多种调峰手段参与新能源发电场群的实时调峰策略研究

随着以清洁能源为主导的能源转型发展趋势加速推进,高比例新能源并网发电带来的间歇性、不确定性及反调峰特性日益显著,加剧了电力系统调峰压力,单一的调峰手段在满足新能源发电场群的调峰需求方面捉襟见肘。近年来,抽水蓄能、光热发电及高载能负荷等多种调峰手段得到了迅速发展,不同调峰手段具备蓄热容量大、启停速度快、调峰灵活性高等独特的调节特性,为促进调峰运行的稳定性和调峰容量的充沛性奠定了基础。除此之外,基于多种调峰手段的联合优化调峰,可以使新能源并网电力系统调峰达到因地制宜和优势互补的效果。因此,研究多种调峰手段参与新能源发电场群实时调峰是实现更高比例新能源并网消纳及电力系统调峰稳定性的重要途径,也具有迫切的理论研究价值及示范应用意义。主要研究内容如下:(1)论文在分析了目前甘肃省河西地区新能源发电场群接入电网的运行特性基础上,建立了风力发电场群及光伏电站群出力模型。进一步阐述了可以参与电力系统调峰的抽水蓄能、光热发电、水力发电及高载能负荷等调峰手段的调峰运行机理,深入研究了多种调峰手段的应用场景,并在此基础上建立了多种调峰手段的数学模型。(2)针对新能源发电场群接入电网造成的调峰运行问题,提出了同时考虑风光互补及源荷耦合关系的考核指标,在此基础上对具有反调峰特性的新能源发电建立了基于调峰需求的典型出力场景模型。该模型以平衡场景、基于改进拉丁超立方采样(Latin Hypercube Sampling,LHS)算法和场景削减技术的关键场景及其概率分布表征风光接入对电网运行和调峰需求的影响。根据新能源发电典型出力场景模型,建立了高比例新能源发电场群的调峰运行优化模型。采用多场景调峰运行优化,计算各项运行指标,对比分析了兼顾风光互补和源荷耦合的调峰运行能力。以甘肃省河西地区新能源发电场群设计算例,验证了所提运行策略的可行性和有效性。(3)针对多种调峰手段共同参与新能源发电场群实时调峰运行问题,提出了一种基于多时间尺度及分层控制的实时调峰优化策略。其中虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)利用先进的控制策略,能够将分散的多种调峰手段、新能源发电场群及负荷代理机构聚合,并建立VPP调峰控制架构,打破传统新能源发电与负荷、调峰电源的地域约束,为提高新能源发电场群的综合调峰能力创造了平台。考虑VPP的“源荷”双重特性,给出其作为源荷协调的调峰支付函数,提出多VPP参与新能源发电场群实时调峰的分层调度机制。为降低新能源出力及负荷随机性造成的预测误差,建立满足机会约束的日前、日内及实时分层调峰优化模型。研究结果表明,通过多VPP的分层协调调峰机制及短时间尺度滚动调峰优化,调动了多种调峰手段参与积极性,进而实现了系统内调峰平衡目标并增加了调峰收益。