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工業負荷建模控制及電網互動調節(精)/智能電網技術與裝備叢書 版權信息
- ISBN：9787030679727
- 條形碼：9787030679727 ; 978-7-03-067972-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
工業負荷建模控制及電網互動調節(精)/智能電網技術與裝備叢書 內容簡介
本書系統、全面地介紹高耗能工業負荷特性、建模及參與電網調控的理論、方法和一些實際應用。全書共9章，內容包括高耗能工業負荷的基本分類與地理分布、典型高耗能工業負荷特性及建模方法、高耗能工業負荷控制方法、高耗能工業負荷參與局域電網頻率控制方法、電解鋁負荷參與局域電網動態電壓控制方法、電解鋁負荷參與互聯電網聯絡線功率波動控制方法、電解鋁負荷參與互聯電網低頻振蕩控制方法、電解鋁負荷參與互聯電網調頻輔助服務方法、含高耗能工業負荷控制的硬件在環仿真平臺搭建及工業應用。本書體系完整、內容新穎，可以幫助讀者盡快跟蹤高耗能工業負荷控制在電網應用的近期新發展。 本書與靠前前沿科學接軌，并與實際電力工業及高耗能行業緊密相連，可供電氣工程、控制工程、工業制造等相關學科教師、學生和科研人員學習參考。
工業負荷建模控制及電網互動調節(精)/智能電網技術與裝備叢書 目錄
目錄
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 高耗能工業負荷的基本分類與地理分布 1
1.1 中國可再生能源消納現狀 1
1.1.1 電源側提高電力系統靈活性 2
1.1.2 電網側提高電力系統靈活性 2
1.1.3 負荷側提高電力系統靈活性 3
1.2 高耗能工業負荷的基本分類 4
1.3 電解鋁負荷的產能概況與地理分布 6
1.4 礦熱爐的產能概況與地理分布 7
1.5 多晶硅的產能概況與地理分布 8
1.6 高耗能工業負荷生產特點 9
1.7 本章小結 10
參考文獻 10
第2章 典型高耗能工業負荷特性及建模方法 13
2.1 電解鋁的負荷特性及建模方法 13
2.1.1 電解鋁工業生產工藝特點 13
2.1.2 電解鋁負荷拓撲結構及特性 14
2.1.3 電解鋁負荷穩流系統 15
2.1.4 電解鋁負荷有功-電壓外特性建模 16
2.2 礦熱爐及鋼鐵負荷特性及建模方法 19
2.2.1 合金冶煉類工業生產工藝特點 19
2.2.2 礦熱爐等效電路 22
2.2.3 礦熱爐電極升降系統 26
2.2.4 軋鋼負荷模型 27
2.2.5 礦熱爐及鋼鐵負荷調節能力仿真 31
2.3 多晶硅的負荷特性及建模方法 34
2.3.1 多晶硅生產工藝特性 34
2.3.2 多晶硅負荷功率外特性 36
2.3.3 多晶硅供電電源 41
2.3.4 多晶硅負荷調節能力仿真 44
2.4 本章小結 45
參考文獻 46
第3章 高耗能工業負荷控制方法 48
3.1 電解鋁負荷控制方法 48
3.1.1 基于有載調壓變壓器調節方法 48
3.1.2 基于飽和電抗器調節方法 49
3.1.3 基于交流側母線電壓調節方法 50
3.1.4 電解鋁負荷調控特性現場試驗驗證 51
3.2 礦熱爐負荷控制方法 59
3.2.1 礦熱爐負荷阻抗-有功調節方法 59
3.2.2 仿真分析 64
3.3 多晶硅負荷控制方法 67
3.3.1 多晶硅負荷控制原理 67
3.3.2 多晶硅負荷控制需要考慮的安全因素 68
3.4 本章小結 70
參考文獻 71
第4章 高耗能工業負荷參與局域電網頻率控制方法 72
4.1 含高耗能工業負荷的局域電網運行難點分析 72
4.1.1 含高耗能工業負荷的局域電網構架 72
4.1.2 含高耗能工業負荷的局域電網頻率特性分析 73
