出新型输电系统功能，提高负荷能力，优化布局状态。在选址时，需要确定大规模输电站的具体位置，用微网接电的方式提高储存电量的能力。结合新能源控制的随机波动性特点及输电策略优化电网结构，获得分层分区排列的输电网络结构，提高远距离传输电量的效率[3]，适应波动性较强的电网结构运输方法，提高电网的消纳能力，获得更高的安全传输效率。

2.4 提高电网的安全防御能力，采用先进控制手段

为了提高电网的输送极限，需要不断提高电网的安全防御能力，积极采取先进的控制手段，提高系统运行的安全水平。在电网保护的过程中，往往需要运用本地信息，用离线的方式制定保护控制策略，降低系统运输的极限，提高系统运行的可靠性与安全性[1]。新能源设备的运行环境较差，工况复杂，给电网保护与控制工作带来了较大的风险。

在电网建设的过程中，智能化的程度不断提高，信息化趋势日益凸显，需要运用传感器与各种监测平台取得联系，为后续的安全防御工作奠定良好的基础。

为了有效诊断出设备出现的故障种类，可以设置安全评估等级，探究大规模设备对电网装置运行状态的影响，确保电网运行不受本地数据信息的影响，制定科学合理的保护策略与维护方法，在线评定电力系统的运行状态[1]，探索出常见的故障信息，建立起强有效的安全控制机制，确保电力系统运行的安全性，提升其接受新能源电力的能力。

微电网控制策略是常用的先进控制策略之一，可以将多种分布式的发电方式有效结合起来，提高为本地负荷的供电效率及灵活性。微电网系统中的供电源数量较多，可以有效扩充现有的供电系统容量，充分发挥出可再生资源的重要作用，在用电高峰时期存储电能，并将其转化成为用户需要的能量，能够在用电过程中持续供应能量。

2.5 采用大容量储能技术

风能、太阳能等能源在电力系统中占比较大，在远距离传输时具有较大的控制难度，运行时的稳定性较差。在外送电能时需要充分考虑新能源电力的消纳能力，使其大容量储能技术能够获得较大的突破，从根本上解决新能源电力系统出现的各种问题，降低系统扰动对储能装置性能产生的影响，使其能够快速吸收能量，给装置调整过程预留出时间，避免其出现失衡状况[3]。

运用可以表明储能状态的动态模型能够提高储能装置的工作效率，提高储能部门的协调性，为大容量的储能系统提供强有力的理论依据[4]，遵循电源的互补规律，制订出多元化、可调节的远距离传输计划，提高电力系统工作效率。

同时，采用发电控制的方式能够提高新能源发电规模。传统单侧能源控制方式难以满足人们对新型绿色能源的要求。随着社会经济水平的提高，人们对于电能的需求日益增加，需要突破传统的单一能源供给方式，积极引入双侧能源控制方式，有效解决能源发电的配合问题[2]，减小电力系统运行的误差，提升其稳定性，使其在未来发展过程中拥有更加广阔的发展空间。

2.6 引用可平移及新型用电方式

在新能源电力系统的用电侧运用友好响应的方式能够避免随机波动的出现。在负荷出现平移时，输电线路的投资力度会变小，需要提高电网设备的利用效率，承担起调频的任务，充分发挥出旋转储备设备的作用，避免恶劣天气的影响，确保电网系统可以安全运行。系统内部含有大量可移动负荷，需要制定相关政策、灵活调整价格机制，在特定的技术条件之下发挥出平移负荷的重要价值[3]，提高接纳新能源电力的能力。

随着社会发展水平及经济实力的不断提高，可以运用新能源系统及智能化控制方式改变人们的用电方式，建立起人与自然和谐共生的局面，扩展电能的可持续发展空间。可以通过更新用电设备的方式获得更加精准的电网数据信息，在通信网络、智能电表等技术基础上研发出控制家庭电能的网关，运用智能计量方式完成用电信息的采集工作，丰富测量系统的性能，为新型用电方式提供强有力的数据支撑[2]。可以将用户的正常生活作为前提条件，运用价格调控及市场调整手段，确保用户能够积极主动地参与到电网互动活动中，提高能源控制效率，确保电网系统能够顺利、有效地运行，开辟良好的电网工作局面。

