能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)：水電與新能源角色

陳啟卷，劉宛瑩，呂怡靜，柳無雙，鄭 陽

(武漢大學動力與機械學院，湖北 武漢 430072)

隨著通信技術(shù)跨領(lǐng)域的發(fā)展與第四次工業(yè)革命的發(fā)起，以化石能源集中式利用為特征的傳統(tǒng)經(jīng)濟和社會發(fā)展模式正在逐步發(fā)生變革，世界進入了一個新的時代——能源互聯(lián)網(wǎng)時代。能源互聯(lián)網(wǎng)是一種全新的智能能源體系，利用互聯(lián)網(wǎng)思維及技術(shù)，融合“遠距離、大容量”能量傳輸技術(shù)和新型可再生能源，可實現(xiàn)提高清潔能源電網(wǎng)滲透率、靈活多源協(xié)調(diào)互補、數(shù)據(jù)驅(qū)動的網(wǎng)源交互等發(fā)展目標，并提出未來能源系統(tǒng)將在清潔低碳、安全可靠、質(zhì)優(yōu)價廉矛盾中平衡的發(fā)展方向[1]。

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的本質(zhì)便是利用互聯(lián)網(wǎng)思維改善電網(wǎng)輔助服務能力，為電網(wǎng)賦能，改善間歇性能源電網(wǎng)滲透率增高帶來的問題，國內(nèi)外學者紛紛對接入間歇性能源后復雜的電網(wǎng)特性[2]、電力系統(tǒng)靈活規(guī)劃、調(diào)度、控制方法[3]、分布式能源消納技術(shù)[4]、多能互補技術(shù)[5]等開展了有益的探索研究。

本文從水電與新能源協(xié)同運行的角度尋找了多能源協(xié)調(diào)發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)，以促進傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型能源互聯(lián)網(wǎng)。綜述了能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)的相關(guān)概念、基本特征和重要技術(shù)應用，并強調(diào)了水電與新能源在此趨勢下的發(fā)展方向及研究重點；著重分析了水電在能源互聯(lián)網(wǎng)中應承擔的角色和需發(fā)揮的作用，并提出水電與虛擬電廠技術(shù)、網(wǎng)源協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)、控制技術(shù)有機結(jié)合的思路。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史及概念

面對日益嚴重的能源問題和環(huán)境問題，開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國保障能源安全、應對氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。但是由于部分可再生能源發(fā)電如太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等具有間歇性、波動性及不確定性，其大規(guī)模接入電網(wǎng)將對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生沖擊，因此促使傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型為能源互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要[1]。

1970年，Richard Buckminster Fuller在World Game simulation大會上提出形成全球能源網(wǎng)絡為世界發(fā)展的首要任務之一，并引出了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。1986年，Peter Meisen正式開啟了全球能源網(wǎng)絡建設計劃(GENI)，開展了分布式新能源并網(wǎng)的相關(guān)研究。2003年，美國及加拿大發(fā)生大停電事故，該事故警醒各國學者應開展更多新能源并網(wǎng)的實踐性探索，首次明確了能源互聯(lián)網(wǎng)應為一個智能、安全穩(wěn)定、可自愈、且實時監(jiān)測實時控制的能源網(wǎng)絡。2011年，Jeremy Refkin在《第三次工業(yè)革命》一書中指出能源互聯(lián)網(wǎng)是第三次工業(yè)革命的重要標志，首次構(gòu)建了能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系，闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征，引發(fā)了能源互聯(lián)網(wǎng)在全球的研究熱潮[6]。經(jīng)各國學者研究實踐發(fā)現(xiàn)，能源互聯(lián)網(wǎng)為實現(xiàn)多能并融、供需協(xié)作、物理信息融合的電網(wǎng)提供了全新的思路。