4.1.3 含高耗能工業負荷的局域電網運行存在的難點 74
4.2 基于電解鋁負荷控制的局域電網頻率控制方法 76
4.2.1 基于系統頻率反饋的電解鋁負荷控制器構架 76
4.2.2 電解鋁負荷控制器參數設計 77
4.2.3 基于廣域信息的不平衡功率在線辨識 81
4.2.4 電壓靈敏度方法 83
4.2.5 電解鋁有功控制方法實現步驟 83
4.2.6 仿真分析 85
4.3 基于礦熱爐負荷控制的局域電網頻率控制方法 92
4.3.1 礦熱爐阻抗、電壓-有功協調控制 92
4.3.2 多礦熱爐系統協調控制方法 101
4.3.3 實際局域電網頻率波動響應策略 105
4.4 基于多晶硅負荷控制的局域電網頻率控制方法 123
4.4.1 基于廣域信息的多晶硅負荷響應風電波動控制 123
4.4.2 基于負荷調節效應的多晶硅負荷控制方法 126
4.4.3 基于多晶硅負荷的閉環頻率控制方法研究 127
4.4.4 仿真分析 128
4.5 本章小結 142
參考文獻 143
第5章 電解鋁負荷參與局域電網動態電壓控制方法 145
5.1 基于廣域信息的局域電網動態電壓控制模型 146
5.1.1 局域電網模型 146
5.1.2 基于廣域信息的系統等效簡化模型 147
5.1.3 WAMS的控制時延補償 151
5.1.4 動態電壓控制模型 152
5.2 動態電壓控制方法設計 153
5.2.1 基于二次型*優控制的動態電壓控制方法設計 153
5.2.2 實現流程 153
5.3 仿真分析 154
5.3.1 WSCC-9節點系統 155
5.3.2 蒙東局域電網 159
5.4 本章小結 161
參考文獻 162
第6章 電解鋁負荷參與互聯電網聯絡線功率波動控制方法 163
6.1 并網型高耗能工業電網特性分析 164
6.1.1 并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動特性分析 164
6.1.2 計及負荷控制的并網型高耗能工業電網頻率響應模型 166
6.2 并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動控制方法 167
6.2.1 基于負荷控制的并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動控制構架.167
6.2.2 基于模型預測控制的聯絡線功率控制方法 169
6.3 基于顯式模型預測控制的快速求解方法 170
6.3.1 顯式模型預測控制器離線計算過程 170
6.3.2 顯式模型預測控制器在線計算過程 173
6.4 仿真分析 174
6.4.1 算例系統 174
6.4.2 風電功率波動場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 175
6.4.3 風電場跳閘場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 178
6.5 本章小結 181
參考文獻 181
第7章 電解鋁負荷參與互聯電網低頻振蕩控制方法 183
7.1 電解鋁負荷對電網低頻振蕩的影響機理 183
7.1.1 單機電力系統的分析 184
7.1.2 電解鋁負荷的復轉矩分析 187
7.1.3 多機電力系統的算例驗證 189
7.2 電解鋁負荷的廣域阻尼控制 192
7.2.1 電解鋁負荷的電氣模型 192
7.2.2 廣域阻尼控制架構 193
7.3 考慮風電接入的負荷側廣域阻尼控制器魯棒設計 195
7.3.1 負荷側廣域阻尼控制器的序列魯棒設計 195
7.3.2 負荷側廣域阻尼控制器的設計步驟 198
7.4 仿真分析 199
7.4.1 算例系統 199
7.4.2 負荷側廣域阻尼控制的有效性驗證 201
