魏晓霞，丁 建

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0 引 言

考虑到风电和光伏发电在联入电网存在的间歇与波动特性，直接影响电力系统的安全稳定运行，大规模的清洁能源并网与消纳已成为促进可再生能源大规模、快速发展的瓶颈[1]。因此，对于如何促进风电和光伏并网，并实现大规模消纳，引入储能和需求侧响应控制，形成综合协调控制方式减少弃风弃光，具有重要意义。

1 综合系统运行周期分析

（1）白天风速较大，超过风力发电机启动风速，光伏板和风机都处于工作状态，为理想情况即光伏板和风机都有功率输出。风电、光伏同时供电运行方式分析：理想运行模式，蓄电池与市电都在等待模式；当光伏、风电和蓄电池不足、市电启动；光伏和风电不足，蓄电池放电；光伏、风电输出不足并且蓄电池已经预设深度放电，启动市电；光伏和风电不足，并且蓄电池在放电状态，市电在等待模式；光伏和风电输出不足，蓄电池放电接近预设，市电启动；光伏和风电输出足够，蓄电池在充电模式，市电在等待模式；光伏、风电、蓄电池输出不足，市电启动。

（2）当光伏板没有输出而风机有输出时，比如在有风夜晚，或有风阴云的白天，只有风机有功率输出。风电单独供电运行方式分析：风电输出足够，蓄电池和市电都在等待模式；风电和蓄电池都不足以给负载，启动市电；光伏和风电不足，蓄电池放电；风电输出不足，蓄电池已经放电至下限，启动市电；风电输出不足，蓄电池在放电状态，市电在等待模式；风电输出不足，蓄电池放电接近预设，市电启动；风电输出不足，蓄电池在充电模式；风电、蓄电池输出不足，市电启动[2-3]。

（3）在没有风但是光较好，光伏板运行，风机不运行的情况。光伏单独供电运行方式分析：当光伏输出足够时，蓄电池和市电处于等待模式；当光伏和蓄电池功率输出不足时，市电启动；光伏输出不足，蓄电池放电；光伏输出不足，蓄电池已经预设深度放电，启动市电；光伏输出功率不足，蓄电池在放电状态，市电在等待模式；光伏输出不足，蓄电池放电接近预设，市电启动；光伏输出足够，蓄电池在充电模式；光伏、蓄电池输出不足，市电启动。

（4）在没有风的晚上或没有风光的白天，光伏与风机都不运作。风电、光伏都没有供电运行方式分析：当光伏、风电都没有输出时，蓄电池放电，市电等待；当光伏和蓄电池都没有功率输出时，蓄电池放电至下限，市电启动；当光伏和蓄电池都没有功率输出时，蓄电池至下限停止放电，市电启动。

2 规划模型与风光消纳率估算

规划模型以最大限度消纳风电和光伏发电为首要目标：

其中，N为调度时间，PL,t为t时刻系统消纳的风电和光伏的出力，P+s,t为t时刻风电和光伏对储能充电容量，e为购电价格，取600元/MWh，PN,t为t时刻从电网购入电量，ε为惩罚因子，在光伏与风电出力消纳最大化时，考虑经济调度而降低运行成本。ρ取 10 元 /MWh，ε取 10-3。

通过情景对比，分析加入储能和需求侧响应之后风电和光伏消纳率以及购电费用，验证所建立模型的正确性和有效性。风电装机容量20 MW，光伏装机容量为20 MW。

储能系统中，Smax=20 MW，Smin=1MW，P+S,t,max=6 MW，P-S,t,max=6 MW。

分布式光伏出力在每天的 8-17 时出力远超过负荷，到20 时左右为负荷高峰时期，光伏出力降为零。风电出力则出现较大的波动性，普遍的特点是8-16点时出力较为平稳，晚上出力波动性较强。

情景1：储能和需求侧响应都不运行；情景2：储能不运行，需求侧响应运行；情景3：储能运行，需求侧响应不运行；情景4：储能和需求侧响应都运行。储能和需求侧响应的引入可以在一定程度上提高风电和光伏的消纳率，有效地减少弃风和弃光，减少购电量，降低电网运行所需要的成本[4-5]。对比运行结果如表1所示。

表1 4种情景下的消纳和运行结果

3 针对储能全周期的运行结果分析

情景1和3，引入储能后风电和光伏消纳率从56%和62%，提高到68%和74%，购电量从99 MW降到82 MW，购电费用从59470元降到48800元，一个调度周期节省1万元左右。情景2和4，引入需求侧响应，储能对于风电和光伏消纳率从57%和64%，提高到69%和79%。风电和光伏出力大于负荷的白天，储能充电，达到最大容量20MW时停止；当晚上风电和光伏出力逐渐降为零，储能放电，不足的电量从电网购买，储能容量降到1MW停止放电。风电、光伏出力和蓄电池充放电情况如图1所示。

4 针对需求侧响应的全周期运行结果分析

图1 风电、光伏出力和蓄电池充放电情况

情景1和2，引入需求侧响应将风电和光伏消纳率从59%和62%提高到57%和64%，购电量从99 MW 降到了92 MW，购电费从59 470元降到54 880元，一个调度周期可节省4 590元。情景3和4，在配置储能前提下，引入需求侧响应风电和光伏消纳率从64%和57%提高到69%和79%。当晚上风电和光伏出力降为最低的时刻，恰逢一个周期内的负荷高峰，进行负荷转出；当白天风电和光伏出力大于负荷进行负荷转入。引入需求侧响应之后，通过负荷转移，使负荷曲线在时序上近似于风电和光伏出力，形成系统的“自发自用”。风电、光伏和需求侧响应负荷曲线如图2所示。

图2 风电、光伏和需求侧响应负荷曲线

5 结 论

引入储能可提高可清洁能源消纳率，减少市电购电量和费用，降低运行成本。需求侧响应在提高清洁能源消纳率的同时，改变负荷结构，使负荷曲线在时序上近似于清洁能源出力曲线。同时引入储能和需求侧响应对提高光伏消纳率的作用更明显。储能的建造和运行需要一定成本，负荷转移也需要对用户进行费用补偿，合理配置储能容量及需求侧响应可更大限度提高电网消纳清洁能源比例，降低运行成本，提高经济可靠性。