袁晨光

【摘 ?要】隨著電力系統(tǒng)不確定性的不斷增加，電力系統(tǒng)需要具備一定的應(yīng)變和響應(yīng)能力，即所謂的靈活性，以盡可能消除或減小以上不確定因素帶來(lái)的負(fù)面影響，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力系統(tǒng)已可有效地容納大規(guī)模的多元可再生能源。多種可再生能源，尤其是風(fēng)電和光伏，會(huì)導(dǎo)致功率大幅度波動(dòng)，充足的運(yùn)行靈活性則是大規(guī)模整合電網(wǎng)的必要前提?；诮⒌目蚣?，用于對(duì)獨(dú)立電力系統(tǒng)裝置及其整體的運(yùn)行靈活性的量化及評(píng)估。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);靈活性;大規(guī)?？稍偕茉?/p>

大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤胍约爸悄茈娋W(wǎng)的不斷發(fā)展，將給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大變化。當(dāng)可再生能源的發(fā)電容量在電網(wǎng)中所占比重較大時(shí)，其出力不確定性將從根本上改變系統(tǒng)潮流分布的特性，使系統(tǒng)的潮流流向與分布變成隨機(jī)的、不可預(yù)測(cè)的。此外，隨著分布式電源、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，負(fù)荷預(yù)測(cè)的偏差、間歇性負(fù)荷的不確定性對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的功率分布有著重要影響。

一、靈活性定義

電力系統(tǒng)靈活性具有特點(diǎn)：靈活性是電力系統(tǒng)的固有特征;靈活性具有方向性;靈活性需在一定時(shí)間尺度下描述。靈活性是電力系統(tǒng)的固有特征。通常而言，電力系統(tǒng)有一種內(nèi)在的容忍度，允許電力系統(tǒng)在一定程度內(nèi)偏離預(yù)設(shè)的工作點(diǎn)運(yùn)行，而不需要做出任何改變，可認(rèn)為該容忍度即為電力系統(tǒng)的固有靈活性。偏離預(yù)設(shè)工作點(diǎn)的程度越大，電力系統(tǒng)固有靈活性的彈性越小;電力系統(tǒng)的固有靈活性越高，電力系統(tǒng)靈活性的彈性也越小。

靈活性具有方向性。電力系統(tǒng)受到多種因素的影響，具有很強(qiáng)的不確定性，大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒螅@種不確定性更加明顯與強(qiáng)烈，使電力系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)功率不平衡問(wèn)題。不同的運(yùn)行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)靈活性會(huì)隨著各個(gè)機(jī)組的發(fā)電狀態(tài)、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷情況的變化而變化，即功率平衡情況不同時(shí)，電力系統(tǒng)的靈活性不同。針對(duì)靈活性的特點(diǎn)，可認(rèn)為電力系統(tǒng)靈活性具有向上與向下兩個(gè)方向，分別對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)功率供應(yīng)小于需求和供應(yīng)大于需求情況。靈活性需在一定時(shí)間尺度下描述。電力系統(tǒng)中不確定性造成的功率變化很少有單調(diào)遞增或遞減的情況，且變化持續(xù)時(shí)間也各不相同。同時(shí)，系統(tǒng)的靈活性資源對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)能力也有區(qū)別，因此，在不同時(shí)間尺度下，靈活性的評(píng)估是不同的。

二、運(yùn)行靈活性的建模

電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的分析和評(píng)估首先需要建立一個(gè)框架，該框架允許電力系統(tǒng)在一定程度內(nèi)偏離預(yù)設(shè)工作點(diǎn)運(yùn)行，以便調(diào)節(jié)功率供應(yīng)和功率需求的模式。一個(gè)單元是否具有有限的存儲(chǔ)功能，是否能提供波動(dòng)功率供應(yīng)，以及是哪種可控性和可觀測(cè)性，后者還具有預(yù)測(cè)性，波動(dòng)電源和負(fù)荷需求的系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程。這些特性的總和便可成為電力系統(tǒng)單元的運(yùn)行穩(wěn)定性。這實(shí)際上與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)單元里的嵌入式存儲(chǔ)容量高度相關(guān)。模型框架：該框架允許電力系統(tǒng)各單位對(duì)具體功能建模，如多元儲(chǔ)能單元、多元發(fā)電機(jī)組、多元負(fù)荷需求單元。

電力系統(tǒng)靈活性，當(dāng) ζ < 0 時(shí)，供 應(yīng)小于需求，稱為向上方向的靈活性;當(dāng) ζ < 0 時(shí)，供應(yīng)大于需求，稱為向下方向的靈活性。ugen描述的是在轉(zhuǎn)換率 ηgen時(shí)機(jī)組的出力，為機(jī)組 i 的出力上下限，該電源節(jié)點(diǎn)框架增加了一個(gè)重要的經(jīng)典電力系統(tǒng)模型。SOC 是電能存儲(chǔ)等級(jí)，電能存儲(chǔ)容量 C≥0 可以表示為 0≤x≤1。能量存儲(chǔ)則關(guān)系著內(nèi)部能量損耗，運(yùn)行靈活性的模型如式所示：

