全域绿电赋能新型电力系统的源网荷储一体化管理

文_贾学法 贾 康 陈 恭

为解决新能源发电负荷波动差别大、发电占比提速缓慢、大电网安全运行稳定的问题，国网安阳供电公司有序推进新能源高质量发展，在新能源装机容量超过66%的情况下，通过推动风光储互补互济互联互通进行高弹性管控。通过贯穿各环节采取新能源超柔性的系列管理举措，以及新型电力系统诸多全智能手段的实施，稳定新能源发电负荷空间，逐年提升新能源发电占比，加快推动电网向能源互联网升级，全域绿电赋能美丽现代化中心强市。目前，安阳地区新能源得以科学管控，风力发电和光伏发电均衡互补发展，储能设施共享灵活调节，极大程度稳定平滑发电负荷曲线，电网运行更安全、更经济、更绿色、更高效、更可靠，清洁能源发电占比超过总发电量的48%，位居全省第一，全国领先行列。

新能源风光逐一配对互补注重新能源负荷本地供需消纳平衡

国网安阳供电公司积极探索研究风光发电的特性，太阳能与风能在时间上和地域上一般都具有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小；晚上太阳落山后，光照小，但由于地表温差变化大而风能加强。若将两者结合起来，可实现昼夜发电。采用风光互补发电，可以弥补风能、太阳能间歇性的缺陷，从而在某一区域考虑风光互补配对，开发一种新的性能优越的绿色能源，比单独风力发电、单独太阳能光伏发电更加有效的发电方式，实现能量之间的相互补充，不仅能提供更加稳定的电能输出，还可以在一定程度上削弱风力发电系统的反调峰特性，这就需要风电和光伏考虑互补协调发展，尤其是国家倡导的千乡万村驭风和千家万户沐光互补互动更有必要性。

安阳地区风力发电和光伏发电从规划、建设、运行、验收每一个环节，尤其注重风光的互补性，划分6个区域针对风光充分进行互补配对，发挥资源的最大优势，以最优的运行方式稳定电网的负荷曲线，实现负荷的本地优化平衡，力争新能源迅速成为市场供电主体，为实现国家“双碳”目标提供强有力的支撑。

新能源储能上下良好互联互通增强新能源稳定输出的韧性

安阳地区积极贯彻落实上级要求，在发展风力发电和光伏发电的同时，非常注重储能设施的建设。

一是在新上电源侧，尤其要求新能源厂站作为稳定电源必须自带容量高于20%的储能设备，方便系统的灵活调节。

二是在电网供应侧，积极联络协调新能源厂商，联合兴建大型储能设备。例如安阳西部林州市正在修建的抽水蓄能电站，装机容量达到120万千瓦，项目年发电量13.19亿千瓦时。再如安阳南部内黄县，华润修建的20万千瓦风电储能项目，储能配比达到50%。还有安阳中部北关区，安阳东润旭源新能源公司修建的20万千瓦集中式磷酸铁锂电池储能电站。若仅按此3项计算，安阳地区储能容量160万千瓦，储新比达到40%以上，在全国（2021年储新比7%）处于领先地位，并在全省继续保持第一。

三是在配电网低压侧，高度重视分布式屋顶式光伏发电的建设。积极鼓励客户增加另外的蓄电池容量，在满足逆变提供发电功率的同时，保证储能的容量30%以上和放电时间超过4小时，以备光伏停发时向系统输送必要的调峰功率。

四是在电力客户用电侧，宣传鼓励客户投资储能设施建设。客户拥有储能设施，方便系统负荷紧张或事故状态下，作为自己的应急或保安电源，也可以在系统“双峰”时作为共享储能，提供系统削峰填谷使用，发挥储能资源灵活调节电网的重要性。

五是在新能源电动车充电桩建设方面，宣传推广使用V2G充电桩。在电动汽车静止状态时，它不仅能给车充电，充电相当于“买电”，还能通过并网，“卖电”给电网，把车变成一个“移动充电宝”。“一买一卖”的盈余，可以为车主带来收益，降低电动汽车车主用电成本。

