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摘要：随着分布式电源及多样性负荷的大量接入，配电网结构和运行特性发生了较大的变化，为适应新能源最大化替代原始能源的目标，提出配网源荷储互动模式，即新能源、多样负荷及储能系统进行互动协调，首先对多样性负荷进行分类分析，通过制定实时电价对负荷进行一定程度的调节控制，同时有效的利用储能系统进行配网负荷的削峰填谷，则新能源以最大目标发电功率容量接入配网，三者相互调节，最终实现最大化消纳新能源的目标。
关键词：互动模式；新能源；消纳；储能
引言
当前，环境与能源已成为举世瞩目的突出问题，为了应对来自环境恶化与能源短缺的严峻挑战，世界各国争相寻求能源转型道路。随着以清洁低碳为特征的新一轮能源变革蓬勃兴起，加快加重以风电和光伏等分布式新能源发电是中国能源转型战略的大势[1-3]。近年来，中国新能源装机比重大幅增长，据悉，截至2018年底，以某地为例，风电并网容量为568.26万kW、光伏发电并网容量为126.42万kW，较去年增长的18.72%、16.28%。随着我国能源发展已经进入转方式、调结构、换动能的关键时期，必须提前开展相关研究以支撑新能源最大化消纳的发展。
在传统的电力系统中，通过控制电源侧供应满足需求侧的随机波动，这是一个 “单侧随机系统”[4-6]。未来随着大规模分布式新能源并网，电源侧也变得不可控，新的电力系统转为“双侧随机系统”，这严重影响了电能供需平衡及电网的稳定运行。近年来，随着国家对需求侧的管理调控以及系统智能化的发展，需求侧随机波动性有可能得到控制。因此，未来“双侧随机”的电力系统应当从两侧管控：一方面，加强需求侧管理，鼓励用户优化用电负荷特性、参与调峰调频，加大峰谷电价差，用价格手段引导移峰填谷，实现需求侧用电的相对可控；另一方面，利用灵活可控的调峰发电机组来弥补分布式新能源的间歇性、波动性，形成不同类电源之间的有效协调配合与资源优化配置，实现电源侧供应的相对可控。同时考虑能源结构低碳化变革给既有的电力网络带来了巨大的冲击。而电动汽车等随机负荷的飞速增长，它们与主网的交互波动性很大，供需多极化格局越来越明显，给能源分配带来全新的挑战。但友好型负荷（如电动汽车等）加入源荷储互动模型，能一定程度上提升新能源消纳水平，改善电网运行经济效益。
通过以上措施，从而实现电力系统的源荷储互动模式的新能源最大化消纳，更经济、高效、安全地提高电力系统的功率动态平衡能力及绿色分布式电源的利用率。目前，国内外关于电力系统规划、调度运行等方面的研究方向在以下几点：（1）通过采集需求侧数据，提高出力预测精度；（2）将分布式电源、负荷、储能定义为需求侧，构建灵活可控的微网系统；（3）构建了根据各种需求优化的供应组合模型。主要集中在调度运行和能源组合方式，并未将配网源荷储互动模式的绿色能源最大化消纳作为重点研究方向[7-10]。针对以上研究空白，本文将提出配网源荷储互动模式，即新能源、多样负荷及储能系统进行互动协调，首先对多样性负荷进行分类分析，通过制定实时电价对负荷进行一定程度的调节控制，同时有效的利用储能系统进行配网负荷的削峰填谷，则新能源以最大目标发电功率容量接入配网，三者相互调节，最终实现最大化消纳新能源的目标。
1新能源消纳研究分析
在这场能源变革过程中，主要是以能源开发上的“清洁替代”和能源消费上的“电能替代”为重点。在新能源装机量快速增长的过程中，为避免后期弃水、弃风、弃光的现象，急切需要探寻用电增长和新能源消纳的方向，在技术方面优化能源消费结构、市场层面大力开拓电力市场、国家政策方向以电能替代其他能源。针对当前我国各类新能源电源的特点及电价政策问题，构建新能源并网消纳不同方案。