國內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)研究起步較晚，但近年來發(fā)展迅速。2014年，國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞提出能源互聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)就是“特高壓電網(wǎng)+智能電網(wǎng)+清潔能源”，是清潔能源大規(guī)模開發(fā)、大范圍配置、高效利用的重要平臺。2015年3月，在聯(lián)合國發(fā)展峰會上，國家主席習近平宣布將能源互聯(lián)網(wǎng)由戰(zhàn)略構(gòu)想上升為國家倡議。2016年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局和工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，提出了未來10年中國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展藍圖，進一步奠定了未來能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式。2017年，國家能源局公布了首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項目，能源互聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)由概念走向?qū)嵺`。2019年，清華大學等單位主辦以“泛在能源、智慧互聯(lián)”為主題的“2019國家能源互聯(lián)網(wǎng)大會”，能源領(lǐng)域的諸多專家在會上討論了能源互聯(lián)網(wǎng)在我國的推進態(tài)勢，展望了我國日后能源結(jié)構(gòu)的變革趨勢和轉(zhuǎn)型前景。隨著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型速度加快，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)已成為我國能源體系發(fā)展的重要方向[7]。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)特性

能源互聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)上融合大量分布式可再生能源發(fā)電裝置和分布式儲能裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)能量和信息雙向流動的電力對等的互聯(lián)共享網(wǎng)絡。具備可再生、儲能設備增多、移動能源攀升、分布式、互聯(lián)性、開放性、智能化等多種特征[1]，如圖1所示。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征圖

1)可再生。水能、風能、太陽能、生物質(zhì)能、地熱能和海洋能等可再生能源將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要能源市場。

2)儲能設備增多。電化學能、物理勢能、電磁能、相變能等儲能技術(shù)將進一步廣泛應用于能源互聯(lián)網(wǎng)中，以平抑間歇性能源產(chǎn)生的功率波動[3]。

3)移動能源攀升。以電動汽車、氫燃料汽車為代表的移動能源成為新的電能、化學能的存儲及消耗對象，成為不同區(qū)域間能源交互的新途徑[1]。

4)分布式。由于可再生能源的分散特性，以及當前技術(shù)條件不夠成熟和市場體制不夠健全的現(xiàn)狀，因地制宜地利用可再生能源，推動可再生能源的分布式開發(fā)，成為當下利用開發(fā)可再生能源的重要發(fā)展方向。

5)互聯(lián)性。能源互聯(lián)網(wǎng)將存在大量微網(wǎng)、虛擬電廠等可控的分布式單元，這些分布式單元需要實現(xiàn)互聯(lián)，以平衡能量的供給與需求。發(fā)展可再生能源并網(wǎng)技術(shù)更關(guān)注微網(wǎng)之間的信息、能量交互技術(shù)，它是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要前提。

6)開放性。能源互聯(lián)網(wǎng)應該是一個對等、扁平和能量雙向流動的能源共享網(wǎng)絡，實現(xiàn)發(fā)電裝置、儲能裝置和負載“即插即用”。

7)智能化。能源互聯(lián)網(wǎng)應完成數(shù)字化、智能化改革，引入人工智能，代替人腦做海量數(shù)據(jù)優(yōu)化、分析、判斷、決策，及時、有效、準確地對能源的供需曲線進行判斷和管控。

1.3 間歇性能源并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

間歇性能源具有不確定性及可變性，并網(wǎng)后將對電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性造成影響。首先，由于間歇性能源主要通過電子設備而非傳統(tǒng)的同步發(fā)電機接入電網(wǎng)，電網(wǎng)的機械慣性下降。而電網(wǎng)的機械慣性對于擾動發(fā)生的初始數(shù)秒的動態(tài)響應至關(guān)重要，慣性降低將導致電網(wǎng)頻率變化速度增加，系統(tǒng)頻率過快地到達低谷值或峰值，進而影響后續(xù)調(diào)頻及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，目前電力系統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則、控制規(guī)則早在建造之初就根據(jù)經(jīng)濟性與穩(wěn)定性設定完成，隨著電網(wǎng)大環(huán)境的轉(zhuǎn)型、可再生能源滲透率的升高，既定電網(wǎng)運行規(guī)則將不再適用。在可再生能源乃至間歇性能源高滲透率的能源互聯(lián)網(wǎng)中，需通過新能源出力預測、網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制和調(diào)度等手段協(xié)助電網(wǎng)保持可靠[8]。

1.4 多元融合的高彈性電網(wǎng)

傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型將面臨管理難度增大、提效手段匱乏、平衡能力降低、市場化難度增大的困境。針對上述問題，國內(nèi)外學界對增加電網(wǎng)的韌性、靈活性等進行了相關(guān)研究，提出了多元融合高彈性電網(wǎng)的概念。

1973年，加拿大生態(tài)學家C.S.Holling將韌性概念引入生態(tài)學研究領(lǐng)域，即衡量系統(tǒng)在超出規(guī)劃預期的極端風險事件和故障下自適應地減少故障損失、并在擾動后盡快恢復正常的能力，之后此概念被擴展至工程領(lǐng)域。在電網(wǎng)中，系統(tǒng)的韌性控制措施可分為事前的預防控制、事中校正控制及事后的恢復控制[9]。

文獻[9]總結(jié)出靈活性為衡量電力系統(tǒng)對節(jié)點功率注入不確定性的接納能力。文獻[10]提出了電力系統(tǒng)靈活性的五大特征：方向性、多時空特性、狀態(tài)相依性、雙休轉(zhuǎn)化性和概率特性。文獻[11]提出虛擬電廠可為電網(wǎng)提供靈活性空間，文獻[12]提出多能互補技術(shù)能為電網(wǎng)提供綜合靈活性，在二次調(diào)頻中應用了基于sooty terns optimization algorithm (STOA) 優(yōu)化算法的模型預測控制方法。

文獻[9]首次結(jié)合韌性與靈活性的定義，提出了更為廣義的高彈性電網(wǎng)的內(nèi)涵，以及對抗外部干擾，維持原狀態(tài)的能力，其認為高彈性是系統(tǒng)面對外部變化表現(xiàn)出來的各要素自組織、自趨優(yōu)、自適應的能力，以經(jīng)濟的方式使電力系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，進而獲得最優(yōu)效率。

目前國內(nèi)外學者對建設多元融合高彈性電網(wǎng)的相關(guān)研究熱點主要包括提高電網(wǎng)清潔能源承載能力、提升電網(wǎng)分布式能源消納能力、電網(wǎng)極端事件應對及自愈方法、設備的安全穩(wěn)定高效運行技術(shù)、虛擬電廠技術(shù)、多能互補技術(shù)、網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制和調(diào)度等。

2 水電在能源互聯(lián)網(wǎng)中的角色

2.1 水電資源的優(yōu)勢

提高可再生能源在電網(wǎng)中的滲透率為能源互聯(lián)網(wǎng)的研究目標之一。可再生能源可按照隨機性分為兩類，間歇性能源及非間歇性能源。間歇性能源包括風電、太陽能、地熱能、海洋能等，出力與氣候因素關(guān)聯(lián)較大，具有控制技術(shù)尚在發(fā)展中、出力難以預測的特性。上述能源除風電可為電網(wǎng)提供少量慣性外，其余均通過電子元件連接電網(wǎng)。因此，若提高間歇性能源的滲透率將降低電網(wǎng)慣性，進而對電網(wǎng)的穩(wěn)定性及可靠性帶來挑戰(zhàn)。非間歇性能源主要指調(diào)控技術(shù)成熟的水電能源，水電具有效率高、靈活性好、作用大、發(fā)展時間長、可為電網(wǎng)提供慣性的特點，在調(diào)峰調(diào)頻性能上具有得天獨厚的優(yōu)勢，且水電站的水庫庫容可以靈活調(diào)節(jié)，具有快速啟停或調(diào)整發(fā)電出力的能力[13]。且目前水電總裝機容量大，是全球可再生能源的主力軍，如何充分利用水電與間歇性能源聯(lián)合運營成為了各國學者的研究熱點之一，下文分別對常規(guī)水電技術(shù)及抽水蓄能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用進行討論。

2.2 常規(guī)水電與多能互補

常規(guī)水輪發(fā)電機組用落差和聚集的發(fā)電流量進行發(fā)電，具有設備簡單、操作靈活、自動化管理程度高的優(yōu)點，一般只需1 min左右1臺完全自動運行的水電機組便可從停機狀態(tài)完成開機流程至發(fā)出額定負荷，調(diào)節(jié)速度較火電快，具有可靠且快速的一次調(diào)頻、電壓控制、旋轉(zhuǎn)備用、黑啟動能力，長期以來在電力系統(tǒng)中承擔了重要的調(diào)節(jié)責任。發(fā)揮水電的優(yōu)勢促進可再生能源并網(wǎng)后的平穩(wěn)高效發(fā)電，對能源消納具有重大意義。

