电网友好发电技术的研究主要集中于新能源发电方面,提高其可预测性、稳定性和可调可控性,减少对电网的不利影响,提高电网接纳波动式新能源的能力和电网的平衡能力。
1、提高新能源发电的可预测性
对新能源发电进行不同时间尺度的电力、电量预测,并努力提高预测准确率,可降低电力系统调度运行的备用需求,在保证电网安全、稳定的同时降低发电成本与能耗。
考虑到新能源发电的随机性较大,一般以短期和超短期出力预测为主。目前较为成熟的预测方法主要有随机时间序列法、卡尔曼滤波法、模糊逻辑法、决策树算法、人工神经网络法以及支持向量机等。
光伏、风力、生物质能等新能源发电产业中环境、气象等不确定因素较多,单一的预测方法已经不能满足电网调度对于并网电量预测的要求。从预测精度出发,多种方式混合预测的方法将成为功率预测的发展方向。如将具有混沌特性的时间序列重建为一种低阶非线性动力学系统,结合智能化的神经网络算法,可极大地提高发电功率短期预测的精度,有望在光伏、风力发电等方面发挥重要作用。
还可利用卡尔曼滤波法动态修改预测权值的优点,结合时间序列法建立优化模型,保证预测精度。同时,作为新兴的机器学习方法,支持向量机技术因其易获全局最优解、推广性强、方便控制等特性,将在新能源发电并网的功率预测中发挥重要作用。
目前,以提高新能源发电预测为主要目的的电网友好发电技术在国内得到了初步研究和应用。2010年11月,中国首座电网友好型风电场在大唐新能源赤峰公司东山风电场建成,其精确的风功率预测系统已经实现了风电场48h内的短期功率预测和15min至4h的超短期功率预测。
2、提高新能源发电的稳定性
新能源发电的稳定性包括暂态稳定性和发电功率的稳定性。在提高新能源发电暂态稳定性方面,应用于风电场的低电压穿越技术是目前较为热门的电网友好技术,不仅确保了电压波动时风机不解列,避免连锁故障,还有效地提高了风电场运行的安全稳定性。
增加新能源发电功率的稳定性主要有2种方法:
一是利用其资源特点形成互补协调系统,如风光互补混合发电系统,不但弥补了新能源独立发电在资源上的缺陷,获得较稳定的功率输出,提高了系统供电可靠性,更显著降低了储能装置的配备容量,使系统成本趋于合理。
二是建设大型储能电站,采用复合式储能提高其技术经济性能,协助新能源发电保持出力稳定,为可再生能源发电系统配置一定容量的旋转备用。现有研究结果表明,飞轮、超导和超级电容器储能具有响应速度快、输出功率大、储能效率高、循环寿命长的特性;蓄电池类储能则具备能量密度高、自损耗小、储能时间长的优势。
在此基础上,可利用高温超导块材式的悬浮现象,研发高温超导飞轮储能,使其控制更简单,储能密度更大;或将超导储能、飞轮储能或超级电容器与铅酸电池、液流电池或钠硫电池等技术相结合,可以最大限度地发挥各种储能技术的优势,降低全寿命周期费用,提高系统经济性。
3、增强发电的可调可控性
利用各种先进的管理技术和控制策略,对新能源发电实施有效的调控措施,提高新能源发电的可调可控性,在提高其供电可靠性的同时提高电网调度运行工作的效率。如利用先进的能量管理系统技术,对海流能发电系统采取有效的在线监控、状态估计、出力预测、短期调度等能量优化控制和管理。考虑兼顾系统调频需求的分布式风电分散自治调控策略,对风电场进行兼顾系统某些特殊运行需求的有限自治,配合电力系统的统一调度。同时,还可采取风机单机调控、风电场调控、电网侧调控的三级调控措施,利用先进的风电机组技术、电网友好型电源等技术,通过坚强的受端同步电网,统一协调控制具有波动性、不确定性的电功率,使大规模同步电网稳定运行。
风光互补发电系统可结合最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制等电网友好先进技术,根据光伏阵列和风力发电机输出功率、运行特性、系统配套储能方案进行协调控制,建立风光互补混合发电系统的一体化集中监控系统。
东山电网友好型风电场中采用了集中优化配置的有功功率和无功功率控制系统,有效地实现了风电的远程调节控制。