图1 新能源消纳分析
2 荷源储出力特性分析
2. 1新能源出力特性分析
由于风电、光伏机组的出力依托于风和光的自然资源，其出力特性具有间隙性、波动性以及随机性，没有一个准确的日出力特性，但通过某些地区的大量的统计数据也可了解风光出力的主要特性曲线。本文通过各地光电、风电历史数据的分析发现，风电、光电的有效出力时间受自然环境影响严重，全年出力时间较短，且风电还具有“逆负荷”特性，新能源出力呈现间隙性、波动性以及随机性。根据新能源出力的这些特性分析，新能源直接并网后对电网的稳定运行影响很大，峰谷差将会扩大。因此对于电网调度如何提升新能源消纳量、及时调峰都有一定的挑战。
2.2 主动负荷特性分析
随着电动汽车等主动负荷的用电户增长，作为一种灵活性强、可控度高的负荷，它们对电力系统的功率动态平衡影响越来越大。如果能将这些主动负荷纳入实时平衡调度中，使他们归于有序的用电状态，并利用它们的灵活性更好削峰填谷，对于电力系统实时平衡有重大意义。
本文还将空调用电作为可控主动负荷进行研究，主要根据空调使用灵活性较强，占家用负荷比较重，其负荷特点主要表现在负荷高峰期空调负荷较高，低谷期空调负荷较低，可通过蓄冷蓄热一定程度上减少高峰空调负荷，提高低谷空调负荷，进行一定的削峰填谷。
2.3 储能系统的特性分析
在用电低谷期，用户的储能设备充电起到填谷的作用；用电高峰时期，储能设备能够放电削峰满足用户用电需求。储能系统作为最灵活的部分，是源荷储互动模式中的最易控制部分，是削峰填谷，实现最大化消纳新能源，最大程度削峰填谷的重要保障[11-13]。本文主要考虑的储能除传统的机组储能外，还将用户储能设备进行有效研究，进行基于策略的实时调控控制。
3 基于实时电价的负荷控制
通过实时电价的方式在一定范围内对主动负荷进行调控，即根据工商民的不同负荷特性，分别选择动态分时电价调整策略，达到需求侧负荷的管控。电价调整会使得用电负荷发生变化，依据经济学理论，调整幅度越大，用电负荷变化也就越大，但是要精确量化这种变化是很难的。本文引入鲁棒优化方法中用于刻画不确定性的方法来表述需求侧响应的不确定性，其目的是分时计算和设定动态电价，在一定范围内调整用电负荷，同时使后文的调度模型能够应对各种类型的需求侧响应弹性不确定性。
4储能系统的调节控制研究
对电能进行最经济有效的调控是储能系统最核心的功能，新能源出力呈现间隙性、波动性以及随机性。将分布式新能源与储能系统、主网协同控制。在新能源发电出力高峰、负荷低谷时候吸收多余电能，在新能源发电出力低谷、负荷用电高峰时候释放电能，可以平稳分布式新能源的波动，稳定输出。一方面，利用传统能源发电的可调控性、灵活性来弥补清洁能源的间歇性、波动性，形成不同类电源之间的有效协调配合与资源优化配置，实现发电侧出力的协调可控，再配合调用需求侧资源实现用户用电负荷的相对可控，从而实现双方相互协调的目的。
5 配网源荷储互动的最大化消纳新能源策略
图2 源荷储互动的最大化消纳新能源策略
源荷储互动模式即电调综合考虑发电侧和需求侧资源，调控分布式电源、储能、负荷等不同类型的设备，通过用户主动参与、灵活互动和高度协调，优化资源配置，同时发挥分布式电源与主动负荷在电力实时平衡中的作用，丰富了平衡调度的方法。考虑到源荷储互动模式中发电侧及需求侧都有部分资源具有较大的波动性，其调控方案也有一定的风险性。因此在随机性较大的基础上，关于如何选取最优调整策略的研究仍在进行，目前并没有明确的理论。
源荷储互动模式在保证重要生产生活活动的可靠供电和电网的安全运行状态下，以调控平衡高可靠供电与经济运行为目标并最大化消纳新能源，调控策略中尽量避免改变用户的原用电负荷曲线，且需要最大限度的消纳清洁可再生能源，避免或减少分布式电源孤岛运行，竭力减小调度操作工作量。