水電盡可能多地承擔峰荷，將有利于增加水電對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)作用，即水電要擔當起調(diào)控風能、太陽能等間歇性能源的重任，這將最終有利于可再生能源電力入網(wǎng)比例的最大化和電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運行。文獻[14]研究了挪威水電作為歐洲能源系統(tǒng)的“綠色電池”，指出現(xiàn)有的水電資源和互聯(lián)能力可以為歐洲能源系統(tǒng)提供靈活性。文獻[15]驗證了贊比西河梯級水電站的靈活性可以彌補南非風力發(fā)電的不確定性。文獻[16]開發(fā)了一套水風互補發(fā)電系統(tǒng)模型，為了驗證系統(tǒng)的互補性，即水電對風電變化的追趕能力，基于Matlab運行互補模型研究了水電對風力波動的抑制作用，結(jié)果表明水電對風力發(fā)電的變化有快速反應的能力，即能迅速、及時地應對風能的波動。文獻[17]提出了搭建一種考慮輸電要求和串聯(lián)水電綜合特性的大型水風光混合發(fā)電系統(tǒng)模型的方法，形成了基于互補保證率(CGR)和累積時間比(CTP)的最優(yōu)容量決策方法，并利用龍羊峽電站驗證了可行性，結(jié)果表明水電裝機容量和庫容在風-光發(fā)電互補中起主導作用，徑流調(diào)節(jié)也可提高水電與風能-太陽能的互補性。

2.3 抽水蓄能與多能互補

抽水蓄能可實現(xiàn)電能與勢能的互相轉(zhuǎn)化，可利用電力負荷低谷時的電能將水從下水庫抽至上水庫轉(zhuǎn)化為勢能，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電，對優(yōu)化電網(wǎng)資源配置意義重大，具有能量密度高、儲能容量大的特點，可利用巨大的調(diào)節(jié)庫容，較好補充風力、光伏等新能源發(fā)電的波動性和間接性，是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可或缺的重要儲能技術(shù)。諸多研究表明，抽水蓄能與新能源協(xié)調(diào)運行能有效彌補能源波動，提升電能質(zhì)量。文獻[18]結(jié)合輔助服務市場的物理特征分析和經(jīng)濟指標，以秒為時間尺度對變速抽水蓄能機組在平抑風電出力波動性能進行了評估，認為變速抽水蓄能機組不僅可以有效增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也能兼顧經(jīng)濟性。周清平等分析論證了抽水蓄能電站在構(gòu)建貴州多能互補電力系統(tǒng)中改善火電運行工況、減小煤耗、提高風電及水電消納能力的作用和效益[19]。文獻[20]針對住宅單元設計了一種將雨水發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)光伏電池系統(tǒng)相結(jié)合的聯(lián)合系統(tǒng)，對比分析了光伏系統(tǒng)、光伏-水電系統(tǒng)、光伏-抽蓄系統(tǒng)的能源成本、過剩功率、抽水功率等參數(shù)，表明光伏-抽蓄系統(tǒng)具有水電系統(tǒng)的最佳利用能力，且儲水容量越多，系統(tǒng)的過剩功率越小，能源成本也隨著安裝組件尺寸的減小而減小。文獻[21]在研究利比亞布拉克市社區(qū)電氣化的水風光混合電力系統(tǒng)時得出，抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)可以動態(tài)地彌補風光混合動力系統(tǒng)產(chǎn)生的能源短缺，提供約15%的能源需求。最近出臺的抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)迎來了其大發(fā)展機遇。

3 分布式能源與虛擬電廠技術(shù)

