基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法及关键技术初探

基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法及关键技术初探

王源汇,刘斌

山东泰开电力电子有限公司 山东省泰安市 271000

摘要：近年来，随着世界科学技术的不断进步，电力系统中新能源的建设逐渐取代传统能源，风能、太阳能、水能和核能资源的充分利用加速了国内新能源转型，使绿色环保、低碳生活成为国家新能源战略的主要任务。本文聚焦基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法及关键技术的应用，实现新能源电力系统的现代化改造，为电力生产的稳定做出贡献。

关键词：大系统理论；新能源；电力系统；优化控制；关键技术

前言

随着资源枯竭、环境污染和全球气候变化带来的现实环境问题，促使以化石能源为基础的能源开发转型调整。如何将风能、光能、水电、地热能等可再生能源的生产结合起来，是亟待探讨的问题。但从电力系统的角度来看，新能源电力生产间歇性、不稳定等问题依然存在，随着并网发电的使用越来越多，更容易产生大规模的波动，并将进一步增加电网上负荷的峰值差，从而导致对调峰用电的需求急剧增加。这就需要采取有效措施，有效优化新能源电力系统的控制模式，保证新能源电力系统相互优化和互补。大系统理论是基于以上背景发展起来的。

1.大系统理论的新能源电力系统概述

大系统理论的新能源电力系统优化控制方法是在传统控制基础上发展而来的，有助于源-网-荷-储四大环节的交互。为了保证系统性能的全局优化，需要从大系统理论入手为风水火电厂联合调度大系统的通用分解和协调提供模型。然而，要解决当前新型电力系统的双侧资源控制任务，需要涵盖电力供应、电网、负载、储能等要素的综合解决方案。并讨论在大系统广义模型线性常数系数的基础上，研究具有常系数和不确定参数的线性广义大系统的方差稳定性控制以及性能控制。

2.大系统理论的新能源电力系统的特点

与传统传统能源相比，新能源具有资源量大、分布广、环保清洁、可持续性强等特点，效益将逐渐显现。但由于可再生能源在持续时间上具有明显的季节性波动和间歇性，导致新能源分布不均、互联互通不畅、控制缺乏科学等问题影响电力系统整体建设。比如，我国风电基地由于局部吸纳能力不足需要通过电网进行长距离大规模输电，这就决定了北部和西部需要向东部和中部输送大量清洁能源，这对电力系统的容量提出了更高的要求。因此，为了弥补新能源控制的不足，基于大系统理论的新能源电力系统逐渐出现并开始应用[1]。其利用了水风的区域互补性、流域间水能互补性、区域间风能和太阳能互补性等，具有相对稳定的控制方式，得益于新能源电力系统的控制方法和创新技术，电力系统能够供调可控，确保更安全、更高效地利用可再生能源。主要有以下特点：（1）系统规模巨大。基于大系统理论的新能源电力系统包括多个子系统，如发电、输配电和能源消耗，以及各种类型的单元、用户、控制设备和其他组件，该系统包括广泛的子模块和子系统。与传统电力系统相比，随着新能源在电力系统中比重的提高，新能源电力系统中发电与输电、供电与电网、电网与负荷、配电与负荷的相关性显著增强，源、网、荷、储四个环节相互连接，形成更大的系统且相互影响，对此大系统的可控性明显降低，控制的复杂性更加增加。（2）目标复杂多样。在优化控制新能源电力系统时，系统的目标往往包括几个目标，如经济性、可靠性、碳排放量等，这些目标是相互排斥的，系统的安全风险明显增加。

3.基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法

为了优化大系统的的运行效率，需要采用广义模型来分析大系统的结构，分析系统的协调稳定性和能量传递，了解大系统作为一个整体的运行状态。根据大系统任务的发展目标和要求制定适用的控制策略。在优化新能源电力系统时，首先要为完善整个电力系统贡献力量；其次在控制新能源电力系统时必须坚持部分和整体协调发展。可以从以下几个方面入手：

