华电学者提出风电接入系统光热发电与火电旋转备用的优化方法

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随着风电等波动性新能源发电逐渐增加，高比例风电接入电网备用不足问题日益凸显。与此同时，新兴的光热发电具有可时移、可调节特性，能有效承担系统的备用需求，但光热发电受储热与光资源的强相关性约束，备用能力受限。如何利用有限的光热发电与火电进行联合备用优化，满足高比例风电系统备用需求，成为当前亟待研究的问题。

目前国内外已有光热电站配合火电机组提供系统旋转备用的研究，相关文献分析了含储热光热电站作为灵活性电源在提供系统旋转备用与消纳风电上的能力与作为，为后续研究提供了理论支持，但对光照与储热容量对光热调度能力的制约问题，并未提出有效的解决方法。

针对该问题，有些学者提出通过电加热装置（Electric Heater, EH）提高光热电站调节能力，为EH与CSP联合运行以促进风电消纳并提高系统备用能力提供了理论依据，但仍存在可进一步研究的问题：

①对EH设备备用能力运行机理研究不足，缺乏相应的可行性研究；②相关文献在对EH设备建模过程中，仅考虑了EH设备爬坡及上下限约束，忽略了光热储热容量对EH设备备用能力影响及光热电站发、用电备用能力间的耦合影响；③在旋转备用配置方面，现有文献多从备用成本角度出发，分析了光热机组及EH设备相较于火电机组备用配置优先性，并未对光热机组与EH设备间的备用分配原则进行研究分析。

针对高比例风电接入电网旋转备用不足导致的风电消纳问题，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的张尧翔、刘文颖、庞清仑、申自裕，在2022年第21期《电工技术学报》上撰文，提出利用含EH设备光热发电与火电联合提供旋转备用，以提高系统风电消纳能力的光热发电-火电旋转备用优化方法。

图1 光热电站与EH联合运行结构示意图

他们首先分析了高比例风电接入系统旋转备用对风电消纳的影响；其次，对光热-火电联合提供旋转备用的可行性进行分析，针对光热储热约束，提出采用电加热设备提高光热电站备用能力；然后，基于电加热设备电转热特性，建立了含电加热光热电站用电及发电调峰备用模型，基于此，建立光热发电-火电旋转备用优化模型；最后，通过改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证，证明该方法的有效性。

图2 CSP-EH能量流示意图

研究人员指出，相较于传统由火电单独提供系统旋转备用，通过EH设备与光热发电提供旋转备用，可有效降低火电承担的旋转备用容量，提高系统调峰能力，促进高比例风电接入系统的风电消纳。另外，光热发电-火电旋转备用配置过程中，系统通过考虑机组备用成本差异及EH设备运行产生的损耗电量，对光热机组、火电机组、EH设备间的旋转备用进行优化配置，优先分配下调峰备用至EH设备，分配上调峰备用至光热机组，火电机组主要作为前两者备用不足情况下的一种补充，以减少系统运行成本。

图3 改进后IEEE 30节点算例

他们表示，不同额定功率EH设备对系统风电消纳促进能力不同。可基于系统弃风功率高低，为光热电站配置容量匹配的EH设备，保证系统最优风电消纳的同时减少EH设备配置成本，实现EH设备高效利用。

本文编自2022年第21期《电工技术学报》，论文标题为“高比例风电接入系统光热发电-火电旋转备用优化方法”。本课题得到国家重点研发计划和国家电网有限公司总部科技项目（面向跨境互联的多能互补新型能源系统关键技术研究）的支持。

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