新能源電力系統優化控制方法及關鍵技術探究

王永科

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461000）

近幾年，資源短缺，氣候復雜多變，環境污染嚴重，隨著世界科技的不斷進步，促進了電力系統可再生資源的建設，已經逐漸取代傳統電力系統，風能、太陽能、水能以及核能資源的充分利用，加速了國內新能源與國家電網之間的轉型，將綠色環保，低碳生活作為國家新能源戰略的主要任務。本文主要以探究新能源電力系統優化控制及關鍵技術應用的探討，借此推動電力用戶主動試用新能源電力系統，推進新能源電力系統優化升級，有利于發電穩定。

1 新能源電力系統的特點及發展現狀

1.1 特征

新能源電力系統的中心意義就是實現真正的 縱向垂直互補,垂直網絡負載能源存儲協調 的幫助下相關的技術手段，減少一次性能源的使用，增加新能源在電力系統的比重，最后逐步使可再生能源占據電力資源結構的主要位置。

新能源發電系統具有隨機性和波動性、受溫度的影響較大的特點，新能源集成產生的振蕩對電力系統的安全運行有著重要的影響。因此，新能源比例越高，振蕩問題就越嚴重，新能源的普及不僅會影響電力系統的安全穩定運行，而且會對新能源電力系統的運行率產生重大影響。

選擇將傳統煤燃發電系統轉化成新能源電力系統最主要的原因就是，新能源系統本身所具有的可再生性、可重復性及可利用性。風能、核能、太陽能和水能等新能源的開發利用是現階段新能源發展的重要組成部分。

目前，清潔改造電力基礎設施的配套能力有待進一步提高，新能源電力系統深入滲透率高，導致對新能源電力系統的控制有著嚴重的不穩定性。特別是分布式發電的 弱調度特性，使高滲透電力系統的運行難以控制。因此，研究多資源、多總體目標以及多約束的協調控制技術是十分必要的。

新能源電力的另一個重要特征是其低能量密度。例如，風速為3m/s 時，其能量密度約為20W/m2，即使天氣晴朗時正午時分的太陽能，垂直于地球表面的太陽的能量密度也僅為1000W/m2，這使新能源個發電設備的獨立容量不能太大。大量小容量發電機組并網，使電力系統臺受控發電機組呈現爆炸性增長趨勢。

1.2 發展現狀

（1）目前，我國燃煤發電系統缺乏靈活性和調節能力，電網調度運行模式相對僵化，已成為制約可再生能源高比例接入電網的瓶頸。在目前中國的電力規劃中，電源側的靈活性資源配置落后于可再生能源的發展速度，現存煤電機組靈活性改造仍有較大空間，豐富能源資源地區水利發電、蓄水儲能、核能發電等具有調節性能的靈活電源比例不足。

（2）“三北”地區是我國重要的風電基地，但由于當地吸收能力不足，需要通過電網進行大規模的遠距離輸電，這也帶來了一些經濟和技術問題。為了大規模推動風電技術，調峰問題是需要解決的。并且還要知道風能、太陽能資源集中在 三北 地區，水資源集中在西南地區，電力負荷集中在華北、華東、華中和華東地區，占全國用電量的80%以上。這就決定了西部北部的大量清潔能源需要向東部和中部轉移，對電網的輸送能力提出了更高的要求。

（3）可再生能源在時間長度上具有顯著的季節變化和間歇性，并具有區域水汽與風能互補、跨河水力互補和跨區域風能與太陽能互補的特征。因此，通過廣泛互聯的新發電系統，可以實現全網的多能量互補、時空互助和友好接納。

2 新能源電力系統優化控制方法

從生產發電來看，要實現間接性和波動性明顯的風力發電、光伏消納，電力系統必須增加一些可以靈活迅速調節的電源作為支撐點。然而，我國低碳化的靈活電源，如正電、抽水蓄能裝機占比過高，因而在這方面需要進一步挖掘潛力，加速靈活電源建設和改建，以搭配新能源的發展。并且電力系統的負荷已不同于傳統化相對穩定性的負荷。伴隨空調等大量波動性負荷的發展，必須加強數字化技術和電力網技術的深層融合，電網數字化頻率控制模型如圖1 所示。

