三千兆瓦省级电网源网荷储协同调控工程实践

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研究背景

随着新型电力系统建设加快，高比例新能源并网消纳与电力电量平衡对区域电网灵活调控提出更高要求。现有工程实践多集中于园区或单体新能源基地，难以支撑省级电网多资源、多层级、闭环调度需求。针对这一问题，华北电力大学新能源电力系统全国重点实验室团队研发区域级源网荷储协同调控系统，并在某省级电网完成试点部署与稳定试运行。

试点以一座500 kV变电站为核心，覆盖下级全电压等级电网，接入火电、风电、光伏、储能、可控工业负荷及变电站等资源，总调控规模超3 000 MW，新能源机组占比41.88%。运行结果表明，系统最大实时调节能力达156.4 MW，日前优化使区域新能源日消纳量提升6.42%，日内滚动调度进一步将风光消纳总量提升约15.8%，为省级电网电力电量双向平衡提供了规模化工程验证。

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核心研究内容

一、构建多时间尺度优化决策体系，实现适配省级电网的工程化精准建模

为适配省级电网的运行管控要求，团队构建了日前-日内分层递阶的多时间尺度优化决策体系，核心为基于最优潮流的混合整数非线性规划模型，将火电、风电、光伏、储能、工业负荷全品类资源纳入统一优化框架。

日前调度以24 h为周期、15 min为分辨率，以区域运行成本最小化为核心目标，统筹考虑火电机组燃料成本、新能源弃风弃光惩罚成本、阶梯式大工业负荷调度成本、环保成本、碳交易成本及网损成本，同步锚定电网机组组合、断面约束、现货出清边界，通过内点法求解最优潮流，结合分支定界法完成机组启停、负荷投切等离散变量优化，最终输出日前调度计划。其中，铁合金负荷的阶梯式调度价格，以省级电网日前预出清的220 kV及以上节点边际电价为基准，叠加不同调节梯度对应的边际生产损失、重启成本、能耗增量形成，经电网调度机构、市场运营方、负荷企业三方确认后纳入调度协议。

日内调度在日前计划框架内，每5 min滚动优化，以1 h为优化窗口，引入储能充放电作为核心调节手段，基于最新超短期新能源预测数据修正调度偏差，全流程嵌入最优潮流内点法求解与安全校核，确保实时调节指令的可行性与电网运行安全性。

同时，针对铁合金类工业负荷这一重要可调资源，团队完整刻画了其调节范围有限性、调节速率有限性、时序约束性、离散调节性四大运行特征，精细建模其全流程生产约束与阶梯式调度成本；同步建立配电网10 kV及以下线路精细化模型，保障优化结果与现场实际运行的适配性。

多时间尺度协调优化求解流程与总体框架见图1。

图1 多时间尺度协调优化求解流程与总体框架

二、省级调度侧合规部署，实现与省级电网双向闭环交互

系统主体部署于省级电网调度中心 Ⅲ 区内网，采用主备服务器冗余设计，严格遵循电力监控系统安全防护相关规定，构建了跨安全区的上行数据采集与下行指令闭环传输机制，实现与省级电网调度体系的双向交互。

为降低对现有调度系统的影响，团队采用最小侵入式的集成方案。数据交互层面，通过多源异构数据正则化处理，完成与省调数据采集与监控（SCADA）系统、电力现货市场系统、新能源预测系统的标准化数据对接；指令下发层面，在不改动省级AGC系统核心程序的前提下，通过文件接口扩展、三级防误校验完成火电与储能自动发电控制（AGC）的指令接入，针对新能源 AGC 设计了物理隔离的独立并行控制通道，实现优化指令的闭环自动下发。同时，系统设置了完备的指令冲突处理与异常备用逻辑，保障电网运行安全。控制平台架构图见图2。

图2 控制平台架构图

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试运行效果

系统经离线测试与现场并网试运行，核心调控效果如下：

1）削峰填谷

通过日前优化调度，系统最大可调节功率达156.4 MW；峰时段大工业负荷最大下调功率约占额定负荷的4.84%，谷时段最大上调功率约占5.86%。在电量维度，峰时段平均用电量降低2.35%～4.84%，谷时段平均用电量提升3.23%～5.86%，全日实现新能源与负荷的精准时空匹配。

效果成因分析：优化策略在保障企业调度周期内用电总量平衡、不影响正常生产的前提下，引导负荷在午间新能源高发时段提升用电，晚高峰用电紧张时段降低负荷，实现了新能源出力与负荷用电的时空匹配。

2）新能源消纳能力提升，有效平抑出力波动

日前调度环节，相较于无大工业负荷参与的传统调度模式，在电力调节上，负荷响应最大功率达156.4 MW；在电量平衡上，试点区域新能源总消纳量提升6.42%（总量达2 165.41 MW·h），其中风电消纳量提升10.76%，光伏消纳量提升2.70%，弃风率降低12.7%。

日内滚动调度环节，在电力调节上，最大实时调节功率达156.4 MW，系统总出力波动标准差降低21.5%，风电出力标准差从8.7 MW降至6.8 MW，光伏出力标准差从12.4 MW降至10.1 MW，有效平抑了新能源出力波动；在电量提升上，风光消纳总量较传统现货模式提升约15.8%，风电消纳提升率最高达42.7%，光伏消纳提升率最高达3.9%；同时火电机组调峰深度减少18.2%，系统运行经济性显著改善。

效果成因分析：日前优化通过铁合金负荷的全流程精细化建模，充分挖掘其慢时间尺度调峰潜力，从日维度为新能源消纳创造空间，精准匹配新能源大发时段的消纳需求；日内优化通过5 min滚动调度机制，基于最新的超短期新能源预测数据，结合储能的快时间尺度调节能力实时修正调度计划，平抑新能源出力的短时随机波动；同时全流程优化均通过省级电网安全校核，确保所有调控指令满足电网安全稳定运行约束，实现了新能源消纳提升与电网安全运行的双重目标。