六是在新上储能方式上，积极推广使用成熟的技术及多种储能方式。例如推广抽水蓄能的同时，还可以重视其他压缩空气储能和飞轮储能等物理储能，还有电化学类储能、热储能、电气类储能，等等。抽水蓄能主要应用于大电网的输配电环节，而电化学储能则更多运用于光、风发电等波动较大的可再生能源发电侧、中小型智能变电站和用电侧。飞轮与超级电容器储能主要应用于工业生产中对电压波动较为敏感的精密制造与通信、数据中心等行业。化学类储能主要是指利用氢或合成天然气作为二次能源的载体，把待弃掉的风、光电制氢，通过电解水将水分解为氢气和氧气，从而获得氢，以后可直接用氢作为能量的载体，再将氢与二氧化碳反应成为合成天然气（甲烷），以合成天然气作为另一种二次能量载体。

应用新能源新技术新设备适应电网运行新需要

国网安阳供电公司积极响应国家发改委及国家电网有限公司新能源最新要求，注重风光水火储荷一体化协调联动，尤其通过六个方面构建和实践源网荷储一体化管理。

一是风光储一体化系统，互补配对平滑负荷曲线。在风光自然禀赋允许的情况下，风力发电设备利用高空风能，光伏发电设备则可利用风机地面的太阳能，如若遇到良田地域，可将太阳能板抬高架起层层叠放，实现地面和高空的有效结合。由于风光互补发电系统共用一套配电设备，降低了工程造价，共用一批管理和工程技术人员，提高了劳动效率，降低了运行成本。在个别风光不足的时候，可以使用储能设施进行灵活调节，保证供出负荷曲线的平滑。

在风光储容量配置方面，经过科学的理论计算及运行的实际经验，完全可以按照某一供电区域变电容量的40%、30%、30%配比风、光、储，建立风光储一体化发电系统，风力风电场站可以与太阳能光伏电站形成互补，风力场站也可以与同一区域分布式屋顶光伏形成互补，在居民区也可建立屋顶小容量分散式风机及分布式光伏互补配对发电系统，并且响应自动发电控制（AGC）,以最大的能力保证客户负荷的需求。

二是风光水火储荷一体化联动，互动互剂满足负荷需求。把握风力发电的新举措，在陆地和海上逐渐走向转化效率高、高可靠、低风速、大容量、低噪音、免维护，小容量家用或企业自用等分散式风力发电必须实现安装便捷、性能稳定、容易维护。把握太阳能发电的新举措，逐渐走向转化效率高、自动清洗、大容量、高可靠、免维护，只要在太阳光资源允许的地方，不管是沙漠、戈壁、荒地、山野、丘陵、湖泊、鱼塘、海洋，皆可修建光伏发电，有条件的地方可以推广使用光伏发电玻璃，代替建筑使用的普通玻璃。

推广使用风光发电的先进技术，逐步提高风光的发电效率，集中式风电与光伏进行白晚互补，分布式光伏与分散式风电进行白晚互补，或者交叉进行白晚互补，并且与自带储能、输配网储能一体化互动共享，形成稳定的发电电源。在风光资源欠缺的情况下，通过水、火、核、生物质等发电及时补充短板，以及电力能源互联网提供外网资源的强大支撑，另外柔性负荷90万千瓦主动参与电网运行控制，柔性特征的负荷能够与电网进行能量互动，具有在一定时间段内灵活可变的显著特点，这样通过风光水火储荷的互动互剂，便能随时随地满足电力系统负荷平衡需求。

三是电力与新能源一体化管理，互帮互助高度协调一致。国网安阳供电公司所有新能源场站已经接入新能源云。按照国家电网有限公司建设具有中国特色国际领先的能源互联网的发展要求，发展工业互联网、人工智能、物联网为代表的新型基础设施，打造新的“电力能源互联网新一代智能管理指挥中心”共享平台，正是应用数字化推进电网转型升级要求的典范。

通过共享平台指挥中心，为能源管理部门、发电企业用户、电力调度机构、配套设备供应商等各方提供多样化数字服务，创新数字能源、数字运营等商业运营模式，整合内外部数据资源，以此来加快推动新能源行业上下游产业链数据通道的建设，实现多方参与，互联互通，互帮互助，联动管理，协调一致，从而使供电公司的社会属性进一步突出，成为新能源资源共享、利益共享、平台共享、生态共享的载体。

