摘要：电力系统正快速融入可再生能源，中国在推动碳中和目标下加快建设新型电力系统。面对风电和光伏的间歇性挑战，发展储能技术是关键。中国可再生能源装机超10亿千瓦，发电量占比29.8%。电力系统需创新规划和运行，优化储能和智能调度，以确保稳定运行。多目标优化、长时储能、日前-日内协调、微电网调度和动态频率约束下的优化，是提高经济性和稳定性的重要方法。

关键词：电力系统；可再生能源；接入与调度；优化研究

一、引言

随着全球能源转型和可持续发展的推进，可再生能源在电力系统中的比重日益增加。风能、太阳能等清洁能源的利用，对于减少碳排放、保护环境具有显著作用。然而，这些能源的波动性和不确定性给电力系统的稳定运行带来了挑战。本文旨在研究可再生能源的接入技术和电力系统的调度策略，探讨如何优化电力系统的运行，提高其对可再生能源的接纳能力，确保电力供应的可靠性和经济性，以支持能源的可持续发展。

二、可再生能源接入现状

电力系统中可再生能源的接入正在快速发展，成为全球能源转型的关键驱动力。根据国家能源局发布的信息，中国在推动实现碳达峰碳中和目标的背景下，加快了高比例可再生能源的新型电力系统建设。风电和光伏发电因其间歇性和波动性，对现有电力系统的接纳和消纳能力提出了挑战，这迫切需要发展各类储能技术来弥补电力系统在灵活性调节能力上的不足。同时，支撑技术产业的顶层设计不断完善，为新型储能的快速发展奠定了政策基础，新型储能技术如锂离子电池、液流电池、钠离子电池等发展迅速，产业链逐渐完备，成本也在逐渐下降。

此外，中国可再生能源装机规模已突破10亿千瓦，风电、光伏发电装机均超过3亿千瓦，海上风电装机位居世界第一。2021年，中国可再生能源新增装机1.34亿千瓦，占全国新增发电装机的76.1%，发电量达到2.48万亿千瓦时，占全社会用电量的29.8%。这表明中国在可再生能源的利用上取得了显著进展，可再生能源的利用率持续保持在较高水平。

在电力系统结构形态上，高比例可再生能源的接入导致了电力系统结构形态的巨大变化。电力系统不仅需要适应电源的波动性，还要实现电网、负荷以及二次系统的综合优化运行。这要求电力系统在规划和运行上进行创新，以应对可再生能源带来的不确定性和波动性，确保系统的安全稳定运行。

三、可再生能源接入技术

电力系统中可再生能源的接入技术是实现能源转型和提高系统绿色度的关键环节。随着技术的进步和政策的推动，风能、太阳能等可再生能源的利用在电力系统中占据了越来越重要的位置。然而，这些能源的间歇性和不稳定性给系统的稳定运行带来了挑战，因此，研究和应用高效的接入技术显得尤为重要。

为了提高可再生能源的接入效率，需要采用先进的转换技术，如电力电子技术，将风能、太阳能等转换为电能。这些技术可以提高能源转换的效率，减少能量损失。同时，通过使用逆变器等设备，可以将直流电转换为与电网兼容的交流电，从而实现与现有电力系统的无缝连接。

储能技术在可再生能源接入中扮演着重要角色。由于风能和太阳能等能源的供应具有不确定性，储能系统可以平衡供需，储存过剩的能源以备不时之需。电池储能系统、抽水蓄能、压缩空气储能等都是常见的储能解决方案。

智能电网技术的发展为可再生能源的接入提供了新的解决方案。智能电网通过实时监控和数据分析，可以优化电网的运行，提高对可再生能源的调度能力。通过智能调度系统，可以预测可再生能源的发电量，合理安排电网的负荷，减少因供需不平衡带来的影响。

为了进一步提高可再生能源的接入效率，还需要考虑电网的扩展和升级。这包括加强电网的基础设施建设，提高电网的传输能力，以及采用更先进的输电技术，如高压直流输电（HVDC），以减少远距离传输过程中的能量损失。

可再生能源的接入技术是一个多方面、多层次的系统工程，涉及能源转换、储能、智能调度以及电网基础设施等多个方面。通过不断的技术创新和优化，可以提高电力系统对可再生能源的接纳能力，推动能源结构的绿色转型，实现可持续发展的目标。

