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摘要：由于可再生能源电网发电功率的不确定性十分突出，以功率平衡为首要任务的电网调度控制必须采取有针对性的应对措施，在电网储纳运行机制的基础上，建立含抽水蓄能电站的日前调度及实时调度的数学模型，将电网备用分为波动性备用，即调峰备用，和不确定性备用，平衡波动性功率的备用容量主要由常规电源承担，平衡预测误差的不确定性备用主要由抽水蓄能电站承担2类电源分工互济实现电网功率平衡提出一个风电上网功率稳定性评价指标，用于衡量不同调度策略补偿失衡功率的优劣。算例分析验证了所提调度策略是可行的。
关键词：可再生能源电网；不确定性可再生能源；抽水蓄能电站；失衡功率；优化调度；风电
引言：随着可再生能源装机容量的不断增大，尤其是风电、光电、光伏发电、光热发电、等不确定性可再生电源UREP的发展，给电网带来的不确定性极大地增加了电网安全稳定运行的难度。以UREP为主力电源的电网称为可再生能源电网，可再生能源电网中UREP产生的失衡功率更大，用常规火电机组去消纳，响应速度受限，同时需要众多常规火电机组压火运行以提供备用，备用容量不足时还会影响负荷，储能装置可有效地平抑风，光等能源产生的功率波动，将“劣质”能源转换为受端可接受的优质清洁能源。实现能量在时间上“腾挪”有效地提高以UREP的可调度性。目前，抽水蓄能是电力系统中容量大、技术成熟、成本低廉的储能设施。可再生能源电网中，抽水蓄能电站的功能与定位将发生变化，以火电为主力电源的电网中，抽水蓄能电站的主要功能是平衡波动性功率，由于负荷预测较为准确，抽水蓄能电站平衡波动的时间段及功率值是确定的。可再生能源电网中以UREP产生的失衡功率值波动大，发生的时间也具有随机性，常规火电机组的响应特性决定其难以应对此类不确定性。应对以UREP失衡功率，需充分利用抽水蓄能电站响应速度快，可储可发的特点，同时也要求抽水蓄能电站容量更大，状态切换更加频繁，利用小时数更长。
一、储纳运行机制
1、功率平衡方法
含有UREP成分的电网发电功率具有不确定性，调度运行须用含有不确定成分的发电功率去平衡随机性的负荷，除非采取措施，否则将出现不平衡功率，即失衡功率，UREP比重越大，问题越严重。将UREP与负荷合并为等效负荷，等效负荷的概念将可再生能源电网功率平衡问题转化为，用确定可控的电源平衡不确定的负荷，维系功率平衡是电网调度运行的第一要素。消除失衡功率△P（t）的方法主要有丢弃法、消纳法、储纳法三种。
a、丢弃法。
失衡功率△P（t）＜0将多余的UREP弃掉；失衡功率△P（t）＞0将多余的负荷弃掉。弃电源、弃负荷是电网最不愿意采取的手段。
B、消纳法。
消纳法是调节常规电源、主动性负荷去消化接纳UREP功率的方法。△P（t）＜0减小常规电源功率、增加主动性负荷功率；失衡功率△P（t）＞0增加常规电源功率、减小主动性负荷功率。采用消纳法要求电网拥有足够的常规电源。主动性负荷容量和响应速度。
如果常规电源以火电为主，大容量装机与节能减排矛盾。主动性负荷依赖负荷形式，如电动汽车充电装置，依赖有效的需求侧管理。拥有大容量的主动性负荷是困难的。
如果常规电源以水电为主，碳排放不大、响应速度快，消纳是很好的方法。比如丹麦电网，依靠芬兰、挪威、德国等邻国丰富的水电抑制本国风电的功率不确定性。消纳动用电源资源，电源力量不足时还要动用负荷资源，牵扯因素多而杂，UREP的比重越大，方案越复杂。
C、储纳法。