四是源网荷储闭环一体化机制，互联互调提升利用效率。科学管控“源—网—荷—储”互动运行，建立并运行电源、电网、负荷和储能之间互帮互助一体化机制，通过源随源动、源源互补、源储互济、源随荷动，基于新能源风光互补模式，互动共享所有发电电源的资源，自动随机匹配电网负载。通过网随网动、源网协调、网储互济，电网柔性装置增强资源配置能力，能源互联网补充电源侧与负荷侧的不足之处，各级继电保护和安全自动装置种类齐全并保证动作准确，可靠发挥电网整体协调联动作用。通过网荷互动、荷随源动、源荷互动、荷储互济，智能负荷、柔性负荷、用户侧储能互联互通等多种交互形式，强化负载能增能减的弹性，确保负荷与电网供应、电源出力的高度统一。同时结合电源侧不同类型间的协调互补特性、柔性负荷的灵活可调节特性和储能资源的充放电特性等，在新能源大发时鼓励负荷多用（储存）电，提高新能源的主动消纳能力，从而更经济、更高效和更安全地提高电力系统功率动态平衡能力。

五是启动柔性交流输配电，动态平衡电网经济可靠运行。柔性交流输配电是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。

使用FACTS包括静止无功补偿器、静止同步补偿器、固定串联补偿装置和可控串联补偿装置，实现潮流控制和电压控制，为电力系统提供了一种较为灵活的抑制低频振荡的方式。

新能源大量并网以后，系统无功功率面临困难，急需使用柔性交流输配电技术，从新能源场站侧、输配电线路、变电站内部、变压器低压侧等方面，通过无功补偿器弥补系统需要无功设备的无功，有效改善电压质量和降低系统线损，动态平衡系统有功功率和无功功率，极大降低系统无功电流，有利于节能降耗，起到电网经济运行的良好作用。

电力能源互联网新一代智能管理指挥中心自动电压控制（AVC）对并网设备无功功率、无功补偿设备（容抗器和SVG/SVC）的投入量进行调节，形成闭环电压控制。自动发电控制（AGC）功能实现多区域、多场景电源的有功自动控制，提供了自动和手动控制模式，适应了不同的控制需求。自动功率控制（APC）通过调度端向发电厂、可调节负荷下达调节指令，实现源网荷储多环节的有功自动调节响应，达到满足电网实时安全平衡及频率调节在偏差范围内的闭环控制过程。在正常状态下，自适应巡航不用人员干预，频率、电压、潮流能够做到自主调度和控制，即在电网不发生故障的情况下做到自动调度，充分彰显交流输配电的柔性管理。

另外，积极建设中压柔性互联设施和交直流混合输配电网，增强源与源、站与站、线与线、变与变之间的负荷转移手段，多种方式控制主配变上翻比例，力求新能源发电做到属地消纳，提升有源主配网调控能力。

六是构建柔性直流输配电，多点汇集新能源形成稳定可控的电源。柔性直流输电指的是基于电压源换流器的高压直流输电，是继交流输电、常规直流输电后的一种新型直流输电方式。

构建柔性直流输电将半控型电力电子器件升级为全控型电力电子器件，具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活、可向无源网络供电、不会出现换相失败及易于构成多端直流系统等优点。

特高压主要解决传统煤电水电的北电南送与西电东送，并将风光与火水进行打捆外送。而柔性直流输电在大规模可再生能源并网、大型城市供电和沿海岛屿联网等领域具有显著优势；基于柔性直流的直流电网可以实现风、光、水等间歇性、波动性可再生能源的广域互补，是实现发电清洁转型和全球能源互联网的重要基础支撑。

快速推广世界首个张北柔性直流电网试验示范工程经验，使用柔性直流电网技术这个“金钥匙”破解清洁能源大规模并网消纳难题，发挥其在新能源并网、异步电网互联、城市供电等方面的独特优势，已经成为国家电网公司构建新型电力系统践行“双碳”目标的重要行动。

今年1月25日，安阳电网风光新能源发电最大出力达到306.7万千瓦，占同时刻全网用电负荷的108.11%，再次刷新历史纪录，已经多次频现“绿色供电”时段，这充分说明安阳地区绿电赋能新系统，清洁低碳已遍布整个城市，正在逐渐形成以清洁主导、电为中心的能源供应和消费体系，生产侧实现多元化、清洁化、低碳化，消费侧实现高效化、减量化、电气化。