3.1 虛擬電廠概念

虛擬電廠可定義為整合各種分布式能源，集監(jiān)測、運行、控制、保護以及經(jīng)濟性為一體的一個電力協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，較主動配電網(wǎng)及微網(wǎng)而言，虛擬電廠打破了物理概念上的發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的界限，充分利用能源互聯(lián)、智能傳感器、大數(shù)據(jù)、智能決策等先進技術(shù)手段，通過能量管理系統(tǒng)將上述部分有機結(jié)合，可進一步提高新能源滲透率，為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)邁進能源互聯(lián)網(wǎng)的重要步驟[22]。

3.2 虛擬電廠研究方向

虛擬電廠是一種通過先進信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車等的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。虛擬電廠的本質(zhì)是分布式能源、能源儲存系統(tǒng)及可控負荷的集群，并通過通訊技術(shù)控制三者之間的能量流通，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)結(jié)構(gòu)可將虛擬電廠主要分為經(jīng)營性虛擬電廠和功能性虛擬電廠兩類，經(jīng)營性虛擬電廠直接由中央集成控制系統(tǒng)中的邏輯算法控制，功能性虛擬電廠需考慮發(fā)電量和成本對各分布式電源的出力進行優(yōu)化。

圖2 虛擬電廠的基本結(jié)構(gòu)圖

目前對于虛擬電廠的研究主要包括系統(tǒng)的模型架構(gòu)、系統(tǒng)整體控制及系統(tǒng)的經(jīng)濟性問題三個方向。在模型構(gòu)架方面，文獻[23]提出了虛擬電廠的模型架構(gòu)可根據(jù)不同的分布式電源構(gòu)建，文獻[24]通過考慮常規(guī)水、火電機組對風力發(fā)電設備進行補償而構(gòu)架了虛擬電廠系統(tǒng)，并通過仿真對該系統(tǒng)可行性進行了驗證。在系統(tǒng)整體控制方面，文獻[25]提出對可控負荷及電動汽車的控制算法，并對該系統(tǒng)的負荷頻率控制進行了研究。文獻[26]引入虛擬電廠技術(shù)分析了虛擬電廠內(nèi)部發(fā)電資源優(yōu)化調(diào)度算法，基于傳統(tǒng)調(diào)度方法提出三種改進的調(diào)度算法并進行了對比。在經(jīng)濟性方面，文獻[27]通過在分布式儲能系統(tǒng)的調(diào)度管理上引入虛擬電廠的概念，對虛擬電廠的經(jīng)濟效益進行了研究。

3.3 水電與虛擬電廠

水電在虛擬電廠中是唯一可控的分布式能源，抽水蓄能電站也為經(jīng)濟性較好的能源儲存系統(tǒng)，對虛擬電廠的研究具有重要意義[28]。

小水電是我國分布最廣泛、蘊藏量最大、開發(fā)成本最低的潔凈分布式可再生能源，單臺機組對電網(wǎng)動態(tài)特性的影響不明顯，過去一直未得到足夠的重視，相關(guān)研究較少。然而，當電氣距離較近的眾多中小容量機組總的容量較大時，它們對電網(wǎng)阻尼的綜合作用應該是不能忽視的。南方電網(wǎng)就曾發(fā)生過小水電機群局部振蕩引發(fā)大區(qū)電網(wǎng)功率振蕩的現(xiàn)象。群集的中小水電機群可能對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性造成重要影響。虛擬電廠技術(shù)可根據(jù)中小水電機群的群集效應對其等效建模，并進行有效控制及調(diào)度，提出了解決能源互聯(lián)網(wǎng)部分不確定性的波動問題。

抽水蓄能電廠為虛擬電廠容量較大，經(jīng)濟性較高的能源儲存方式之一，為電網(wǎng)大規(guī)模停電事故提供了應急方案，即給出了虛擬電廠中各儲能設備能互相協(xié)調(diào)有效頂替持續(xù)系統(tǒng)幾分鐘至數(shù)小時的高水平電力容量上的可能性。