2.7 双侧资源控制及多能源互补机制

随着新能源发电需求的增加，可以采用双侧能源控制方式，运用双随机波动性处理能源发电配合问题。同时，多能源互补机制能够有效提高单一发电方式的不稳定性，运用多能源发电方式调节，使其达成互补性的目标，确保电力系统时刻处于平衡状态[1]。在运用绿色资源的过程中，需要确保能源运用的灵活性，切实提高电力系统的利用效率。

3 新能源电力系统的调度模式分析

首先，新能源分布存在地域差异性，东北地区冬季供暖期的供热机组比重较大，具有较弱的调峰能力，容易产生弃风、弃电问题，需要优化调度系统，提高调峰消纳能力，完善跨区域调度模式，促使出现大规模的新能源并网。

其次，可以采用独立电力系统运行的方式，优化天然气的占比，提高风电资源总量。可以运用间歇能源调度手段，给风电机组提供实时的市场报价及预测数据信息，确保安全约束条件下的经济调度能够正常进行[3]。可以协调多个新能源供电机构制订出有效的调度计划，确保各个机构之间能够配合上网。

在智能电网结构下，可以打破目前的电力调度模式，提高跨区域调度、统筹规划及协调调度的能力，避免在电力系统调度时出现复杂的功率变化情况，提高系统运行的安全性与稳定性。跨区域调度的理论基础较为薄弱，需要及时建立起科学合理的评价模型[2]，提高新能源的消纳能力。

4 含新能源发电的电力系统的关键技术分析

4.1 电源响应技术分析

如图2 所示，为了切实提高新能源发电的效率，需要积极吸收并引进国外的先进科学技术，开放现有的电网系统，使得更多的电力系统接入电网运行平台中，采取友好型的发电技术，结合其他绿色能源完成发电过程，建立起协同发展、有序发展的系统，积极改进并优化绿色能源系统[3]，确保新能源电力系统运行的有效性与可靠性，避免出现重大差错。

图2 新能源电力系统的关键技术

4.2 电网响应技术分析

在运用新能源电力系统时，电网会产生一定波动，电能传输效率较低。新能源电力系统的耐受能力与通电能力均较差，需要科学运用高电压及不对称的穿越技术，形成惯性较强的供电网络，获得国内外新能源发电站地理位置上的差异性，积极了解发电市场发展状况，建立起科学有效的电网结构，使得不同地区之间的电力系统能够实现互补[2]，确保不同地区之间能够交易可再生能源，采取新型输送电方式，有效控制电网响应技术，提高电网运行效率。

4.3 负荷响应技术分析

新能源电力系统的抗干扰能力较差，在外界的电磁干扰较强时，其安全性与可靠性会受到较大影响，甚至可能会产生完全瘫痪状况，需要不断提高电力系统能够承受的峰值，使得电力设备集中布置性更加强大[5]，提高供电距离安排的科学性。可以用多个电力设备共同承担电力负荷，制定出合理有效的管理策略，运用技术手段完成对电力负荷的配置[1]，积极引入大数据分析技术，确保能够实现对电力系统供电需求的互补。

4.4 云端智能综合控制技术分析

电力运行系统具有极为复杂的数据信息，存在着多种多样的控制逻辑系统，需要对数据处理过程不断优化。在云计算技术的发展过程中，智能综合控制技术在新能源电力系统控制过程中具有十分重要的应用。该技术能够有效提高数据信息的互通性，提高数据分析过程的灵活性，优化电力系统的规划及调度策略，提高电力系统运行的协调性[2]，实现智能化管理的目标，及时调整其运行的协调性，减少资源占用情况。

