新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究_印欣.pdf

第第 44 卷卷 第第 1 期期 2023 年年 2 月月Vol.44 No.1Feb.2023发电技术发电技术Power Generation Technology新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究印欣1，张锋2，阿地利巴拉提1，常喜强1，陈武晖2*，李长军1，李雪明3，袁少伟4（1.国网新疆电力有限公司，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐市 830000；2.太原理工大学电气与动力工程学院，山西省 太原市 030024；3.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省 南京市 210003；4.国网乌鲁木齐供电公司，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐市 830000）Study on Participation of Electricity-driven Thermal Load in Real-time Scheduling of New Power SystemYIN Xin1,ZHANG Feng2,ADILI Balati1,CHANG Xiqiang1,CHEN Wuhui2*,LI Changjun1,LI Xueming3,YUAN Shaowei4(1.State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830000,Xinjiang Uygur Autonomous Region,China;2.College of Electrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,Shanxi Province,China;3.Guodian Nanrui Technology Co.,Ltd.,Nanjing 210003,Jiangsu Province,China;4.State Grid Urumqi Power Supply Company,Urumqi 830000,Xinjiang Uygur Autonomous Region,China)摘要摘要：以新能源为主的新型电力系统的功率平衡面临着重要的技术挑战，以灵活负荷参与电力系统调节是提升新型电力系统有功平衡能力的重要途径。针对电热负荷季节性、时段性特征明显，新能源“极寒极热无风”“晚峰无光”，热电负荷在新型电力系统中呈现反调峰的趋势。针对这一问题，全面分析了电热负荷时空特性和用能特性，深入挖掘其调节潜力，着重分析了电热可控负荷的控制场景，并系统地给出了电热负荷的柔性调度策略，完成电热负荷的柔性控制调节，实现全时间尺度的网荷协同优化和灵活调度，从而验证了该电网电热负荷实时参与调度的可行性。关键词关键词：新能源；新型电力系统；源网荷储；电热负荷；可调节负荷资源；柔性控制ABSTRACT:The power balance of the new power system mainly based on new energy is facing an important technical challenge,and the participation of flexible load in power system regulation is an important way to enhance the active balance capability of the new power system.In view of the obvious seasonal and temporal characteristics of the electric and thermal loads,the new energy sources are“extremely cold and hot without wind”and“late peak without light”,and the thermoelectric loads in the new power system show the trend of anti-peak regulation.To address this problem,this paper analyzed the spatial and temporal characteristics and energy-use characteristics of electric and thermal loads,explored their regulation potential,focused on the control scenarios of electric and thermal controllable loads,and systematically gave a flexible scheduling strategy for electric and thermal loads to complete the flexible control and regulation of electric and thermal loads.The results realize the network-load cooperative optimization and flexible scheduling on the whole time scale,and thus verify the feasibility of the real-time participation of telectric and thermal loads in the scheduling of the grid.KEY WORDS:new energy;new power system;source network load storage;electric and thermal loads;adjustable load resources;flexible control0引言引言为适应“双碳”目标要求，以新能源为主的新型电力系统构建迅速推进1-4。