4 間歇性能源并網(wǎng)背景下的網(wǎng)源協(xié)調(diào)調(diào)度及控制策略

4.1 間歇性能源出力不確定性分析

間歇性能源發(fā)電量預測是確保能源互聯(lián)網(wǎng)資源充足的必要條件，將直接影響其旋轉(zhuǎn)備用容量配置、各時間尺度的調(diào)度及控制計劃，以便確保電力供應滿足負荷需求。如圖3所示，間歇性能源出力預測分為超短期預測、短期預測、中期預測和長期預測。超短期預測的時間范圍小于1 h，對電力系統(tǒng)的出力平滑、實時調(diào)度、網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制以及最優(yōu)容量計算具有重大意義。日間預報屬于短期預報，預報時間范圍為1～6 h，主要供電網(wǎng)運營商用于負荷跟蹤活動和區(qū)域控制。中期預測通常為1～3 d，可用于電網(wǎng)運營商或電廠的廠內(nèi)負荷分配和日前市場預測。長期預測的范圍為1個月至1年，通常被電網(wǎng)運營商用于資源和容量規(guī)劃的目的[29-30]。

圖3 基于時間尺度的預測分類和相應的電力規(guī)劃運行圖

應對間歇性能源出力的隨機性和不確定性，需要采取合理的預測方法。如風電，代表性的方法有假設風電服從某一種分布的解析法、采用隨機模糊變量描述風電功率、模擬風電場景的方法和魯棒優(yōu)化方法。如光電，有直接預測法、間接預測法等對發(fā)電功率進行預測，有回歸模型法、指數(shù)平滑法、灰色預測法等對電網(wǎng)負荷進行科學判定[19]。

4.2 網(wǎng)源協(xié)調(diào)調(diào)度與控制

電力系統(tǒng)調(diào)度是指以系統(tǒng)運行成本最優(yōu)或系統(tǒng)發(fā)電能耗最小為目標，綜合考慮系統(tǒng)電網(wǎng)負荷平衡、機組運行出力、爬坡及備用等約束條件，優(yōu)化各電站在調(diào)度期內(nèi)的運行方式。能源互聯(lián)網(wǎng)中高滲透率的可再生能源將帶來的出力波動及電網(wǎng)的負荷波動、元件故障率等不確定因素會給該優(yōu)化過程加大難度。這些不確定因素共同構(gòu)成了電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟性運行的風險源，具有影響電網(wǎng)潮流分布、電壓穩(wěn)定的可能性。近幾年，學者們開始廣泛研究多能互補的調(diào)度方法，文獻[31]采用嵌套優(yōu)化法求解兼顧發(fā)電量和出力波動的雙目標水光互補調(diào)度模型。文獻[32]提出了一種增強的多目標蜂群優(yōu)化算法用于解決水熱風互補調(diào)度系統(tǒng)的多目標優(yōu)化問題。

PID控制是目前電網(wǎng)中應用最廣泛的控制方法，其控制過程透明且可操作性高。然而，隨著可再生能源滲透率的增加，PID的局限性也逐步呈現(xiàn)出來：①PID不能通過設定系統(tǒng)的控制目標，難以實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)要求的經(jīng)濟性與穩(wěn)定性平衡的發(fā)展目標；②PID不能處理約束；③PID魯棒性不足，難以在能源互聯(lián)網(wǎng)不斷變化的工況中保持良好的控制表現(xiàn)。上述局限性表明，面對可再生能源的高滲透率，PID難以滿足其性能要求。為了彌補上述局限性，國內(nèi)外學者研究了模糊控制、模型預測控制、人工智能控制、基于觀測器的控制等多種控制理論，并認為魯棒性較強的控制器能有效提高電網(wǎng)的韌性[33]。

5 結(jié) 語

能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵，當今世界能源需求的80%仍由化石燃料(石油、天然氣和煤炭)供應。而且世界上仍然有約15%的人口生活在缺電的狀態(tài)，因此可再生能源的開發(fā)利用尤為重要[34]。近些年來，隨著計算機軟件和應用程序的發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)成為第四次工業(yè)革命的研究熱點，各國開始利用互聯(lián)網(wǎng)思維、能量傳輸技術(shù)及新能源發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)提高清潔能源電網(wǎng)滲透率、靈活多源協(xié)調(diào)互補、數(shù)據(jù)驅(qū)動的網(wǎng)源交互。此外，隨著研究的深入，多能互補系統(tǒng)、虛擬電廠會越來越展現(xiàn)出其優(yōu)越性，水電和新能源如何在新型的電力系統(tǒng)中發(fā)展也將成為以后的研究熱點。