基于源-荷互动的大规模风电消纳协调控制策略

新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）、中国电力科学研究院、国网甘肃省电力公司电力科学研究院的研究人员郭鹏、文晶、朱丹丹、王维洲、刘文颖，在2017年第3期《电工技术学报》上撰文指出，近年来，中国风电发展逐渐形成了逆向分布、密集发电、集中并网的电源格局，传统电网调度控制方式难以有效解决大规模间歇式风电出力波动，风电的消纳送出受到了严重的制约。

在研究不同时间尺度下风功率波动特性的基础上，通过分析常规电源和高载能负荷在调节风电波动上的互补关系，提出一种源荷互动两级协调控制策略。

一级协调控制根据日前风电功率预测情况，以风电消纳能力最大为目标，通过常规电源和高载能负荷在调节容量上的优化配置，提高风电消纳水平；二级协调控制针对风电功率实时波动情况，以风电实时出力与计划出力的偏差最小为目标，通过常规电源和高载能负荷的协调控制，平抑风电波动，提高大规模风电消纳水平。通过对甘肃电网的仿真分析，验证了所提控制策略的有效性。

图5 源荷协调优化控制流程图

风能是一种重要的可再生能源。随着我国风电装机容量的快速增长，风电占系统总发电比例的逐渐增加，其出力的随机性、不确定性和间歇性导致系统的功率波动进一步扩大，常规电源的调节能力难以有效应对，给电网传统调度运行方式带来了新的挑战。

同时，风资源分布的不均匀性导致风电场远离负荷中心，风电就地消纳能力不足，远距离外送又受输电通道输送能力的制约，这些因素严重影响了风电的大规模发展。因此，在常规电源调节能力不足、风电外送受阻等一系列瓶颈制约下，仅仅依靠常规电源对风电波动进行调节的运行方式已不能满足大规模风电的发展需求，需要开拓新的思路来解决风电发展和消纳之间的矛盾。

高载能负荷具有可中断可调节、调节容量大、投切速度快等特点，可用于跟踪风电波动进行“削峰填谷”，从而弥补常规电源在调节大规模风电波动上的不足，是解决风电消纳问题的有效途径。

国内外对具有可调节特性负荷辅助风电消纳的源荷互动理论进行了相关研究。文献【7】在“源网荷”互动概念的基础上给出了智能电网“源网荷”互动运行控制的研究框架。文献【8】通过引导高载能负荷企业的用电行为来主动参与电力系统调峰，有效缓解了电网的调峰压力。

文献【9，10】研究了负荷响应对含大规模风电的电力系统调度控制的影响，指出负荷响应能够有效消纳风电，增加风电利用价值。文献【11】针对微网中风光电出力波动引起的功率不平衡量，采用空调、热水器等可控负荷进行优化。文献【12】将直接控制可中断负荷、电动汽车作为平缓风电波动的有效手段参与电网直接调度，从而减少系统运行负担。

上述研究从需求侧响应的角度对可调节负荷进行了研究，但是对于可调节负荷如何与常规电源互动协调控制、以平抑风电波动，提高大规模风电消纳水平等方面的问题却很少涉及。

针对风电消纳困难和常规电源调节能力不足等问题，本文在研究高载能负荷和常规电源互动特性基础上，提出一种两级源荷协调控制策略，在日前计划和日内实时两级时间尺度下对常规电源和高载能负荷进行优化控制，在日内实时控制中以分钟为时间尺度，在提高大规模风电并网消纳水平的同时，也降低了风电波动对AGC调节功率的影响。

结论

本文提出了一种基于源荷互动的大规模风电消纳协调控制策略。通过分析常规电源与高载能负荷的调节特性，建立了高载能负荷的控制模型；基于常规电源和高载能负荷的互补优势，构建了以消纳受阻风电功率、平抑风电实时波动为控制目标的两级源荷协调控制策略，综合考虑常规电源和高载能负荷调节特性对风电消纳的效用，分别在日前和实时时间尺度下对源荷进行协调控制。

以实际电网为例的仿真结果验证了本文控制策略的有效性，源荷互动模式下风电消纳水平显著提升，为大规模风电并网消纳提供了新的理论方法和控制手段。