新能源電力系統的運行控制與優化研究

" 一、引言

在全球能源結構轉型與“雙碳”目標背景下，風電、光伏等新能源逐漸成為電力系統的重要組成部分。與傳統火電相比，新能源具有清潔、低碳、可再生等優勢，但其出力受氣候條件影響較大，存在隨機性、波動性和間歇性特征。這些特性給電力系統的安全穩定運行帶來了新的挑戰。因此，新能源電力系統的運行控制與優化，核心在于通過先進的控制與調度技術，實現“源—網—荷—儲”協同運行，在保障電網安全的前提下，最大化新能源的消納利用，推動能源體系的綠色、智能與高效發展。

" 二、新能源電力系統的核心目標

新能源電力系統的運行控制目標主要包括安全穩定、高效經濟和綠色低碳三個方面：

安全穩定即保持系統頻率、電壓在規定范圍內，防止新能源出力大幅波動引發電網不穩定或崩潰；高效經濟則是通過科學調度和優化控制，降低發電成本與輸電損耗，提高新能源消納率，減少棄風棄光；綠色低碳主要體現在優先利用清潔能源，減少化石能源的啟停和備用，提高系統整體碳減排水平，實現可持續發展。

" 三、“源—網—荷—儲”協同的運行控制技術

新能源電力系統的運行控制主要圍繞發電端（源）、輸電網（網）、用戶側（荷）和儲能系統（儲）四個環節展開。

" （一）新能源側控制：預測與調節并重

1.功率預測技術

新能源出力預測是系統控制的基礎。短期預測（1～72小時）可結合數值天氣預報與歷史出力數據，利用機器學習模型（如LSTM、隨機森林）預測未來出力，誤差一般可控制在10%～20%。超短期預測（15分鐘～1小時）：可采用滾動預測修正模型，誤差可降至10%以內。

2.并網控制技術

為保證新能源電站與電網的安全協調運行，常采用以下控制策略。低電壓穿越：在電網電壓驟降時保持機組不脫網，通過無功補償維持電壓穩定；下垂控制：模仿傳統發電機的調頻調壓特性，根據電網頻率、電壓偏差動態調節有功、無功輸出。

3.出力平滑控制

通過風電場機組互補運行、光伏場區與短時儲能配合等方式，減少出力突變。如配置15分鐘級電池儲能系統，當光照突然減弱時由儲能瞬時補償出力缺口。

" （二）電網側控制：柔性調節與拓撲優化

1.柔性輸電技術。通過安裝靜止無功補償器或靜止無功發生器，實時調節電壓水平，快速響應新能源功率波動。此外，柔性直流輸電可實現遠距離、大容量輸電，支持有功、無功獨立控制，是解決“風光外送”瓶頸的關鍵技術。

2.電網拓撲與分區控制。在新能源集中接入區域，可構建源網荷儲一體化微電網，實現區域自平衡、局部優化，避免局部波動影響主網安全。同時，利用智能開關與動態組網技術，可根據負荷變化或線路故障實時調整電網結構，提高供電可靠性。

" （三）負荷側控制：需求響應與虛擬電廠

1.需求響應——通過引導用戶改變用電行為來匹配新能源出力。

價格型響應：實施分時電價制度，在新能源出力高峰時降低電價，鼓勵居民、企業錯峰用電；激勵型響應：當電網負荷高峰或新能源出力不足時，對主動減少用電的用戶給予經濟補償。

2.虛擬電廠與負荷聚合——通過聚合分散的可控負荷，如電動車充電樁、儲能設備等，統一參與電網調度。例如，在風電出力過剩時，集中控制充電樁啟動充電，提升新能源利用率。

" （四）儲能側控制：系統的“緩沖器”

儲能系統在新能源電力系統中起到“削峰填谷、穩頻穩壓”的作用。

1.充放電優化控制。根據新能源出力預測、負荷曲線及電價信號，動態調整充放電時序，實現成本最優。

2.多場景協同應用。平抑短期波動：利用電池儲能快速響應新能源出力波動；輔助調頻調壓：儲能系統參與電網一次調頻（響應時間小于1秒），改善系統頻率穩定性；長時備用：抽水蓄能、壓縮空氣儲能在連續陰雨無風天氣下提供中長期備用電力。

" 四、系統級優化調度方法

新能源系統的運行優化，本質是多源協調與多目標權衡的過程。可采用“日前計劃+日內滾動+實時控制”的三級調度體系，最大化新能源利用率，動態調整新能源與儲能出力，在秒級響應層面維持電壓與頻率穩定。

構建“風—光—儲—氫—火電”互補體系，實現能源出力錯峰互補。例如，夜間風電強時儲能充電或制氫；白天光伏強時電網優先吸納光伏；無風無光時由儲能或火電頂峰供能，從而實現系統運行的平穩與可靠。

" 五、支撐技術：數字化與智能化

新能源電力系統的高效運行離不開先進的數字化與智能化支撐。

" （一）數字孿生技術

通過建立電力系統的虛擬鏡像，對風、光出力、負荷波動、設備故障等多場景進行仿真預測，提前驗證控制策略的可行性與安全性。例如，在模擬臺風天氣下評估風電場運行風險。

" （二）大數據與人工智能分析

利用海量歷史氣象與運行數據，通過深度學習算法優化預測模型，提升新能源出力預測精度。AI還可用于自適應調度與異常檢測，進一步提高系統運行的智能化水平。

" 六、結語

盡管新能源運行控制與優化技術日趨成熟，但仍存在許多不足，只有通過完善預測技術、推廣柔性輸電與儲能技術、深化需求響應與多能互補機制，并借助人工智能和數字孿生等新興技術支撐，新能源電力系統才能逐步實現由“被動適應”向“主動優化”的轉變，從而實現供電安全、經濟運行與綠色低碳的有機統一。

（作者單位：東北電力大學）