作者特稿：计及条件风险价值的含储热光热电站与风电电力系统经济调度
阅读征文通知，请戳上面标题 ▲
联合主办
中国电工技术学会
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室
联合承办
中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专委会
国家高速列车技术创新中心
《电气技术》杂志社
会议日期/地点
2019年10月25-27日/山东青岛
本文利用含储热光热电站灵活可控的出力特性，以削减接入大规模风电后调峰问题带来的影响，并引入条件风险价值（CVaR）来度量不确定性因素给调度运行带来的风险损失，以系统总调度成本和风险成本最低为目标，建立计及CVaR的含储热光热电站和风电的电力系统经济调度模型。最后分析了不同风险系数、储热容量对优化调度结果的影响。
► DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.181958 ◀
近年来，随着风光等可再生能源的持续快速发展，部分地区因电网调节能力不足而出现较为严重的弃风、弃光现象。随着未来可再生能源的进一步开发，实际消纳问题将更加严峻。含储热的光热电站作为一种可调度的可再生能源发电技术，其接入系统为实现高比例可再生能源消纳提供了新的技术手段。与光伏发电不同，光热电站中的储热系统可以将收集的热能进行存储，使其具有较为灵活的调节性能，可为电网调峰提供支撑，用以解决大规模风电接入后的入网调峰问题。
光热电站的基本结构如图1所示，光热电站主要由光场SF、储热系统TES和热力循环三部分组成，各个部分之间主要通过导热介质传递热量。光场SF通过反射镜将太阳光汇集到集热器，集热器将太阳辐射能转化为热能，并暂时存储在导热介质中。
高温导热介质可直接进入发电环节再加热水形成过热蒸汽后带动发电机发电，也可流入储热系统进行热交换实现热存储，在需要时再将储热系统的热能转移到发电模块进行发电。
图1 光热电站主要结构图
本文以IEEE39系统为例进行仿真分析，得到CSP电站储/放热功率和发电出力曲线如图2所示。
图2 CSP电站储/放热和发电曲线
从图2可知，在8:00～9:00负荷较大而风电和光照功率较小的时段，光热电站利用储存的热能量放热使得机组处于发电状态；在11:00～14:00光照功率和风电出力均较大的时段，CSP电站的储热系统处于储热状态，光热电站送入系统有功出力较小，风电场送入系统的有功出力较多，避免了系统的弃风现象。
在18:00～20:00，由于风电的反调峰特性，此时负荷较大但风电出力较小，光热电站发电机组处于大出力状态，将储热系统储存的能量发电转变为系统负荷需求高峰时期的高价值电能，减少高煤耗率的机组运行和削减风电反调峰带来的影响，提高了系统运行的经济性。
表1 不同风险系数下的系统经济指标
表1为不同风险系数下的系统经济指标对比，从表中可以看出，系统总调度成本随风险厌恶系数的增加呈现逐渐上升的趋势。当风险厌恶系数为0时，尽管系统发电成本较低，但由于缺乏对风险因素的考虑，弃风风险成本和失负荷风险成本相对较高。随着风险厌恶系数增加，发电成本均有所增加，而弃风风险成本、失负荷风险成本、启停成本不断减小。
当厌恶系数不断增大时，决策者趋向于规避风电和光照功率波动带来的运行风险，因此更多的处于运行状态的可控火电机组加入到调度过程中，而机组发电负载率会降低，因此火电机组单位电量的燃料消耗增多造成发电成本增加，风险成本会相应减少。由于在规避风险时，传统发电机组不需要频繁起动，因此系统起动成本会有所降低。
光热电站属于一种热发电技术，聚光集热系统、储热系统与发电系统仅通过导热介质相联系，可借助其他类型热源的优势来弥补太阳能的间歇性和不确定性。
车泉辉, 娄素华, 吴耀武, 罗谦, 刘宝林. 计及条件风险价值的含储热光热电站与风电电力系统经济调度[J]. 电工技术学报, 2019, 34(10): 2047-2055. Che Quanhui, Lou Suhua, Wu Yaowu, Luo Qian, Liu Baolin. Economic Dispatching for Power System of Concentrated Solar Power Plant with Thermal Energy Storage and Wind Power Considering Conditional Value-at-Risk. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2047-2055.
团队介绍
华中科技大学电力系统规划组始建于上世纪80年代，由我国著名的电力系统规划专家侯煦光教授建立，目前以娄素华教授、吴耀武副教授作为学术带头人的电力系统规划组团队，是一支以基础研究为核心、应用研究为驱动的研究团队。电力规划课题组长期从事电力系统规划与可靠性、电力系统分析与优化运行、新能源发电等方面的研究工作。主持国家自然科学基金项目1项，参与国家重点研发计划项目2项。
娄素华
1974年出生，工学博士，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师，主要研究方向为电力系统规划及可靠性、多能源电力系统优化运行和新能源发电接入、低碳电力、电力系统经济学等。作为负责人或主研参与50余项科研项目的研究，包括国家自然科学基金青年和面上项目、国家重大专项子课题、中国电机工程学会电力科技创新项目、自主创新基金，以及多项来自国家电网和南方电网公司的科研项目。在IEEE Transaction、IET、中国电机工程学报、电工技术学报等国内外学术刊物发表学术论文60余篇，获得了多次省部级奖励。