摘要
未来电力系统将是以可再生能源电源为主力电源的新型电力系统。而风能和太阳能是最有发展潜力的可再生能源，是未来新型电力系统的重要能源形式。因此，本文所研究的新型电力系统特指以风电和光伏电源为主要可再生能源电源的电力系统。 风电和光伏发电具有以随机性和间歇性为基本特征的不可控性。随着风电和光伏在电网中占比的逐渐增高，现代电网正在用越来越多的不可控电源平衡随机性负荷。新型电力系统将面临严峻的功率平衡问题。因此，为构建新型电力系统就必须消纳电网中的不确定性功率，维持电网功率平衡。 消纳电网中的不确定性功率是一个系统工程，主要包括三个部分。第一是“体系”，构建与新型电力系统相适应的递进式功率平衡调度控制体系；第二是“备用资源”，配置容量充足的可控备用电源或其他灵活性资源作为备用资源；第三是“调度”，在功率平衡调度控制体系下，协调各种备用资源逐级递进消纳电网中的不确定性功率。具体研究工作如下： 为消纳不确定性功率，本文构建了与新型电力系统相适应的递进式功率平衡调度控制体系。在该体系内，日前调度、实时调度和自动发电控制逐级递进消纳风光电源的日前功率预测误差。为定量分析风光电源对电网功率平衡的影响，本文提出了电网功率平衡评价指标。并利用该评价指标，给出了实时调度参与新型电力系统功率平衡过程的风光电源临界占比及确定方法。该方法从风光电源占比的角度，为实时调度何时参与电网功率平衡过程提供了依据，确保了新型电力系统安全稳定运行。 为保证实时调度与前后调度环节的有效衔接，本文为新型调度控制体系设置了与之功率平衡调度相适应的实时调度时间尺度。实时调度临界时间尺度是确保实时功率预测误差在电网自动发电控制功率调节范围内的最长预测超前时间。本文根据不可控电源的不确定度函数给出实时调度临界时间尺度公式，并提出基于时间聚合特性的实时调度时间尺度选择算法，以设置新型电力系统的实时调度时间尺度。根据不可控电源发电功率的季节和昼夜变化特性，本文为新型电力系统设置了与不可控电源发电功率变化特点相适应的实时调度时间尺度值。本文所提的实时调度时间尺度选择算法，为实时调度的时间尺度值选择提供了理论依据，既确保了消纳不确定性功率又提高了调度控制体系的运行效率。 为制定新型电力系统的日前调度计划而提出了追求低碳目标的日前优化调度模型。从功率平衡角度看，新型电力系统的日前调度主要包括两大任务：第一是预留可控备用功率；第二是制定电源日前功率分配计划。为消纳电网的日内不确定性功率，本文基于不可控电源日前预测误差历史统计数据为电网预留充足的可控备用功率。而为制定新型电力系统的日前功率分配计划，本文以一次迭代潮流为基础，构建了以碳排放量最小为优化目标的日前优化调度潮流。并且在日前调度中为实时调度消纳不确定性功率预留联络线功率裕度，以避免实时调度出现联络线功率阻塞而影响备用电源消纳电网中的不确定性功率。该日前优化调度策略，既精简了优化潮流模型又降低了碳排放量。 为消纳日内不确定性功率，制定了递退式实时消纳调度策略。本文在抽水蓄能电源为主选备用电源、火电为次选备用电源的电网场景下研究实时调度策略。本文制定的递退式实时消纳调度策略，首先利用抽水蓄能电源消纳不确定性功率，当抽水蓄能电源不足时调度火电，当备用均不足时则弃风弃光。本文分别讨论仅调度抽水蓄能电源、抽水蓄能电源和火电组合调度以及弃风弃光等多种场景下的电网实时调度策略。该实时消纳调度策略既提高了电网功率平衡调度性能又降低了碳排放量。
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