三、運(yùn)行靈活性的評(píng)估分析

1、常規(guī)運(yùn)行靈活性評(píng)估。電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性分析，狀態(tài) 1 代表凈負(fù)荷曲線超越了機(jī)組出力上限，表明該系統(tǒng)需要補(bǔ)充上調(diào)靈活性資源;狀態(tài) 2 代表該系統(tǒng)靈活性資源充足;狀態(tài) 3 代表該系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線超過(guò)了機(jī)組出力下限，表示其下調(diào)靈活性資源缺失。

基于 Monte -Carlo 算法并加以改進(jìn)可以得到節(jié)點(diǎn)注入功率和潮流數(shù)據(jù)，并據(jù)此建立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)中包括各節(jié)點(diǎn)發(fā)電的成本、各支路所剩傳輸能力的成本及網(wǎng)損，再利用遺傳算法處理節(jié)點(diǎn)注入功率，通過(guò)計(jì)算得到系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的評(píng)估[1]。隨著電力系統(tǒng)大規(guī)模接入風(fēng)電，運(yùn)行靈活性需要有更好的評(píng)估方法。

2、可再生能源并網(wǎng)后的運(yùn)行靈活性評(píng)估。大規(guī)模的可再生新能源并網(wǎng)是如今大勢(shì)所趨，相對(duì)于常規(guī)能源，可再生能源出力隨機(jī)性較強(qiáng)，可調(diào)控力更弱，風(fēng)電為例，風(fēng)速的可預(yù)測(cè)性及其難度都相對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)高得多。因此，對(duì)可再生能源的靈活性要求更高，需要更多的靈活性資源。而其靈活性的建模步驟如下：（1）根據(jù)風(fēng)電功率、負(fù)荷預(yù)測(cè)參數(shù)確定當(dāng)日的機(jī)組組合類型，得到機(jī)組 i 在 t 時(shí)刻啟停狀態(tài)為 uit，設(shè)模擬次數(shù)初值 k = 0。（2）通過(guò)歷史功率預(yù)測(cè)誤差可以設(shè)置棄風(fēng)、切負(fù)荷變量來(lái)求解以下模型：

3、算例分析?；谀畴娋W(wǎng)風(fēng)電及負(fù)荷的實(shí)際情況進(jìn)行模擬。其中，常規(guī)機(jī)組的裝機(jī)容量為 13600MW、風(fēng)電裝機(jī)容量為 6800MW、負(fù)荷峰值為 12466MW，收斂誤差值 ε = 0.01，本設(shè)計(jì)方案來(lái)對(duì)比風(fēng)電不確定性與負(fù)荷不確定性對(duì)靈活性指標(biāo)的影響。其中，方案 1 中系統(tǒng)不接 入 風(fēng) 電 場(chǎng)，假 設(shè) 負(fù) 荷 預(yù) 測(cè) 誤 差 5%，標(biāo) 準(zhǔn) 差 為285MW，最低的備用容量為 15%。方案 2 中系統(tǒng)接入23.5% 的風(fēng)電場(chǎng)，忽略負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，設(shè)其標(biāo)準(zhǔn)差為285MW，誤差預(yù)測(cè)百分比為 17.4%，同時(shí)設(shè)最低備用容量為 15%。

從表可以看出，方案 1 中靈活性充足，而方案2 中靈活性不足的概率并不完全等于 0，并且還需要57.8MW 的上調(diào)靈活容量。故而，風(fēng)電接入系統(tǒng)中需要更多的考慮影響靈活性的因素如風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差，并作出應(yīng)對(duì)措施。除此之外，備用容量的不同對(duì)靈活性指標(biāo)亦有影響。假設(shè)風(fēng)電接入比例為 30%，計(jì)算備用容量分別為15%，20%，25%，30% 時(shí)靈活性指標(biāo)可知，提高系統(tǒng)備用容量對(duì)提高上調(diào)靈活性有明顯作用，對(duì)下調(diào)靈活性作用不明顯。備用容量上升到 30% 時(shí)，下調(diào)靈活性仍然不足，故只采用提高備用容量無(wú)法徹底解決靈活性不足問(wèn)題。

結(jié)論

介紹了電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性特征，并建立了運(yùn)行靈活性的模型，提出了電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的評(píng)估方法。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及可再生能源的大規(guī)模入網(wǎng)，電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性的研究顯得越發(fā)重?？稍偕茉吹拇笠?guī)模入網(wǎng)降低了電力系統(tǒng)運(yùn)行的成本，保護(hù)了環(huán)境，但同時(shí)對(duì)運(yùn)行靈活性的要求也借此提升，需要更多的關(guān)注及研究保證靈活性資源充足。負(fù)荷不確定性與風(fēng)電不確定性還是有一定的區(qū)別，要解決風(fēng)電不確定性必須更多的考慮影響靈活性的因素如風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)算例可知，僅提高備用容量沒(méi)有辦法徹底解決靈活性不足問(wèn)題，要解決此問(wèn)題還需要更好的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張麗英，葉廷路，辛耀中.大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題及措施[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，30（25）：1-9.

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