4.5 大数据技术分析

大数据技术分析在新能源电力系统运行中具有十分重要的应用价值，能够高效控制及分配相关数据信息，使其获得更高的协调性与稳定性，提高数据传输过程的准确性与灵活性。在此过程中，需要及时清理掉无用信息，分析解读出运行数据含义，存储重要数据信息，实现大数据技术与可视化技术的有机融合[2]，不断完善新能源电力系统结构。

4.6 数学模型及集成方法技术分析

在对新能源电力系统建立模型的过程中具有极高的复杂性，需要采用专业性较强的技术拓展相关算法，满足新能源系统的多样化需求。可以运用建立模型及集成方法技术建立起模型与知识的数据库，运用专家系统推断出系统模型信息，使其满足控制算法的基本需求，从中提取出实用性较强的信息构建起数学模型[1]，积极在推理计算过程中拓展应用空间。

可以采用映射识别的方法识别图像及网络，积极分析现存数学模型及计算方法信息，了解新能源电力系统的发展需求，探索出大系统模型与新能源模型之间的对应关系，积极运用非线性映射的方式提高知识推理过程的高度，确保数学模型及控制算法在新能源电力系统中能够得到有效应用[2]，建立起具有创新性的自主学习模型，提高模型的应用价值。

5 含新能源发电的电力系统面临的基础问题

5.1 从空间动力学尺度建立起相关模型理论

新能源电源空间具有较强的分散性，在时间变化趋势下具有较强的波动性[5]，使得宏观及微观层面的数学物理模型具有较强的不确定性与随机性，需要采取各种接入技术，创建出一个较为复杂的耦合系统。为了规避波动性的特点，可以建立不确定性度量和建模模型，结合电力系统的动力学特点，探索出新能源与互联网发展之间的关系[3]，为电力系统的正常运行奠定强有力基础。可以根据多尺度动力模型的特点创建出理论模型，引入先进的能源发展技术，规避模型理论的不确定性，丰富电力系统的时间尺度信息，确保电力系统的高效运行。

5.2 丰富新能源电力系统中多元互补机制的工作状态

新能源系统具有较为复杂的结构，电网负荷类型复杂，电源侧的可控制性较好，能够提高新能源电力系统运行的高效性与安全性。需要在大系统协调机制的基础之上，采取智能调度的方式，获得更多关于系统运行特点的信息，详细表述运行参数信息，建立起强有效的控制系统。如果电源种类不同，可以根据其特点选择合理的功率输出值，丰富可控性原理内容，提高波动功率最大范围。在计算电力电量平衡理论方式时，可以建立较大的协调控制机构，创设出完善的调解方法，确保多元发电过程的多元互补性特点[3]。在多元互补的过程中，火力发电是最主要的内容，需要及时突破经济性问题，根据煤质的特征选择科学的变负荷需求，构建起快速检测的重要基础，提高发电环节的蓄能性，建立动态的模拟过程，提高机组的变负荷运行效率[1]，创建出快速的精准控制活动，提高变负荷运行的可行性，为多元互补的工作体制奠定强有力基础。

5.3 新能源电力设备及系统故障机制的安全防护策略

新能源设备所在的地域位置较为分散，运行环境较为恶劣，工作状况较为复杂，设备发生故障的概率较高，系统的安全性有待提高。可以建立起有效的安全防御策略，深入研究电力设备的演化趋势及发生故障的特点，建立起强力有效的资产能源评估机制，有效提高系统运行过程的可靠性[2]。可以发展适用于多元区域内部的自适应保护及系统安全评估理论体系，为提高电力系统的安全性奠定强有力基础。

新能源电力设备系统发生故障具有一定的规律性，需要分析出设备运行性能及故障演化机制，根据电力设备的特征参数及量化指标分析出设备可能发生的故障，及时采取强有效的策略进行防控，建立起危害性评价模型和寿命预测模型，采取分级模型做出安全性评估理论体系，探索出系统发生故障的规律，提出安全控制策略[3]，使得系统安全防御从正常状态转变成为实时表示状态，建立起报警有效、保护性强的安全控制体系，确保新能源电力系统能够正常运行。