风光储一体化综合能源系统柔性调度策略

风光储一体化综合能源系统柔性调度策略

韩劲苗

中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南昆明650051

摘要：文章分析了风光储一体化发电站建设的必要性和重要意义，阐述了风光储一体化发电的基本原理和作用，提出了风光储一体化发电推广应用亟待完善的各项措施，并对其未来的应用前景进行了分析和展望。

关键词：综合能源系统；可再生能源；柔性负荷；

引言

随着科学技术的不断进步，大规模开发利用可再生能源，以可再生能源逐步替代化常规的化石能源已经成为不可逆转的历史潮流。近年来，我国的风力发电和光伏发电产业发展迅速，发电装机容量每年都以５０％上的比例高速增长。这使电网输电的矛盾日益突出，如何提高电网对风力发电和光伏发电的接纳能力已经成为当前亟待解决的问题[1]。风光储一体化发电以其开创性的思维，为我们解决上述问题提供了一条有效的途径。大规模建设风光储一体化发电系统不仅可以向电网提供相对稳定的可再生能源电力，有效地提高电网对可再生能源发电的接纳能力，同时还可大幅提高电网的输电效率，使宝贵的输电线路资源能够得到更加充分的利用。中国是一个常规能源相对匮乏的国家，但风能和太阳能资源极为丰富。大力开发利用风能、太阳能资源符合我国能源长期的可持续发展的战略。虽然，目前风光储一体化发电还刚刚起步，在技术上还不够成熟，还需要进一步研究完善，但是，基于我国可再生资源分布的不均衡状况，未来在我国将有着非常广阔的发展空间。可以预见，随着风光储输示范工程的建成投运和政府各项政策措施的逐步落实，在不久的将来，风光储一体化发电必将得到大规模推广应用，成为我国可再生能源开发利用的新热点。

1风光储一体化发电站的基本设计思想

为鼓励可再生能源开发利用，消除目前可再生能源发电对电网安全运行构成的威胁，我们可以从两个方面来考虑[2]。第一是从电网侧入手，做好电网的规划建设，提高电网的智能化控制与调度水平，使并入电网的可再生能源发电能及时送出；第二是从电源侧入手，采用各种有效的储能手段来平抑波动，并把可再生能源发出的电能部分或全部储存起来，按照实际需要有计划地送出。显然，前一种方式，将随着国家电网公司的特高压网架和智能化电网的建设逐步得到加强和完善。但是，这种方式只是缓解了资源和需求分布的不均衡性，并没有从根本上消除可再生能源发电输入电网的随机性和波动性；另外，无论是风力发电还是光伏发电，由于其随机性和波动性的特点，送出线路的利用率都非常低，在绝大多数情况下，输送的电能都不超过其设计能力的５０％，若是单纯采用这种方式，电网的输送效率将大幅下降，而输送能力也需要成倍增加。而后一种方式，固然能从根本上解决问题，但目前大规模储能技术，除了抽水蓄能以外，其他技术还不够成熟，无法满足可再生能源发电储能的实际需求。风光储一体化发电的概念，实际上是基于目前的技术条件，将上述两种方式有机地结合起来，充分发挥电网大范围输送和智能化控制与调度的优势，以期达到最大限度提高电网接纳可再生能源发电能力的目的。

2柔性负荷模型

随着中国快速推进可再生能源的利用与新型电力系统的发展，解决综合能源系统(integrated energy system，IES)面临的负荷与可再生能源输出功率之间不平衡的问题成为首要任务，这需要在提高IES能源利用率的同时提升其运行的灵活性[3]。基于此，构建了一种集可再生能源输出功率不确定性模型、柔性负荷模型和储能设备模型为一体的工业园区风光储一体化IES模型，在对其进行仿真分析，仿真结果表明：风光储一体化IES模型能够有效提升IES的运行经济性及其可再生能源消纳能力，为实现各类能源的协同调度与统一规划提供了理论参考。具体如下：

根据柔性负荷的调控方式，可将柔性负荷分为可削减负荷、可中断负荷及可转移负荷，为突出柔性负荷的“削峰填谷”作用，本文重点对可转移负荷进行建模分析。可转移负荷为风光储IES中可灵活调节的负荷，设其可转移的时间区间为[tsB,husE]，在此区间内，风光储IES可根据总体用能需求，将峰值时段负荷向用电低谷时段转移，调节负荷曲线，满足该IES的整体用能供需。然后，引入布尔变量uLs,t，用于表示可转移负荷在t时段的转移状态，当uus.,=1时，表示可转移负荷在该时段发生了负荷转移;反之，HLs.=0。对于可转移负荷，其在t时段所需满足的约束条件包括功率转移总量约束与功率转移范围约束，可表示为:

式中:PLs.min、PLs.max分别为可转移负荷参与转移调节的最小、最大功率;PLs,为t时段可转移负荷参与调度后的负荷功率;PLso.，为t时段可转移负荷参与调度前的负荷功率;T为最终时段。

由式可知，调节前、后风光储IES中可转移负荷的总功率不变。

调度结果分析：柔性负荷在满足功率平衡的同时实现了风光储IES的自治，优化负荷曲线的同时利用储能最大限度的对可再生能源进行了消纳，增强了风光储IES的可靠性与灵活性，减少了其对外部能源的依赖

[4]。

风光储IES经济性分析：柔性负荷的加入使风光储IES对可再生能源的利用率进一步提升，从而使弃电成本下降；同时外部购能成本进一步减小，储能成本也由于其充放电深度的减小而下降，因此综合经济性进一步提高。综上所述，锂离子电池储能与柔性负荷的协同运行对风光储IES的经济运行有所增益。

3促进风光储一体化发电发展的建议

风光储一体化发电是一项全新的发电技术，也是一个涉及到多个领域的系统工程。建设风光储一体化发电需要政府给予必要的政策支持和社会各界的通力协作。目前，首先要加强风光储一体化发电工程的示范应用，通过多个示范工程的应用探索总结，并结合智能化电网建设要求，制订和完善相应的建设标准和技术规范；其次，要加强电源和电网的规划与协调，结合智能化电网建设，合理布局、有序发展；其三，要加强政策研究，政府在财政上应给予必要的支持。目前，风力发电和光伏发电国家都有了相应的财政支持政策，但储能系统还没有，如何评价储能在可再生能源开发利用中的作用，建议对其社会效益进行深入研究，并根据实际情况，制定相应的财政补贴政策，为我国储能技术的发展和风光储一体化发电的推广应用保驾护航。

4结束语

能源是经济和社会发展的重要物质基础。工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，使人类社会的可持续发展受到严重威胁。因此，大力开发和利用可再生能源，已经成为世界各国保障能源安全、优化能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放的重要战略措施。

参考文献

[1]祝荣,陈俊清,宋伟,王永胜,任永峰.风光储一体化综合能源系统柔性调度策略[J].太阳能,2022(05):67-76.DOI:10.19911/j.1003-0417.tyn20220324.02.

[2]彭政.面向园区风光储系统的储能容量优化及运行调控策略研究[D].湖南大学,2021.DOI:10.27135/d.cnki.ghudu.2021.002937.

[3]李学永.考虑风光储一体化的电能计量模式研究与验证[J].电测与仪表,2018,55(16):94-99.

[4]黄世回,王汝钢,杨忠亮.风光储一体化电站智能电能监测与计量系统[J].广东电力,2016,29(06):93-97.