7.4.3 風電接入下負荷側廣域阻尼控制的魯棒性驗證 203
7.4.4 廣域時延的影響 206
7.5 本章小結 207
參考文獻 208
第8章 電解鋁負荷參與互聯電網調頻輔助服務方法 210
8.1 高耗能工業電網參與調頻輔助服務的總體框架設計 210
8.1.1 典型調頻輔助服務市場運行流程 210
8.1.2 高耗能電解鋁負荷參與調頻輔助服務框架 213
8.2 日前調頻備用容量優化方法設計 214
8.2.1 考慮負荷調節懲罰代價的目標函數 214
8.2.2 日前調頻備用容量優化約束條件 215
8.2.3 日前調頻備用容量優化問題求解 217
8.3 實時調頻控制方法設計 221
8.3.1 經濟型模型預測控制 221
8.3.2 基于經濟型模型預測控制的實時調頻控制方法 224
8.4 仿真分析 225
8.4.1 參數設置 225
8.4.2 日前調頻備用容量優化效果驗證 226
8.4.3 實時調頻控制效果驗證 228
8.4.4 考慮日前預測誤差的實時調頻控制效果驗證 231
8.5 本章小結 234
參考文獻 234
第9章 含電解鋁工業負荷控制的硬件在環仿真平臺搭建及工業應用 236
9.1 含高滲透率風電局域電網的硬件在環仿真平臺總體構架 236
9.2 硬件在環仿真平臺硬件設備及其接入方法 239
9.2.1 工業級PMU 239
9.2.2 WAMS控制主站 239
9.2.3 NCU 240
9.2.4 工業級勵磁控制器GEC-300241
9.3 硬件在環仿真平臺測試 241
9.4 基于廣域信息的控制系統架構設計 243
9.4.1 基于廣域信息的控制系統總體架構 243
9.4.2 受控設備的接口定義方法 244
9.4.3 考慮現場工況的閉環控制系統邏輯設計及防誤措施 246
9.5 電解鋁負荷參與局域電網頻率控制的現場試驗 247
9.5.1 基于勵磁控制的電解鋁負荷開環控制試驗 248
9.5.2 考慮風電功率快速下降的WAMS控制試驗 250
9.5.3 考慮機組跳閘的WAMS控制試驗 254
9.6 本章小結 256
參考文獻 257
附錄 258
附錄A 蒙東局域電網系統數據說明 258
附錄B 內蒙古自治區赤峰局域電網電氣元件參數表 259
附錄C 多晶硅負荷控制方法結果 259
附錄D WSCC-9節點系統 261
附錄E 雙饋感應風電機組參數 262
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 高耗能工業負荷的基本分類與地理分布 1
1.1 中國可再生能源消納現狀 1
1.1.1 電源側提高電力系統靈活性 2
1.1.2 電網側提高電力系統靈活性 2
1.1.3 負荷側提高電力系統靈活性 3
1.2 高耗能工業負荷的基本分類 4
1.3 電解鋁負荷的產能概況與地理分布 6
1.4 礦熱爐的產能概況與地理分布 7
1.5 多晶硅的產能概況與地理分布 8
1.6 高耗能工業負荷生產特點 9
1.7 本章小結 10
參考文獻 10
第2章 典型高耗能工業負荷特性及建模方法 13
2.1 電解鋁的負荷特性及建模方法 13
2.1.1 電解鋁工業生產工藝特點 13
2.1.2 電解鋁負荷拓撲結構及特性 14
2.1.3 電解鋁負荷穩流系統 15
2.1.4 電解鋁負荷有功-電壓外特性建模 16
2.2 礦熱爐及鋼鐵負荷特性及建模方法 19
2.2.1 合金冶煉類工業生產工藝特點 19
2.2.2 礦熱爐等效電路 22
2.2.3 礦熱爐電極升降系統 26
2.2.4 軋鋼負荷模型 27
2.2.5 礦熱爐及鋼鐵負荷調節能力仿真 31
2.3 多晶硅的負荷特性及建模方法 34
2.3.1 多晶硅生產工藝特性 34
2.3.2 多晶硅負荷功率外特性 36
2.3.3 多晶硅供電電源 41
2.3.4 多晶硅負荷調節能力仿真 44