储纳法是利用储能设施接纳UREP功率的方法。失衡功率△P（t）＜0是储能状态，将多余电能存储；失衡功率△P（t）＞0是发电状态，将存储的能量转换为电源功率，弥补发电功率的不足。采用储纳法要求储能设施具有足够的功率容量和能量容量。储能设施没有碳排放，完备的储纳过程不依赖常规电源，不依赖主动性负荷，响应速度快，是可再生能源电网解决失衡功率问题的有效手段。
广义地，凡有助消除失衡功率△P（t）、避免UREP功率损失的方法都是消纳手段。为区别于储纳法，本文中消纳法指基于常规电源和主动性负荷的方法。储能设施容量不足时，须采取储纳，消纳相结合的方法。
2、储纳运行机制
电网制定发电计划是关于功率的三步平衡过程：第一步是日前发电计划，电源功率平衡负荷功率日前预测值；第二步是实时发电计划，调整电源功率，平衡负荷实时预测值与日前预测值的差值；第三步是自动发电控制，自动发电控制装置自动平衡负荷实际值与实时预测值的差值。
储纳运行机制由日前调度、实时调度及自动发电装置3个环节衔接而成，分别平衡等效负荷功率的日前预测值、实时预测值与日前预测值的差值、实际值与实时预测值的差值。
当前调度周期内抽水蓄能电站累计的失衡能量在下一个调度周期内平衡。
二、日前发电计划
可再生能源电网的日前调度是基于UREP及负荷的功率预测值安排常规电源的机组运行状态。与高精度的负荷预测相比，日前UREP发电功率预测精度较低，场景模糊，但也足以显示电网运行的态势。
日前调度需安排好备用，根据备用容量调节功率的可预测性分为波动性备用和不确定性备用。波动性备用旨在实现削峰填谷，尽可能调用常规电源，不确定性备用旨在应对预测误差，优先调用抽水蓄能电站。
1、目标函数
日前计划以调度周期内火电机组运行成本最低为目标函数，该函数中假定了风电运行成本为0.即风电优先上网：
其中，Nw为风电场的个数；Pwg为第j个风电场第t时段计划上网功率；Plt为第t时段系统负荷；△P（t）为第t时段等效负荷.
日前调度须预留足够的备用容量，用于平息波动性功率和不确定性功率.系统正的旋转备用由火电机组和抽水蓄能电站可用发电功率提供；系统负的旋转备用由火电机组可降低发电功率、抽水蓄能电站可用抽水功率和风电场弃风功率共同提供。抽水蓄能电站不参与实际发电功率仅，发挥备用的作用。能量库容不受限时，抽水蓄能电站的备用功率为发电、抽水的最大功率，同时，其运行功率受前一调度时段结束时的能量库容限制。
结束语
本文基于电网功率平衡方法及储纳运行机制，从日前调度、实时调度2个环节递进衔接的角度，建立了抽水蓄能电站日前发电计划、实时调度的数学模型；同时提出了一个风电上网功率稳定性评价指标，用于衡量不同调度策略补偿失衡功率的优劣。比较了不同调度策略下典型日抽水蓄能电站运行结果，采用储纳调度策略可有效发挥容量有限的抽水蓄能电站平息不确定性功率的功用，减少实时调度过程中对常规电源发电功率的调整。使UREP上网功率更加平稳，且储纳法尤其适用于抽水蓄能电站建设规模受限的区域。从抽水蓄能电站容量的敏感度分析可以看出，抽水蓄能电站容量充足时，在三步功率平衡过程中均可使用抽水蓄能进行优化调度，除了可以补偿失衡功率，还可以有效地降低火电机组运行成本。
参考文献：
[1]叶瑞丽.可再生能源电网储纳运行策略研究[D].哈尔滨工业大学，2017.
[2]周文辉.智能电网分布式能源优化调度与控制方法研究[D].广东工业大学，2017.
[3]高鑫.含可再生能源和电动汽车的配电网优化调度研究[D].华北电力大学（北京），2017.