源荷储互动模式必须保障电网运行的安全、稳定、高效、经济等要求。对于不同的发电侧及需求侧资源状况及目标，需要建立多种相对应的最优调度模型。运用智能配网在源网荷方面灵活的互动性，实现配电网的高效运行源荷储互动模式整体消纳协调的分布自治、分解协调调度机制；在时间尺度上，建立源—网、储—网、网—荷之间的优化调度模型；并探索配网调度在目标、空间、时间上最优的调度机制，从而达到源网荷最大程度的高效运行。配电网运行指标评估体系以及配电网对运行状态的诊断在一定程度上给调度系统的优化方向提供了依据。指标评估体系以及配电网运行状态诊断进行了五个方面的量化评估，分别是：安全性、可靠性、经济性、优质性和智能性，从供电可靠率、设备状况、负载情况、转供能力以及满足用电需求和智能化水平等多个角度多个方面对配电网运行水平进行分析，同时还能指出在当前运行状态下存在的薄弱环节，优化调度可以根据薄弱环节的缺陷预警，来调动源网荷的互动模式，充分考虑提高供电质量、减少电网损耗、优化负荷分布、提升新能源利用效率以及等等，紧接着提高配电网运行水平。另外，在调度业务进行优化进行的过程中，将调度业务作为触发，从各个时间尺度制定出以优化调度业务作为目地的优化状态。配电网源网荷的互动还主要表现在比如从时间尺度上进行考虑，或者源网荷多级间进行协同互动，还包括基于调度业务的各个时间尺度上的源网荷协调互动。之后，随着时间尺度的演变，参与优化的调度业务也会不同，时间尺度和调度业务所涉及的优化目标也会不完全相同。根据调度业务的优化目标，以及预计达到的指标要求，源网荷优化分析可以得出的指标的一个可提升范围，从而确定优化指标所需要达到的目标值。在各个时间尺度相对应的优化目标为确定的前提之下，再结合调度策略库，可以形成调整手段集，并且能够确定优化目标值以及源网荷互动策略。能够保证在调度业务所涉及的时间尺度上，最终形成相对应的全局优化方案并且实施方案评价及仿真。如果电能替代以实现能源消费结构的优化、减排低碳为目的，那么可以开展的项目包括：以居民取暖、厨炊，工业锅炉等方面的用煤改为“以电代煤”的模式；以大力推广电动汽车为主，减少汽油使用量的“以电代油”模式；以减少使用天然气、液化气等的“以电代气”模式；以通过普及针对农村家庭电气化，减少柴火使用的“以电代薪”模式；还包括应用于商用写字楼、商场等地方的电蓄冷模式以及其他模式。
6 结束语
本文提出的配网源荷储互动模式的新能源最大消纳方法研究能够提高用户用电负荷的可控性，通过调整电价和削减负荷能够将用户的负荷降低或提高到预期水平；另一方面通过调峰机组、风电、光伏发电之间的协调配合，实现新能源最大化消纳的情况下电网安全经济运行，降低了系统运行成本和污染排放，提高了系统的安全可靠性。
随着分布式电源/多样性负荷的大量接入，配电网结构和运行特性发生了较大的变化，为适应新能源最大化替代原始能源的目标，提出配网源荷储互动模式，即新能源、多样负荷及储能系统进行互动协调，首先对多样性负荷进行分类分析，通过制定实时电价对负荷进行一定程度的调节控制，同时有效的利用储能系统进行配网负荷的削峰填谷，则新能源以最大目标发电功率容量接入配网，三者相互调节，最终实现最大化消纳新能源的目标。
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论文作者:刘冰
论文发表刊物:《云南电业》2019年3期
论文发表时间:2019/9/26
标签：新能源论文; 负荷论文; 互动论文; 能源论文; 分布式论文; 模式论文; 需求论文; 《云南电业》2019年3期论文;