新時代下新能源電力系統運行發展研究

崔陸兵

寧夏百新熱力有限公司，寧夏 銀川 750200

0 引言

新能源發電已經成為當下研究的主流方向，但是隨著我國新能源發電規模的不斷發展，受限于新能源發電的不確定性因素，導致新能源電力系統的運行效果不理想，使電網運行調度趨于復雜化，限制新能源電力系統的運行發展，進而造成嚴重的資源浪費情況[1]。因此，為了切實保障新能源電力系統的運行發展，文章結合國內外研究現狀，提出全新的虛擬發電廠管理模式，以保障新能源電力系統的運行效果。

1 基于新能源電力系統運行的虛擬發電廠簡介

1.1 虛擬發電廠功能

虛擬發電廠本身具備資源整合與信息共享的核心功能，同時具備運行狀態檢測及經營管理的能力[2]。

（1）資源整合功能特性。①多樣化資源接入。虛擬發電廠有許多可訪問的資源，可概括為三個方面，即發電單元、能量存儲系統和電力負荷。②介入資源的區域可分散性。虛擬發電廠采用先進通信系統，能夠實現資源共享，接入不同虛擬發電廠中。③接入資源切實可控。通常虛擬發電廠接入資源已簽訂相關協議，由此使調度控制中心對資源具備較高的控制權限[3-4]。

（2）信息共享與采集特性。①信息采集。虛擬發電廠的安全穩定運行，通常需要采集關鍵性信息加以支撐，同時需時刻關注氣象、電力市場價格波動等信息。②信息分析及處理。虛擬發電廠數據采集后的數據分析主要涵蓋各單元運行、生產及維護類數據，同時涵蓋電價交易、耗電量、用戶行為等營銷類數據。③信息傳輸及共享。虛擬發電廠依托通信技術采集信息，并由此將信息傳輸至控制中心，再由控制中心下達指令傳遞至各個單元。

（3）運行狀態檢測功能特性。新能源發電本身具備一定的不確定性，因此需要虛擬發電廠結合所采集的數據信息，并通過數據信息分析結果預測新能源發電量。然后進行電力負荷的預測，虛擬發電廠本身具有相對強大的數據采集系統，可掌握用戶的功耗規律，并通過分析各種因素最終實現對電力負荷的準確預測。

1.2 虛擬發電廠運行控制結構

虛擬發電廠的運行控制結構可細分為以下類型。

（1）集中控制類。在集中控制結構下，虛擬發電廠將建立一個控制中心，以鏈接每個單元的所有信息和數據，并具有相應的絕對控制權，從而可以很好地控制每個單元的能源信息和貨幣流量。需注意的是，該結構只有一個控制中心，因此擁有的信息交換、分析和處理能力將對虛擬發電廠的發展運行造成一定的限制作用。同時，該控制中心受到接口數量及種類的限制，進而對虛擬發電廠的兼容性和擴展性造成影響。

（2）分散控制類。分散控制虛擬發電廠本身具有許多不同級別的控制中心，可細分為上下兩層，上層控制中心通常對下層控制中心具有完全控制權。其中，上級控制中心能夠結合下級控制中心各單元的特性來設置科學合理的任務，進而發揮相應的優勢，促使虛擬發電廠能夠維持最佳運行狀態，以提升虛擬發電廠本身的兼容性及擴展性。此外，還有一種完全分散控制結構，該結構缺乏統一控制中心，通常子結構會依托自身利益而忽略虛擬發電廠整體利益。因此，該結構下的虛擬發電廠在信息管理及運行管理上的要求更高，各子系統間必須達成高度的協調合作狀態。

2 新時代下新能源電力系統運行發展策略

由上文分析可知，當前新能源發電的類型較多，但是其本身具有一定的不確定性，因此需要建立虛擬發電廠，以實現統一的調度控制。為此，在具體操作上，需要構建新能源電力系統結構的聯合調度虛擬發電廠模型。

2.1 新能源電力系統運行限制

新能源電力系統主要包括熱電聯產（CHP）、傳統火電、風電新能源電源及熱力發電站等元素。當前，我國運行較為廣泛的主要是CHP機組，該機組具備熱電雙重特性。原則上，該單元專門使用高檔高壓缸運行進行發電，然后將輸出的蒸汽直接排放至壓力缸中，以繼續運行。 在此過程中，有必要實時優化和調節蝶閥，以提取一部分蒸汽進行熱處理。壓力缸中剩余的蒸汽將流入低壓缸，以進行連續膨脹操作，最后排放至冷凝器中冷卻。蒸汽完全冷卻后，所凝結的水還可循環利用。CHP機組的運行特性如圖1所示。

圖1 CHP機組運行特性圖

圖1中，Cv表示CHP機組進氣量到達一定程度時，所產生的每單位熱量需要減少的發電功率；Cm表示CHP機組運行狀態下的背壓值；h0表示CHP機組運行下，功率最小時的供熱情況，；hmax表示CHP機組的最大熱能功率；Pmax、Pmin表示CHP機組啟動暫停運行狀態下的最大和最小發電功率；B、C表示最小蒸汽量工況線。

由于CHP機組本身具有供熱特性，在非供暖時間段可借助關閉蝶閥的形式，促使運行狀態趨向于常規發電組，維持單純發電的狀態。

CHP機組在供暖時的熱電耦合限制描述如下：

2.2 基于虛擬發電廠模型的新能源電力系統運行策略

由于CHP機組的運行涉及熱電聯合運行的限制，導致電力系統在運行中的發電功率明顯受限。風電協調輸出的不確定因素，也限制了風電并網運行的效果。為此，有必要建立虛擬發電廠模型，并結合該模型合并不同的運行單元，包括熱電聯產，常規火力發電、風力發電，火力發電廠等。借助虛擬發電廠模型，實現統一調度處理，實現各個單元的完全控制。虛擬發電廠模型圖如圖2所示。

圖2 虛擬發電廠模型圖

（1）依托控制虛擬發電廠內電鍋爐、儲熱罐的運行，促使CHP機組熱量輸出盡可能保持在預期范圍，從而保障CHP機組的輸出以電功率為主，由此能夠極大的緩解“熱電耦合”的限制。并且，還將切實保障CHP機組發電功率的可控范圍，真正達到靈活運行的目標。

（2）借助調控CHP機組的進氣量，可促使該機組電功率始終處于相應水平，同時借助CHP機組較高的能源利用率特點控制能源損耗，從而有效降低運行成本。此外，還能夠極大的提升電力系統調峰能力，從而給風電網的聯合調控提供廣闊空間。

（3）虛擬發電廠中的電鍋爐不僅僅是供熱設備，同時具有重要的用電負荷作用。因此，引入電鍋爐可以相應增強電網本身的用電負荷，進而增大風電消納，減少棄風現象。

（4）積極響應相關政策號召，在實時、分時電價定價等方面，充分結合市場規律進行調度運行。

3 結束語

當前，針對新能源電力系統仍然缺乏具體的定義，主要是由于新能源電力系統隨著大規模新能源發電的融入，其本身所能輸出功率存在明顯的不確定性，使傳統電力系統在具體結構、控制方式及管理辦法等多方面發生轉變，并最終由此生成全新的虛擬發電廠。結合當下新能源電力系統發展情況可知，新能源電力系統的虛擬發電廠運行模式將成為主流模式，并由此形成特高壓輸電網絡的電力傳輸通道，構成需求側響應技術的全新電力系統。