在此形势下，以化石能源为燃料的出力可控的常规机组在系统中占比越来越小，出力不可控且随机波动的新能源发电机组占比越来越高，将成为主力机组。与传统电力系统相比，新型电力系统发电侧的有功功率调节能力下降，仅靠少量常规机组调节电力系DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.21122 中图分类号：TK 01基金项目：新疆维吾尔自治区重大科技专项(2022A01007-1)；国家自然科学基金项目(51977098)。Project Supported by Major Science and Technology Projects of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022A01007-1);National Natural Science Foundation of China(51977098).Vol.44 No.1印欣等印欣等：新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究统的有功平衡几乎无法实现，有功功率调节技术成为实现以新能源为主的新型电力系统的关键技术挑战5。因此，充分挖掘电力系统中负荷侧可调节资源参与有功功率调节，是提升以新能源为主的新型电力系统有功调节能力的重要途径6-7。随着我国对“煤改电”等清洁取暖改造政策扶持力度的加大，电采暖已成为各电网迎峰度冬最主要的负荷，其无序发展将极大影响新型电力系统运行8-9。截至2021年10月，某电网电热用户共计94.5万户，容量为1 290.5万kW，其中：分散式电热用户有89.9万户，容量为676.7万kW；集中式电热用户有4.7万户，容量为613.7万kW。20212022年供暖季最大负荷约为631.7万kW，约占电热负荷额定容量的26%。近年来，特别是在冬季负荷高峰期，部分地区电网受到水电站蓄水保灌、火电供暖等影响，电源侧调节能力大幅降低，导致冬季晚高峰电力供需矛盾加剧。多数地区也受到电采暖负荷激增的影响，出现发电侧灵活调节尚显资源不足的问题10-12。以上分析表明，电网亟需深入拓展以电供热为代表的新型电力系统负荷可调节能力，通过对电热负荷的柔性调度，提升电网供需互动水平。国内外学者在电热负荷等可调负荷建模及调节能力评估方面进行了研究。文献13-14基于标准用户模型对电热用户负荷可调节能力进行评估，提出了一种基于温度预报的户用电热负荷可调节能力评估方法。文献15提出了弃风储热供暖协调调度策略，研究表明，利用弃风电不仅可以促进新能源消纳，同时还可以降低以电供热的成本。文献16采用多目标优化方法和基于离散选择模型的决策方法，对用户的差异化响应行为进行模拟，以求得单类用户的电负荷特性。文献17-18仿真分析了电热负荷的可调控容量和调控响应持续时间，并提出了电热负荷的“接力式”控制与“轮控”策略。文献19从分散式电热负荷控制需求的角度出发，分析了基于区块链的分散式电热负荷协同控制方案的适用性。文献20针对配电网与蓄热式电热负荷的匹配特性，提出了一种蓄热式电热负荷与配电网台区的匹配策略。文献21采用修正多目标粒子群算法，以系统运营成本最小和系统污染排放量最小为目标，建立了多目标负荷调度模型。文献22建立了基于BP神经网络的负荷值预测模型，运用遗传算法和蛙跳算法对BP神经网络进行优化操作。文献23提出了一种考虑需求响应的热电联产深度调峰联合优化调峰方法，发电侧在热电联产机组上安装蓄热装置，打破了“以热定电”的传统。文献24建立了基于需求响应的电热水器与用水量的数学模型，采用热水器控制策略有效提高电网负荷率，降低负荷峰值。目前，大量研究着重对电热负荷柔性调节进行理论分析，但针对不同地域的负荷容量和特征，其实际应用却存在很大差异。为此，本文基于某电网电热负荷的时空分布特点和用能特性，深入分析了直热式电锅炉和碳晶电热板等可调节负荷资源，给出了3种电热可控负荷的控制场景，提出了系统的柔性电热负荷调度策略，并通过算例分析验证了其可行性。1电热负荷时空分布特点和用能特性电热负荷时空分布特点和用能特性1.1电热负荷时空分布特点电热负荷时空分布特点表1汇集了2021年某地区电热负荷容量分布情况，可以看出，从地域特点来看，区域1主要以集中式电热负荷为主，区域2主要以分散式电热负荷为主。从城市发展情况来看，城市群落较发达的区域1采用集中式电热负荷较多，农业地区较发达的区域2采用分散式电热负荷较多。表 2 为某地区电热负荷最大负荷分布情况，可以看出，无论是区域1还是区域2，集中式电热最大负荷较高，分散式电热最大负荷较低。从电热负荷用户数量分析其分布情况，如表3所示，可以看出，集中式电热负荷涉及用户较少，分散式电热负荷涉及用户较多。表表1某地区电热负荷容量分布某地区电热负荷容量分布Tab.1Capacity distribution of electric and thermal loads in a certain area万kW区域12电热负荷容量634.1656.4分散式电热负荷直热式76.959.9蓄热式197.2342.8集中式电热负荷直热式80.456.8蓄热式279.6196.9116第第 44 卷卷 第第 1 期期发电技术发电技术以2020年12月全网范围电热平均用电负荷为例，如图1所示，从时间角度分析，全网电热平均用电负荷为 155.8 万 kW(占电热负荷容量的22%)，电热最大用电负荷为182.4万kW(占电热负荷容量的26%，一般出现在02:00左右)，电热最小用电负荷132.3万kW(一般出现在平段13:00左右)，峰谷差为50.1万kW。根据某区域2020年12月各地区电热日负荷数据(以用电采集系统每日96点数据为准，覆盖所有建档的电热负荷专用表计)，选取负荷最大的4个地区来分析，如图2所示，电热负荷均呈类似特性，谷段(23:00次日09:00，14:0016:00)负荷较大，平段负荷较小，