2.4 本章小結 45
參考文獻 46
第3章 高耗能工業負荷控制方法 48
3.1 電解鋁負荷控制方法 48
3.1.1 基于有載調壓變壓器調節方法 48
3.1.2 基于飽和電抗器調節方法 49
3.1.3 基于交流側母線電壓調節方法 50
3.1.4 電解鋁負荷調控特性現場試驗驗證 51
3.2 礦熱爐負荷控制方法 59
3.2.1 礦熱爐負荷阻抗-有功調節方法 59
3.2.2 仿真分析 64
3.3 多晶硅負荷控制方法 67
3.3.1 多晶硅負荷控制原理 67
3.3.2 多晶硅負荷控制需要考慮的安全因素 68
3.4 本章小結 70
參考文獻 71
第4章 高耗能工業負荷參與局域電網頻率控制方法 72
4.1 含高耗能工業負荷的局域電網運行難點分析 72
4.1.1 含高耗能工業負荷的局域電網構架 72
4.1.2 含高耗能工業負荷的局域電網頻率特性分析 73
4.1.3 含高耗能工業負荷的局域電網運行存在的難點 74
4.2 基于電解鋁負荷控制的局域電網頻率控制方法 76
4.2.1 基于系統頻率反饋的電解鋁負荷控制器構架 76
4.2.2 電解鋁負荷控制器參數設計 77
4.2.3 基于廣域信息的不平衡功率在線辨識 81
4.2.4 電壓靈敏度方法 83
4.2.5 電解鋁有功控制方法實現步驟 83
4.2.6 仿真分析 85
4.3 基于礦熱爐負荷控制的局域電網頻率控制方法 92
4.3.1 礦熱爐阻抗、電壓-有功協調控制 92
4.3.2 多礦熱爐系統協調控制方法 101
4.3.3 實際局域電網頻率波動響應策略 105
4.4 基于多晶硅負荷控制的局域電網頻率控制方法 123
4.4.1 基于廣域信息的多晶硅負荷響應風電波動控制 123
4.4.2 基于負荷調節效應的多晶硅負荷控制方法 126
4.4.3 基于多晶硅負荷的閉環頻率控制方法研究 127
4.4.4 仿真分析 128
4.5 本章小結 142
參考文獻 143
第5章 電解鋁負荷參與局域電網動態電壓控制方法 145
5.1 基于廣域信息的局域電網動態電壓控制模型 146
5.1.1 局域電網模型 146
5.1.2 基于廣域信息的系統等效簡化模型 147
5.1.3 WAMS的控制時延補償 151
5.1.4 動態電壓控制模型 152
5.2 動態電壓控制方法設計 153
5.2.1 基于二次型*優控制的動態電壓控制方法設計 153
5.2.2 實現流程 153
5.3 仿真分析 154
5.3.1 WSCC-9節點系統 155
5.3.2 蒙東局域電網 159
5.4 本章小結 161
參考文獻 162
第6章 電解鋁負荷參與互聯電網聯絡線功率波動控制方法 163
6.1 并網型高耗能工業電網特性分析 164
6.1.1 并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動特性分析 164
6.1.2 計及負荷控制的并網型高耗能工業電網頻率響應模型 166
6.2 并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動控制方法 167
6.2.1 基于負荷控制的并網型高耗能工業電網聯絡線功率波動控制構架.167
6.2.2 基于模型預測控制的聯絡線功率控制方法 169
6.3 基于顯式模型預測控制的快速求解方法 170
6.3.1 顯式模型預測控制器離線計算過程 170
6.3.2 顯式模型預測控制器在線計算過程 173
6.4 仿真分析 174
6.4.1 算例系統 174
6.4.2 風電功率波動場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 175
6.4.3 風電場跳閘場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 178