圖1 電網數字化頻率控制模型

從智慧型能源的發展建設方面看，要充分考慮能源系統中各個領域相互之間的協調性協調，比如，考量應急電源、通信電源和清潔電源發展規劃布局之間的協調性協調，電力網建設與靈活電源布局之間的協調性協調，電力網中不同傳送方式之間的協調性協調，電力網與冰網、熱網相互之間的協調配合，用戶側與電源側、用戶側與用戶側相互之間的協調協調，電力與交通、工業和住戶等不同行業之間的相互配合。智慧能源系統也是在原本智能電力的基礎知識上進一步拓寬，涵蓋電、熱、冷、氣以及氫等多種多樣能源的智慧化、綜合性系統。

從具體的發展方位上看，要實現以電為中心站，電、熱、冷、氣多種能源相互之間的互聯互通，以及多種多樣能源相互之間的協調發展，就要注重基礎性技術的研發和應用。因為能源轉型需要很多新的技術性和新的裝置，這類技術和設備的研發離不開一些基本理論、基礎知識材料、主導元器件以及關鍵技術的支撐點。同時，要注意把區塊鏈、互聯網大數據等技術同電力網技術深層相融，進而打造一個新型的能源生態系統。

3 新能源電力系統關鍵技術探究

總之，有別于歐美地區發達國家，我國能源低碳轉型和發展所面臨的壓力與挑戰極大，但同時，也給電力系統的創新帶來了更多的機遇。對科學界、學術界和工業領域而言，如何進行電力系統的基礎研究、關鍵技術及新型電力設備的產品研發，都是迫切需要開展的工作。

3.1 建立實時預測系統

為解決可再生資源消耗比例高的問題，必須提高與電力相關的新能源技術水平，確保電網安全運行。風力發電對電網安全控制流程如圖2 所示。

因此，在未來幾年，有必要不斷提高新能源調度的技術水平，研究并建立具體的風電機組仿真模型，即風電場、光伏發電模塊和光伏變電站，仿真分析平臺建設，新能源發電并網發電系統；產品開發電站實時檢測系統，實現風電場資源的實時信息和運行監控；產品研發可應用于平原、盆地及山地等地形，以及暖溫帶季節性氣候、大陸性氣候、熱帶季節性風力發電預測系統。有助于提升電力網的調節控制力，增加電力網運轉的靈活性，通過區域電力網的互聯互通，發揮相連電力網的間接儲能功效，以實現資源調優利用，并降低系統總成本，同時，也要通過集中型和分布式儲能技術相結合，統籌協調性來增加電力網孤網能力。

圖2 風力發電對電網安全控制流程圖

3.2 電力系統以及電瓶車的相融

將新能源電力系統與電瓶車相融合，運用更多的清潔能源，隨著電瓶車的普及，越來越多的電瓶車開上街道，那么，作為必要的基礎設施，發展也必須得跟上。另外，如何高效化地把它們相融到電力系統中，也是一個探索。各個國家的合作能幫助我們在這方面完成“1+1=2”的功效。同時，讓我們也要在各個行業，在有利益相關的方面，包括交通領域、電能領域密切合作。讓我們相信新能源汽車以及電力系統，不論是在電力網方面還是在地方，通過一系列的技術性解決方案能緊密融合。再者，在市場監管這方面政策的適應，或者說是調節，也將能使這樣的融合迅速發生。

4 結語

總而言之，在未來的大部分時間里，新能源電力系統關鍵技術和控制方法的轉化升級會逐漸成我國電力系統發展的主要目標，只有真正實現新能源電力系統的自由使用，才能慢慢化解科技進步與環境資源之間的沖突，才能真正進行科技的全方位的研究投入，推動世界的進步，為人們的理想生活帶來真正意義上的改變。然而，國家相關電力系統與新能源技術的融合研究還不夠成熟，還需要國家大量的研究投入來縮短新能源電力系統的推廣時間。