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新能源发电调度运行关键技术及应用

摘要：随着新能源迅速发展，地区电网调度管辖范围内的风电场和光伏电站

愈来愈多。新能源并网形成输电断面嵌套分层结构，正常运行方式下可能存在断

面越限，在电网检修方式或电网N-1事故情况下，断面越限更加严重，导致新能

源出力受限时出现不合理弃风、弃光的现象。多能源混合和输电断面的嵌套分层

结构特征给日前发电计划制定带来困难。风力发电具有很强的随机性和波动性，

光伏在夜间不具备发电条件，仅在白天发电，具有明显的间歇性。风电和光伏为

主的多能源并网，其出力特性不同，使得各风电场和光伏电站功率如何公平分配

成为一个难点。

关键词：新能源发电；调度运行；关键技术

引言

目前，能源资源日趋枯竭，环境污染日趋严重，大力开发和利用可再生能源

成为必然趋势。近年来中国新能源发电产业发展迅速。截至2015年底，中国光

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伏发电累计装机容量4318×10kW，成为全球光伏发电装机容量最大的国家;中国

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风电累计并网装机容量达到1.29×10kW，其中2015年新增风电装机容量

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3297×10kW，新增装机容量和累计装机容量均列世界首位。《“十三五”发展规

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划》提出，2020年中国风电、光伏发电装机容量将分别达到2×10kW和

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1×10kW。随着装机容量的不断提升，未来会有更多的新能源场站建成。

1新能源发电类型及可调度性评价

当前新能源发电主要包括：（1）太阳能发电，属于光伏发电和热发电技术，

其可调度性较差；（2）风力发电，主要利用地球表面受热不均匀引起的近地空

气流动能量进行发电，可调度性较差；（3）海洋能发电，通过物理过程接受和

储存能力，包括潮汐发电、环流发电、盐差发电、温差发电等，可调度性较差；

（4）地热能发电，抽取地壳中的天然热能，包括地热蒸汽、地下热水和干热岩

发电等，可调控性较好；（5）氢能发电，主要利用氢气和氧气反应能量发热，

包括氢燃料点差、燃烧氢能发电等，可调度性较好；（6）生物质发电，将太阳

能以化学形式存储在生物质中，包括固体、液体、气体生物质发电等，可调度性

较好。综上，许多新能源并不稳定，在发电过程中受自然因素影响，存在间歇性、

波动性和随机性等特点。要将新能源发电大规模接入到传统电力系统中，需要掌

握其类型特点，通过合理调度，在电网运行安全下实现功率动态平衡。

2新能源发电调度运行关键技术的应用

由中国电力科学研究院牵头、荣获2016年国家科技进步二等奖的“新能源

发电调度运行关键技术及应用”项目，成功突破了新能源并网的消纳、预测、调

度和控制等多项关键技术。依托国家973、科技支撑等计划，项目团队产学研用

协同攻关，历时7年，突破了高精度功率预测、随机优化调度、有功功率控制、

故障穿越控制、安全稳定控制5大关键技术项目获授权发明专利28项、软件著

作权15项，编制国标6项、行标4项，出版专著2部，发表SCI/EI论文102篇。

项目研发的新能源调度技术支持平台包括功率预测系统、随机优化调度系统、有

功功率控制系统、安全稳定控制系统，已应用于23个省级及以上电力调度控制

中心，覆盖新能源总装机容量超过1亿千瓦，并推广应用于葡萄牙和菲律宾。项

目研发的低电压穿越装置已应用于近4000万千瓦风电机组和光伏逆变器，并出

口到美国、德国等50多个国家。项目近3年间累计销售收入26.82亿元。国家

电力调度控制中心统计表明，项目成果推广应用后，“三北”地区电网新能源消

纳空间平均利用率由71%提升至95%，近3年累计多消纳新能源电量300多亿千

瓦时，未发生大规模新能源脱网事故。项目成果为保障我国电网安全运行与新能

源消纳提供了坚强支撑，实现了新能源调度运行技术和装备的国际引领，经济效

益和社会效益特别显著。随着我国电源结构的改善和电网跨区输送通道的建设，

电网安全和新能源消纳将更加依赖调度运行技术，项目成果届时会发挥更大作用。

3新能源发电动态调度实施策略

3.1基于电网安全的发电出力最优化调度策略