6.5 本章小結 181
參考文獻 181
第7章 電解鋁負荷參與互聯電網低頻振蕩控制方法 183
7.1 電解鋁負荷對電網低頻振蕩的影響機理 183
7.1.1 單機電力系統的分析 184
7.1.2 電解鋁負荷的復轉矩分析 187
7.1.3 多機電力系統的算例驗證 189
7.2 電解鋁負荷的廣域阻尼控制 192
7.2.1 電解鋁負荷的電氣模型 192
7.2.2 廣域阻尼控制架構 193
7.3 考慮風電接入的負荷側廣域阻尼控制器魯棒設計 195
7.3.1 負荷側廣域阻尼控制器的序列魯棒設計 195
7.3.2 負荷側廣域阻尼控制器的設計步驟 198
7.4 仿真分析 199
7.4.1 算例系統 199
7.4.2 負荷側廣域阻尼控制的有效性驗證 201
7.4.3 風電接入下負荷側廣域阻尼控制的魯棒性驗證 203
7.4.4 廣域時延的影響 206
7.5 本章小結 207
參考文獻 208
第8章 電解鋁負荷參與互聯電網調頻輔助服務方法 210
8.1 高耗能工業電網參與調頻輔助服務的總體框架設計 210
8.1.1 典型調頻輔助服務市場運行流程 210
8.1.2 高耗能電解鋁負荷參與調頻輔助服務框架 213
8.2 日前調頻備用容量優化方法設計 214
8.2.1 考慮負荷調節懲罰代價的目標函數 214
8.2.2 日前調頻備用容量優化約束條件 215
8.2.3 日前調頻備用容量優化問題求解 217
8.3 實時調頻控制方法設計 221
8.3.1 經濟型模型預測控制 221
8.3.2 基于經濟型模型預測控制的實時調頻控制方法 224
8.4 仿真分析 225
8.4.1 參數設置 225
8.4.2 日前調頻備用容量優化效果驗證 226
8.4.3 實時調頻控制效果驗證 228
8.4.4 考慮日前預測誤差的實時調頻控制效果驗證 231
8.5 本章小結 234
參考文獻 234
第9章 含電解鋁工業負荷控制的硬件在環仿真平臺搭建及工業應用 236
9.1 含高滲透率風電局域電網的硬件在環仿真平臺總體構架 236
9.2 硬件在環仿真平臺硬件設備及其接入方法 239
9.2.1 工業級PMU 239
9.2.2 WAMS控制主站 239
9.2.3 NCU 240
9.2.4 工業級勵磁控制器GEC-300241
9.3 硬件在環仿真平臺測試 241
9.4 基于廣域信息的控制系統架構設計 243
9.4.1 基于廣域信息的控制系統總體架構 243
9.4.2 受控設備的接口定義方法 244
9.4.3 考慮現場工況的閉環控制系統邏輯設計及防誤措施 246
9.5 電解鋁負荷參與局域電網頻率控制的現場試驗 247
9.5.1 基于勵磁控制的電解鋁負荷開環控制試驗 248
9.5.2 考慮風電功率快速下降的WAMS控制試驗 250
9.5.3 考慮機組跳閘的WAMS控制試驗 254
9.6 本章小結 256
參考文獻 257
附錄 258
附錄A 蒙東局域電網系統數據說明 258
附錄B 內蒙古自治區赤峰局域電網電氣元件參數表 259
附錄C 多晶硅負荷控制方法結果 259
附錄D WSCC-9節點系統 261
附錄E 雙饋感應風電機組參數 262
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工業負荷建模控制及電網互動調節(精)/智能電網技術與裝備叢書 節選