3.1人性控制方法

新能源电力系统的人性控制方法主要将先进的科技成果和丰富经验应用于历史数据和天文气象预报数据，可以有效降低调峰网格的压力。例如，根据时间尺度，分钟、小时和白天进行阶段控制，准确率可达90%以上。与传统的生电力系统力控制方法相比，新能源电力系统得益于各种科学分析，可以提供更稳定的输出功率，并且电源电压高于传统方法。

3.2多源互补控制方法

多源互补控制方法主要是利用水能源、煤炭能源等传统发电方式的稳定性，协调太阳能、风能等能源输出，并补充目前可再生能源数量不足的稀缺。该方法基于最小的控制子系统和成本效益，优化和完善整个新能源电力系统的规划和调节，可以相辅相成，保持电网平衡，从而提高电力系统的使用效率。比如，我国煤炭资源相对丰富，可以作为灵活的能源，有效补充新能源电力系统，显著提高电力系统效率，满足我国人民用电需求。

3.3双向资源控制方法

与传统电网相比，随着新能源容量的增加，采用的发电控制将随着新能源生产的扩大而增加，同时随着社会各阶层的发展，电力需求呈指数级增长，最初的统一能源供应和消费需求被打乱了。单靠单向能源控制制度无法满足新能源发展和绿色能源的需要。因此，新能源电力系统采用的双向资源控制方法具有显著的双随机振荡，以更好地应对协调能源发电的问题，最大限度地减少误差，增加电力系统的稳定性，使新能源发电系统得到有效应用[2]，这样既能满足供需，又能增加新能源电力系统的稳定性。

3.4基于分布式能源的微电网控制

新能源种类繁多，很难全部将其连接到电网，为了有效地结合多个分布式发电，可以使用微电网控制技术。微电网的功能是整合几种分布式发电方式，为当地负荷供电，具有环保、高效、灵活的特点，比如在盆地和山区地形，这有助于改善电网的调节控制，增加电网的灵活性，降低系统的总成本。

4.基于大系统理论的新能源电力系统关键技术

由于新能源并网比例高，发电量波动的强烈时空差异使得电网越来越难以维持时空平衡，这使得我国灵活调整资源的问题日益突出。为解决新能源协调运行和各种柔性资源的问题，要促进灵活的热能转换，增加储能等技术的使用，增加系统灵活性，这需要优化配置市场资源，以市场化的方式发现系统性调峰的价值，并在不同的能源之间分配成本，建立健全技术创新控制体系，主要有以下关键技术：

（1）大数据技术：近年来，大数据技术逐渐受到关注和应用，例如，对于新能源电力系统，得益于对相关信息的快速稳定分析，可以保证信息传输的灵活性和完整性。同时，大数据分析还具有数据处理、分析、优化等诸多功能，可以为新能源电力系统的发展提供很大的空间。

（2）网格响应技术：网络响应技术的应用主要是由于新能源电力系统会引起电网中的一定程度的振荡，这是由于新能源电力系统的特点，会导致电力系统的续航能力和功率不足。鉴于我国新能源生产的现状和区域差异，因此需要采用新的传输方式。

3.3云计算智能集成控制技术。新能源电力系统可以利用云处理技术和云计算技术进行调整和规划，这将显着增加新能源电力系统的协调性，并且通过智能云控制显着减少资源的浪费，显著提升新能源电力系统信息兼容性。

结束语：

随着新能源电力系统的不断发展，其结构形式、性能特点和控制方式也比以前更加复杂。基于大系统理论，使用适当的方法来以解决新能源电力系统演进和发展的关键问题尤为重要。在使用新能源的过程中，虽然采取大系统理论对保持电力系统稳定取得了良好的效果，但由于未来对电力的需求可能更大，新能源电力系统仍需要不断优化，只有这样才能满足社会的需求。

参考文献

[1]郭江军.新能源电力系统优化控制方法及关键技术[J].2021（2019-22）：55-56.

[2]王永科.新能源电力系统优化控制方法及关键技术探究[J].中国设备工程，2021（6）：2.

[3]茹琦.新能源电力系统优化控制方法及关键技术[J].现代工业经济和信息化，2019，9（03）：51-52.