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新型电力系统下新能源接纳能力提升与经济调度策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

在全球气候变化和能源安全问题日益严峻的大背景下，能源转型已成为世界各国的共识与必然选择。随着传统化石能源的逐渐枯竭以及其在使用过程中对环境造成的负面影响，如碳排放导致的全球气候变暖、空气污染等，开发和利用清洁能源成为了应对这些挑战的关键举措。新能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等，以其清洁、可再生的特性，在全球能源结构中的地位愈发重要。国际能源署（IEA）的相关报告指出，过去十年间，全球新能源发电装机容量呈现出迅猛的增长态势，年增长率持续保持在较高水平，部分国家和地区的新能源发电量占比已超过总发电量的三分之一。

我国也积极响应全球能源转型的号召，大力推动新能源产业的发展。近年来，我国新能源装机规模实现了跨越式增长。据中国电力企业联合会发布的数据，截至2024年8月底，我国新能源发电装机规模（包括风力发电、太阳能发电、生物质发电）已达到12.7亿千瓦，占总发电装机比重超过40%，达到40.7%。“十四五”以来，我国非化石能源发电装机规模累计增长78.5%，装机比重从2020年底的44.8%提高至2024年8月底的56.2%。这一系列数据充分表明我国在能源结构调整和绿色转型方面取得了显著成效。

然而，新能源发电具有间歇性、波动性和随机性等固有特性。以风能发电为例，风力的大小和方向受到气象条件的显著影响，风速的不稳定导致风力发电机的输出功率波动较大；太阳能发电则依赖于光照强度和时间，白天光照充足时发电量大，夜晚或阴天时发电量则会大幅下降甚至为零。这些特性使得新能源发电难以像传统火电那样能够稳定、持续地提供电力。随着新能源在电力系统中占比的不断提高，其对电力系统的稳定运行和经济调度带来了前所未有的挑战。

一方面，新能源发电的间歇性和波动性会导致电力系统的功率平衡难以维持。当新能源发电出力突然增加或减少时，如果电力系统的调节能力不足，就会出现电力过剩或短缺的情况，进而引发电网频率和电压的波动，严重时甚至可能导致电网崩溃。另一方面，新能源发电的不确定性也给电力系统的经济调度带来了困难。传统的经济调度模型通常基于确定性的负荷预测和发电计划，难以适应新能源发电的随机变化。在制定发电计划时，若对新能源发电的预测不准确，可能会导致发电成本增加、能源浪费或电力供应不足等问题。因此，如何提高新能源接纳能力，实现新能源与电力系统的协调发展，成为了当前电力领域亟待解决的关键问题。

1.1.2研究意义

提高新能源接纳能力并优化经济调度，对于我国实现能源转型、保障电力系统稳定运行以及降低能源成本等方面都具有重要的现实意义。

从能源转型角度来看，新能源的大规模开发和利用是实现能源结构优化和可持续发展的核心。我国提出了“双碳”目标，即力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这一目标的实现离不开新能源的广泛应用。提高新能源接纳能力，能够加快我国从传统化石能源向清洁能源的转变，减少对煤炭、石油等不可再生能源的依赖，降低碳排放，从而有效应对全球气候变化，推动我国能源产业朝着绿色、低碳、可持续的方向发展。

在电力系统稳定运行方面，随着新能源装机占比的不断提高，其对电力系统稳定性的影响愈发显著。新能源发电的间歇性和波动性给电力系统的频率、电压控制以及功率平衡带来了巨大挑战。通过深入研究提高新能源接纳能力的经济调度问题，能够优化电力系统的运行方式，合理配置发电资源，增强电力系统对新能源发电波动的调节能力，保障电力系统的安全稳定运行，提高供电可靠性，为社会经济发展提供坚实的电力保障。例如，通过优化调度策略，可以在新能源发电充裕时，合理分配电力，避免弃风、弃光现象；在新能源发电不足时，及时调整其他电源的出力，确保电力供应的连续性。

从降低成本角度分析，科学合理的经济调度能够提高能源利用效率，降低发电成本。传统的电力系统调度方式在面对新能源发电的不确定性时，往往会导致能源浪费和发电成本增加。通过优化经济调度模型，充分考虑新能源发电的特性和市场需求，可以实现新能源与传统能源的优势互补，提高整体能源利用效率。同时，合理安排发电计划，降低机组的启停次数和调节成本，减少对备用容量的需求，从而有效降低电力系统的运行成本，提高电力企业的经济效益。此外，随着新能源技术的不断进步和成本的逐渐降低，提高新能源接纳能力还能够降低对高价传统能源的依赖，进一步降低能源采购成本。

1.2国内外研究现状

随着新能源在全球能源结构中所占比重的不断增加，提高新能源接纳能力的经济调度问题成为了国内外学者的研究重点。这一领域的研究主要围绕新能源发电特性分析、提升新能源接纳能力的措施、经济调度模型以及优化算法等方面展开，以下将分别从这些角度对国