第1章 高耗能工業負荷的基本分類與地理分布 1.1 中國可再生能源消納現狀 為積極實現“五位一體”總體布局，秉持“清潔低碳，綠色發展”的電力發展理念，2030年前碳達峰行動方案明確提出到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億 kW以上的目標[1]。風電、光伏等可再生能源的出力受自然天氣不確定影響，具有隨機性與間接性，對電網的調節靈活性提出了更高的要求[2-4]。 2019年，全國風電新增并網裝機2574萬 kW，其中陸上風電新增裝機2376萬 kW、海上風電新增裝機198萬 kW，風電累計裝機2.1億 kW，其中陸上風電累計裝機2.04億 kW、海上風電累計裝機600萬 kW，風電裝機占全部發電裝機的10.4%。2019年全國風電發電量為4057億 kW .h，首次突破4000億 kW.h，占全部發電量的5.5%。2019年，全國風電平均利用小時數為2082h，風電平均利用小時數較高的地區是云南(2808h)、福建(2639h)、四川(2553h)、廣西(2385h)和黑龍江(2323h)。2019年棄風電量為169億 kW.h，平均棄風率為4%。2019年，棄風率超過5%的地區是新疆(棄風率為14.0%、棄風電量為66.1億 kW.h)，甘肅(棄風率為7.6%、棄風電量為18.8億 kW.h)，內蒙古(棄風率為7.1%、棄風電量為51.2億 kW .h)。三省(自治區)棄風電量合計136.1億 kW .h，占全國棄風電量的81%[5]。 2019年，全國新增光伏發電裝機3011萬 kW，其中集中式光伏新增裝機1791萬 kW、分布式光伏新增裝機1220萬 kW，光伏發電累計裝機達到2.0430億 kW，其中集中式光伏1.42億 kW，分布式光伏6263萬 kW，光伏裝機占全部發電裝機的10.2%。2019年全國光伏發電量達2243億 kW.h，光伏利用小時數為1169h。2019年棄光電量為46億 kW.h，平均棄光率為2.0%。從重點區域看，光伏消納問題主要出現在西北地區，其棄光電量占全國的87%，棄光率達到5.9%。華北地區、東北地區、華南地區棄光率分別為0.8%、0.4%、0.2%，華東地區、華中地區無棄光。從重點省份看，西藏、新疆、甘肅棄光率分別為24.1%、7.4%、4.0%，青海受新能源裝機大幅增加、負荷下降等因素影響，棄光率提高至7.2%[6]。 導致棄風棄光的主要原因如下： (1)我國可再生能源資源主要分布在遠離負荷中心的“三北”地區，當地負荷少，快速響應可再生能源電力波動性的電源不足，致使消納大規模可再生能源的能力不足。同時“三北”地區電網框架薄弱，跨省跨區的電力傳輸能力比較弱，難以滿足可再生能源大規模發展后的電力傳輸需求。 (2)可再生能源具有隨機性和波動性，需要電網預留較大的調峰容量以應對，東北地區、華北地區調峰電源少，特別是進入冬季后，大量熱電聯產機組承擔供熱任務，調峰能力大大下降，只能被迫棄風棄光。 (3)風電場與火電機組存在競爭。火電機組因為經濟指標需要達到*低利用小時數，在一定負荷的條件下，優先使火電機組達到*低利用小時數，導致多余的可再生能源不能并網，被迫棄風棄光。 《電力發展“十三五”規劃(2016—2020年)》指出，必須從電源側、電網側、負荷側多措并舉，充分地挖掘現有系統調峰能力，增強系統靈活性、適應性，破解可再生能源消納難題。 1.1.1 電源側提高電力系統靈活性 電源側提高電力系統靈活性的角度開展了大量理論研究和工程實踐，主要包括對火電機組進行靈活性改造。火電機組參與調峰調頻的能力，特別是機組的*低穩燃負荷及出力的變化速率，通常稱為火電機組的靈活性。然而，我國的火電機組普遍存在總量富余而靈活性不足的問題，嚴重限制了可再生能源并網比例的提升。根據國家“十三五”規劃綱要，為加快能源技術創新，挖掘燃煤機組調峰潛力，提升我國火電機組運行靈活性，全面提高系統調峰和可再生能源消納能力，“十三五”期間計劃實現熱電聯產機組改造1.33億 kW，純凝機組改造8650萬 kW，增加調峰能力4600萬 kW。2016年6月，國家能源局委托電力規劃設計總院牽頭研究制定我國火電機組靈活性升級改造技術路線，并選取了可再生能源消納問題較為突出地區的22個典型項目作為改造試點。