四、优化方法

电力系统中可再生能源的调度优化是一个复杂的过程，它涉及多种技术与策略的应用，以确保电力供应的稳定性和经济性。以下是一些关键的调度优化方法：

（一）多目标优化策略

利用多目标优化算法，如粒子群优化（PSO），在多个目标之间寻找平衡点，例如在最小化系统运行成本和最大化可再生能源利用率之间找到最优解。通过Pareto最优解集合，选取最符合实际运行需求的调度方案，以提高系统的综合效益。

（二）长时储能技术（LDES）

长时储能技术作为解决可再生能源间歇性的关键手段，能够存储过剩的电能，并在需求高峰时释放，从而减少弃风弃光现象。包括机械储能、热能储能、电化学储能等多种技术，通过优化部署，实现经济高效的规模化储能，支持数天至数周的电力供应。

（三）日前-日内协调优化

通过日前优化制定火电机组和抽水蓄能的长期出力计划，考虑系统动态频率约束，确保电力供应的稳定性。日内优化则侧重于实时调整，优化电池储能的充放电策略，以及火电和抽蓄的出力，以适应可再生能源发电的波动性。

（四）微电网优化调度

在微电网层面，通过多目标粒子群优化算法（MOPSO）等，实现对风光等多种分布式电源的优化调度。考虑微电网内负荷需求、储能设备以及与主电网的交互，实现能源的高效管理和优化配置。

（五）动态频率约束下的协调优化

针对含风电、电池储能和抽水蓄能的电力系统，建立频率响应模型，并对调频响应过程进行线性化处理，降低计算复杂度。通过日前-日内的多时间尺度优化，制定机组启停计划和充放电策略，提高系统频率稳定性，减少弃风量，实现经济调度和频率稳定目标的双重考虑。

这些优化方法的实施，需要电力系统运营商、能源政策制定者、技术开发者以及市场参与者之间的紧密合作，以实现可再生能源的有效整合和电力系统的高效运行。同时，这也需要政策支持、技术创新和市场机制的不断完善。

五、不确定性处理与风险管理

电力系统中可再生能源的接入与调度面临的主要挑战之一是其固有的不确定性。风能和太阳能等可再生能源的产量受自然条件影响显著，如风力的强弱、日照的长短等，这些因素都是难以预测和控制的。因此，如何在电力系统中妥善处理这种不确定性，并进行有效的风险管理，是实现可再生能源大规模应用的关键。

为了应对可再生能源的不确定性，电力系统需要增强其预测能力。通过建立精确的气象模型和能源产量预测系统，可以提前预测可再生能源的发电量，为电网调度提供重要信息。这些预测系统通常利用历史数据、机器学习算法和气象预报，以提高预测的准确性。

电力系统需要具备灵活的调度策略来应对可再生能源的波动性。这包括需求侧管理、电网的动态调整和备用电源的合理配置。需求侧管理可以通过价格信号、智能电网技术等手段，引导用户在电力供应充足时使用更多电力，而在供应紧张时减少使用。电网的动态调整则涉及输电线路的优化、负荷的重分配等，以平衡不同区域的供需状况。

风险管理策略也是处理可再生能源不确定性的关键。这包括建立风险评估模型，对潜在的风险进行量化分析，并制定相应的风险缓解措施。例如，通过多元化能源组合，减少对单一能源的依赖；通过建立市场机制，鼓励更多的参与者进入市场，提高系统的抗风险能力。

政策和法规的支持也是不可或缺的。政府可以通过制定激励政策，鼓励可再生能源的开发和利用，同时加强对电力市场的监管，确保市场的公平性和透明度。

六、结论

通过技术创新和系统升级，可显著提高电力系统对可再生能源的接纳能力。关键技术包括高效的电力转换、先进的储能解决方案、智能电网技术以及电网基础设施的扩展。这些技术的应用不仅能够提升能源利用效率，还能增强系统的灵活性和可靠性。研究强调，综合调度策略对于平衡供需、优化资源配置至关重要。最终，这些研究成果将为电力系统的绿色转型和可持续发展提供坚实的技术支撑和决策依据。

参考文献

[1]郭洪武.可再生能源多能协同调度优化及效益均衡模型研究[D].华北电力大学（北京），2020.

[2]赵瑾.考虑可再生能源参与的时空协调负荷恢复[D].山东大学，2020.

[3]张垚.共生视角下分布式可再生能源开发规模及配置优化模型[D].华北电力大学（北京），2023.