中國儲能網訊：近年來，全球氣候變化加劇導致極端高溫天氣頻發(fā)，對新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構成嚴峻挑戰(zhàn)。例如，2022年，歐洲極端熱浪引發(fā)電力需求激增，多國因風光出力波動及火電調峰能力不足導致區(qū)域性停電事故，中國南方多地空調負荷占比超40%，疊加風電出力降低、光伏出力波動加劇，電網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)面臨風光出力與負荷需求強耦合、靈活性資源調用受限等復雜問題，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)劃與運行提供科學支撐。
國內外針對供需平衡能力評估已開展相關研究。場景生成方面，Copula函數因能刻畫風光的非線性耦合關系而被廣泛采用，如采用核密度與Copula構建風光聯(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，統(tǒng)籌優(yōu)化機組出力與靈活性資源調度。評估體系方面，層次分析法與核密度估計相結合的方法在配電網風險評估中已有應用。然而，現有方法中，場景生成僅考慮風光互補，忽略了負荷與風光的非線性時空依賴特征，隨機生產模擬模型在極端高溫場景下的應用還不充分，供需平衡能力評估指標缺乏對靈活性、低碳性、經濟性的綜合考慮。
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，建立風光荷聯(lián)合場景集?？紤]到極端高溫天氣影響下風電出力、光伏出力、負荷水平具有一定關聯(lián)性，通過核密度估計構建各變量邊緣分布，采用Copula函數刻畫變量間時空依賴結構；結合逆變換采樣生成極端高溫下風電出力、光伏出力與負荷水平標幺值的聯(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模擬模型。將風/光/荷標幺值、中長期供需邊界（負荷、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，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、失負荷、棄電等情況。每次模擬運行后，將輸出詳細的逐小時機組出力水平、儲能/抽蓄狀態(tài)、需求響應調用量、失負荷量、棄電量以及系統(tǒng)總運行成本等具體運行結果。
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、經濟高效等維度，搭建供需平衡能力評估指標體系，基于每次模擬過程輸出的系統(tǒng)運行結果，計算各指標值并計算較基準年相應指標的比值，結合指標權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函數構建了風光荷聯(lián)合場景集，結合隨機生產模擬模型，優(yōu)化了機組出力策略與需求側資源調用，建立了涵蓋安全充裕、靈活可控、清潔低碳、經濟高效的評估指標體系，采用層次分析法設置權重，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可能性。以中國某省為例，面向中長期開展應用，主要結論如下。
1）從總體供需平衡能力看，受經濟高效、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，同時受風光出力波動與降溫負荷激增影響，平衡能力不確定性范圍同步擴大，呈現“能力提升-風險并存”的格局。
2）從供需平衡能力具體維度來看，安全充裕方面，為應對極端高溫，常規(guī)機組、抽蓄儲能與需求側資源充分發(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、需求響應規(guī)模化應用、爬坡速率滿足率高位穩(wěn)定形成關鍵補償，保障高溫場景動態(tài)調節(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，抽蓄儲能同步實現負荷平抑與碳減排雙重效益；經濟高效方面，火電機組發(fā)電效率提升，需求側響應經濟效益凸顯，但由于風光裝機占比持續(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)開展相關研究工作。1）深入刻畫氣候演變趨勢及對風光出力、負荷的影響，建立考慮中長期氣候演變趨勢的氣象指標場景集，搭建風電出力、光伏出力、負荷關于氣象等指標的預測模型，作為生產模擬模型的輸入。2）將方法應用到其他極端天氣場景，包括大范圍寒潮、多日少風少光等，提高方法在不同場景的適用性。