截至2018年，北方聯合電力有限責任公司臨河熱電廠1號機組、淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司600MW機組、國家電投遼寧東方發電有限公司亞臨界350MW機組、天津華能楊柳青熱電有限責任公司亞臨界300MW機組等先后實施了靈活性改造，具備了深度調峰能力。然而，處于深度調峰階段的火電機組運行成本大幅上升，其運行成本不但包含燃料等顯性成本，還包含風險、磨損壽命損失等一些隱性成本。此外，深度調峰服務也導致火電機組發電量減少，從目前的運行情況看，一方面，火電機組運營商調峰的意愿不足，特別是深度調峰意愿不足；另一方面，系統的能耗和燃油污染物排放水平也會隨著火電機組深度調峰而大幅增加[7]。很多地方(東北三省，山西、福建、山東、新疆等)紛紛出臺《電力輔助服務市場專項改革試點方案》《電力輔助服務市場運營規則》，旨在通過獎懲手段引導火電機組提升運行靈活性，解決電力運行中的調峰、供熱、可再生能源消納等突出問題[8]。 1.1.2 電網側提高電力系統靈活性 電網側提高電力系統靈活性主要體現在各種大容量儲能裝置的應用上。儲能技術是大規模集中式和分布式可再生能源發電接入與利用的重要支撐技術[9]。按照所存儲能量的形式，可將儲能技術分為機械儲能、電磁場儲能和化學儲能等。 機械儲能包括抽水蓄能[10]、壓縮空氣儲能[11]及飛輪儲能[12]。抽水蓄能仍然是目前應用*普遍的儲能技術，全球并網中的儲能技術應用，水力蓄能占比達到99%。抽水蓄能電站的建設周期長且受地形限制，當電站距離用電區域較遠時輸電損耗較大。壓縮空氣儲能*早在1978年實現應用，但由于受地形、地質條件制約，沒有大規模推廣。飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化為機械能存儲起來，需要時飛輪帶動發電機發電。飛輪儲能的特點是壽命長、無污染、維護量小，但能量密度較低、自放電率高。 電磁場儲能包括超導電磁儲能和超級電容器儲能，超級電容器是20世紀80年代興起的一種新型儲能器件，由于使用特殊材料制作電極和電解質，這種電容器的存儲容量是普通電容器的20～1000倍，同時又保持傳統電容器釋放能量速度快的優點，但存在能量密度低的不足，需要依賴于新材料的誕生，如石墨烯。超導電磁儲能利用超導體制成線圈存儲磁場能量，功率輸送時無須能源形式的轉換，具有響應速度快、轉換效率高、比容量/比功率大等優點。和其他儲能技術相比，超導電磁儲能仍然很昂貴，除了超導體本身的費用，維持系統低溫導致維修頻率提高及產生的費用也很昂貴。 化學儲能通過化學反應將化學能和電能進行相互轉換以存儲能量，包括傳統的鉛酸電池及新型的鈉硫電池、鎳氫電池和鋰離子電池[13]。化學儲能是發展*迅速的儲能技術，電網級電化學儲能系統在近年不斷建設的示范項目中獲得可行性驗證，如江蘇鎮江10萬 kW儲能項目、大連液流電池儲能調峰電站項目及澳大利亞特斯拉10萬 kW儲能項目等。據中關村儲能產業技術聯盟數據統計，2012～2017年我國電化學儲能規模年均增速達55%，高于全球年均增速18個百分點。2018年，我國僅電網側新增儲能裝機規模超過50萬 kW，同比增幅達140%，超過歷年累計裝機規模總和；2020年，我國電化學儲能裝機規模超過200萬 kW，較2017年規模增長近5倍。化學儲能存在的主要不足就是能量密度低、壽命短，如果深度、快速大功率放電，可用容量會下降，且存在過充導致發熱、燃燒等安全問題。此外，高昂的價格，也一直是困擾化學儲能大規模應用的一個主要原因。 總體而言，盡管儲能技術對于電力系統的發展至關重要，但由于地理條件因素、關鍵技術因素及高昂的成本因素等方面的限制，大多數儲能方式處于試驗示范和小規模部署階段。 1.1.3 負荷側提高電力系統靈活性 負荷側提高電力系統靈活性主要包括各種負荷調節控制技術及需求側響應技術。