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新能源基地多能互补协调控制关键技术探讨

一、技术发展背景

1.国家政策

2021年，国家发改委、能源局发布了《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》，提出多能互补发展是构建新型电力系统的内在要求、客观需要和必然选择，对于促进我国能源转型和经济社会发展具有重要意义。其中，重点提出了开展“风光水火储一体化”提升与探索，强化电源侧灵活调节能力，优化各类电源规模配比，最大化利用清洁能源，并统筹确保电源基地外送可持续性。

2022年，国家发改委、能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》提到要加快推进以沙戈荒地区为重点的大型风光基地建设；2024年7月，发改委、能源局、数据局联合发布了《加快构建新型电力系统三年行动方案》，提出大规模高比例新能源外送攻坚行动、电力系统调节能力优化行动。

随着以大规模沙戈荒漠地区新能源接入电网为重点的大型风光储新能源基地建设的快速推进，如何优化不同能源之间的配比和调度，提高新能源基地送出的稳定性，实现多能互补、协同运行，最大限度地提升能源利用效率，成为当前新能源领域亟待解决的关键问题。多能互补协调控制关键技术，旨在使各种能源在时间和空间上得到最优配置，进一步提升新能源利用效率，促进可再生能源消纳，保障能源系统安全稳定。对于推动新能源产业的健康发展、构建安全高效清洁的现代能源体系具有深远的意义。

2.现状问题

目前大规模新能源发电典型现状问题有：一是送端风光等主体电源的出力不稳定，给高比例新能源外送通道的电力安全供应带来隐患；二是目前单一维度的电站功率预测和单目标的系统稳控控制不足以支撑新能源大基地调度的灵活性和高效性；三是新能源配置储能、分布式调相机、光热发电等设备成本较高，传统运维手段不能够有效提升集中运维作业效率。

3.面临的挑战与需求

面临的挑战（新型电力系统的三类典型特征）：一是从大惯量同步发电机到高比例电力电子的电源特性变化；二是多类型新能源占比逐步增大的电源结构变化；三是不同容量各电压等级并网及有源配电网的网架结构变化。

主要需求包括三个方面：一是稳定性，大基地主体电源出力稳定性差，需配套调节性电源实现相对可控的外送，迫切需要探索多能互补的协同优化配置、多时间尺度多层次的预测及稳定控制，解决大型新能源基地电力汇集送出与稳定运行问题；二是灵活性，新能源大基地电站控制模式可能从“单目标控制方式”逐步向“以系统安全稳定、新能源最大消纳、安全经济生产等多维度、阶梯式的多目标灵活控制”优化；三是经济型，新能源大基地项目投资大，迫切需要通过高效协调的控制技术提升新能源外送占比，探索新型储能、发挥储能最大化调节能力，应用数智化技术手段等，提高电站经济效益。

二、整体系统架构

1.总体思路

新能源基地协调控制系统设计的总体思路是，以设备为中心，新能源基地实现从区域级、厂站级到设备级的信息集中监控全景化，状态预测预判精准化、协同控制敏捷化、运维管理轻量化和投资效益的最大化。如图1所示。

图1?总体思路

2.功能架构

系统的功能架构贯穿全景监视、协调控制和电站运维，包括监控、预测、优化控制、运维等功能及相关技术，本报告主要聚焦协调控制方面。

3.控制架构

针对大规模新能源出力间歇性/波动性、电网支撑能力不足、次/超同步振荡以及送出电网的电压、频率和功角稳定性等问题，整体采用单元级（设备级）、站域级（厂站级）、广域（区域）级的三层架构，构建新能源基地主动参与电网频率电压调节、稳定控制和以生产经济最优且最大新能源消纳的综合协调控制体系，实现区域多场站间的快速优化协调控制。其中，单元级控制完成单个新能源发电单元（如风力发电机组、光伏发电机组等）的发电控制和状态监测；站域级控制完成新能源发电站内多个发电单元的协调控制和优化运行，包括：各发电单元的功率分配、电压/频率控制、能源管理、故障隔离与恢复；广域级控制主要完成多个新能源发电站之间的协调控制和优化运行，包括：区域调控、安全稳定控制、跨站协调、数据分析与决策支持等功能。

三、协调控制技术

1.基于多元可控资源的源网储分层协同调控体系

面向源、网、储多元控制对象，基于分层分区协同控制的思路，设计协同控制层、稳定控制层、就地控制层的三层控制体系，分别从时间尺度和控制颗粒度上提升对“源-网-储”多要素的快速灵活控制能力，通过一次调节、二次调整、三次优化，满足实时平衡的快速灵活控制需求，保证电网安全运行及新能源最大化消纳，实现系统稳定运行的综合最优目标。主站决策层提出负荷需求、辅助服务、电网检修等需求指令。协同控制层实现长时间尺度（秒级、分钟级至小时级）的协同优化控制；开展跨时空耦合的源-网-储多要素间协同互济控制、优化运行等。稳定控制层：实现短时间尺度（毫秒级）的频率稳定控制，电网运行方式自主识别与切换、辅助能量路由器运行方式切换等。就地控制层