中國儲能網(wǎng)訊：近年來，全球氣候變化加劇導(dǎo)致極端高溫天氣頻發(fā)，對新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。例如，2022年，歐洲極端熱浪引發(fā)電力需求激增，多國因風(fēng)光出力波動及火電調(diào)峰能力不足導(dǎo)致區(qū)域性停電事故，中國南方多地空調(diào)負(fù)荷占比超40%，疊加風(fēng)電出力降低、光伏出力波動加劇，電網(wǎng)供需缺口一度突破歷史極值。此類事件表明，極端高溫下電力系統(tǒng)面臨風(fēng)光出力與負(fù)荷需求強耦合、靈活性資源調(diào)用受限等復(fù)雜問題，傳統(tǒng)確定性評估方法難以刻畫多重不確定性疊加的風(fēng)險。因此，亟須開展面向極端高溫場景的供需平衡能力概率化評估，為新型電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行提供科學(xué)支撐。
國內(nèi)外針對供需平衡能力評估已開展相關(guān)研究。場景生成方面，Copula函數(shù)因能刻畫風(fēng)光的非線性耦合關(guān)系而被廣泛采用，如采用核密度與Copula構(gòu)建風(fēng)光聯(lián)合分布，采用Vine Copula處理多變量極端場景。電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬模型方面，包括隨機優(yōu)化、多階段動態(tài)規(guī)劃等方法，以最小化運行成本為目標(biāo)，統(tǒng)籌優(yōu)化機組出力與靈活性資源調(diào)度。評估體系方面，層次分析法與核密度估計相結(jié)合的方法在配電網(wǎng)風(fēng)險評估中已有應(yīng)用。然而，現(xiàn)有方法中，場景生成僅考慮風(fēng)光互補，忽略了負(fù)荷與風(fēng)光的非線性時空依賴特征，隨機生產(chǎn)模擬模型在極端高溫場景下的應(yīng)用還不充分，供需平衡能力評估指標(biāo)缺乏對靈活性、低碳性、經(jīng)濟性的綜合考慮。
模型方法
1.1 總體思路
模型主要面向中長期各水平年，研究極端高溫天氣影響下新型電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行情況，開展供需平衡能力概率化評估，如圖1所示。
圖1 供需平衡能力概率化評估思路
Fig.1 Probabilistic assessment of supply-demand balance capability
首先，建立風(fēng)光荷聯(lián)合場景集。考慮到極端高溫天氣影響下風(fēng)電出力、光伏出力、負(fù)荷水平具有一定關(guān)聯(lián)性，通過核密度估計構(gòu)建各變量邊緣分布，采用Copula函數(shù)刻畫變量間時空依賴結(jié)構(gòu)；結(jié)合逆變換采樣生成極端高溫下風(fēng)電出力、光伏出力與負(fù)荷水平標(biāo)幺值的聯(lián)合場景集。
然后，面向中長期，搭建極端高溫場景下隨機生產(chǎn)模擬模型。將風(fēng)/光/荷標(biāo)幺值、中長期供需邊界（負(fù)荷、裝機、外送受電）作為外生輸入變量，以極端高溫場景下電力系統(tǒng)運行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，以機組運行特性、電力電量平衡為約束，優(yōu)化火電、水電、核電出力，抽蓄、儲能充放電策略，以及需求響應(yīng)、失負(fù)荷、棄電等情況。每次模擬運行后，將輸出詳細(xì)的逐小時機組出力水平、儲能/抽蓄狀態(tài)、需求響應(yīng)調(diào)用量、失負(fù)荷量、棄電量以及系統(tǒng)總運行成本等具體運行結(jié)果。
最后，生成表征供需平衡能力概率密度曲線。從安全充裕、靈活可控、清潔低碳、經(jīng)濟高效等維度，搭建供需平衡能力評估指標(biāo)體系，基于每次模擬過程輸出的系統(tǒng)運行結(jié)果，計算各指標(biāo)值并計算較基準(zhǔn)年相應(yīng)指標(biāo)的比值，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重合成電力供需平衡能力，采用核密度估計法生成概率密度曲線。
結(jié)論
本文研究面向極端高溫場景的新型電力系統(tǒng)供需平衡能力概率化評估?；谌S高斯Copula函數(shù)構(gòu)建了風(fēng)光荷聯(lián)合場景集，結(jié)合隨機生產(chǎn)模擬模型，優(yōu)化了機組出力策略與需求側(cè)資源調(diào)用，建立了涵蓋安全充裕、靈活可控、清潔低碳、經(jīng)濟高效的評估指標(biāo)體系，采用層次分析法設(shè)置權(quán)重，并通過核密度估計生成了供需平衡能力概率密度曲線，揭示其概率分布特征，量化不同平衡能力水平的出現(xiàn)可能性。以中國某省為例，面向中長期開展應(yīng)用，主要結(jié)論如下。
1）從總體供需平衡能力看，受經(jīng)濟高效、清潔低碳、靈活可控水平持續(xù)提升等影響，系統(tǒng)綜合能力持續(xù)增強，同時受風(fēng)光出力波動與降溫負(fù)荷激增影響，平衡能力不確定性范圍同步擴大，呈現(xiàn)“能力提升-風(fēng)險并存”的格局。
2）從供需平衡能力具體維度來看，安全充裕方面，為應(yīng)對極端高溫，常規(guī)機組、抽蓄儲能與需求側(cè)資源充分發(fā)揮作用，備用資源持續(xù)緊縮，電力系統(tǒng)始終保持零缺電，驗證系統(tǒng)具備強韌性和可靠保障能力；靈活可控方面，靈活調(diào)節(jié)容量占比承壓態(tài)勢下，抽蓄儲能效率突破性提升、需求響應(yīng)規(guī)模化應(yīng)用、爬坡速率滿足率高位穩(wěn)定形成關(guān)鍵補償，保障高溫場景動態(tài)調(diào)節(jié)能力穩(wěn)健可靠；清潔低碳方面，清潔機組裝機容量占比持續(xù)提升，碳排放強度顯著降低，抽蓄儲能同步實現(xiàn)負(fù)荷平抑與碳減排雙重效益；經(jīng)濟高效方面，火電機組發(fā)電效率提升，需求側(cè)響應(yīng)經(jīng)濟效益凸顯，但由于風(fēng)光裝機占比持續(xù)提升下系統(tǒng)平衡成本增加，平均度電成本將有所提升。
后續(xù)將繼續(xù)開展相關(guān)研究工作。1）深入刻畫氣候演變趨勢及對風(fēng)光出力、負(fù)荷的影響，建立考慮中長期氣候演變趨勢的氣象指標(biāo)場景集，搭建風(fēng)電出力、光伏出力、負(fù)荷關(guān)于氣象等指標(biāo)的預(yù)測模型，作為生產(chǎn)模擬模型的輸入。2）將方法應(yīng)用到其他極端天氣場景，包括大范圍寒潮、多日少風(fēng)少光等，提高方法在不同場景的適用性。