將負荷自身作為手段參與電網的調節控制，不但有利于電網的功率平衡，實現與常規儲能裝置相同的效果，還有利于降低電網建設等方面的投資，具有較強的技術經濟優勢。我國江蘇省電力公司的精準負荷控制系統應用、美國加利福尼亞州“鴨型曲線”解決方案等均屬于電網側負荷跟蹤與可再生能源爬坡控制典型應用[14-17]。 目前電網的負荷調節控制主要有兩種實現方式，一是通過實行峰谷電價，由經濟杠桿來引導工業、商業和居民用電主動參與削峰填谷，各個區域電網在劃分峰谷時段和制定電價差時，結合了區域用電和社會經濟發展的實際情況，有一定的差異。二是制定有序用電方案并建設負荷控制系統，通過政策支持或者與用戶簽訂補償協議等方式，在電網供電能力不足或其他緊急情況下拉停部分可中斷負荷，緩解電網供電矛盾的問題[18]。為了進一步降低停電對用戶的影響，近年來負荷控制系統的控制對象進一步精細化，如直接控制用戶的非工業用空調等。在負荷需求響應方面，按照用戶不同的響應方式可分為基于激勵響應和基于價格響應[19]。其中基于激勵響應目前以投切可中斷負荷等操作為主。然而，由于我國電價制定策略缺乏堅實的理論基礎，基于價格響應方法難以實現大規模、穩定可靠的負荷響應需求[20]。對于基于激勵的需求側響應，由于缺乏配套基礎設備、測量設備及通信設備，缺乏對各種類型負荷特性的理論研究，也難以實現大規模、穩定可靠的負荷響應需求。此外，商業居民用戶分散性大，總體響應比率較低，響應量帶來的產值遠不能與建設需求響應的成本相抵，存在聚合、協同控制等多方面的難點，導致目前負荷響應規模小[21，22]。相比于商業和居民負荷，當大型工業用戶參與需求側響應時，可以提供較大的用電負荷調節量，且工廠負荷可控性較強，能夠較好地實現約定響應，使響應量更加可控[23]，特別是電解、鋼鐵、水泥等高耗能行業的負荷具有熱蓄能的特點，負荷調節潛力巨大[24，25]。在工業和信息化部發布的《工業領域電力需求側管理專項行動計劃(2016—2020年)》中提出，電力需求響應工作和售電改革短期內主要面向工業用戶，以工業園區為單位開展，大力建設和推進工業領域的需求側響應。 本書將聚焦于提高電力系統靈活性以消納可再生能源這一緊迫且極具挑戰性的問題，改變單純依靠機組改造、儲能調節和負荷響應的常規思路，而是在確保系統穩定性的前提下，充分地利用工業園區大型工業負荷特別是高耗能負荷的大容量連續可調節的特性，通過對園區內多個高耗能負荷的連續協調控制，實現高耗能負荷主動響應系統頻率變化和可再生能源出力波動，降低對系統調峰調頻備用容量的要求，提高電力系統的靈活性，從而大幅地降低可再生能源消納的技術難度和備用成本。 1.2 高耗能工業負荷的基本分類 高耗能是指在生產過程中耗費大量的能源，如煤、電、油、水、天然氣等。《2010年國民經濟和社會發展統計報告》中的六大高耗能行業分別為化學原料及化學制品制造業，非金屬礦物制品業，黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業，石油加工、煉焦及核燃料加工業，電力、熱力的生產和供應業。 從電氣特征分析，高耗能工業負荷以電解類、電弧類及電機類負荷為主。電解類與電弧類負荷一般屬于穩定性負荷，具有啟停有序、工作周期長、容量大等特點，具有較大開發潛力。從負荷的調控潛力來看，電機類負荷具有啟停無序、工作周期短、功率沖擊大等特點，調控潛力較難開發。 常見的電解類高耗能工業負荷包括電解鋁、電解錳、精煉銅、電積鋅、氯堿等，而鋼鐵、電石、黃磷等負荷則屬于電弧類[26-30]。電解類高耗能工業負荷的主要生產方式，均是由大直流電流通過電解質溶液或熔融態電解質，在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程，其
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