为实现对含储能的多能互补系统中多种能源输出功率的安全高效控制，南京南瑞继保工程技术有限公司的缪雅慧、焦燕、徐浩在2024年第5期《电气技术》上撰文提出一种功率控制方案。首先，给出含储能的多能功率控制系统的硬件和软件架构；然后，提出一种三轮功率分配方案并给出具体流程，第一轮是储能与其他能源之间的功率分配，第二轮是其他能源电站之间的功率分配，第三轮是各类型电站内部发电设备之间的功率分配；最后，在百兆瓦级光储项目中进行实际验证，结果证明了所提方案的有效性。
近年来，新能源发电领域快速发展，由并网带来的电网稳定性问题日益突出。为了促进新能源消纳，近年的国家政策大力支持多能互补项目，如《国家发展改革委 国家能源局关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》均明确表示促进多能互补项目的发展。
目前，多能互补协调控制是研究热点，如文献重点论述了利用多种能源之间的时空互补特性优化多能互补调控的方案，文献重点论述了利用储能的微电网多能互补策略。在此背景下，本文通过重点分析含储能的多能互补系统的特点，以提升新能源消纳水平为目标，提出一种构建多能互补功率控制系统的软硬件架构，以及一种适用于多能互补系统的三轮功率分配方案，并给出其在实际含600MW光伏和30MW/30MW∙h储能的光储联合项目中的实际应用效果，以验证本文所提方案的有效性。
1 多能互补功率控制系统架构
多能互补，是指多种能源一体化并网发电的形式。能源类型包括风、光、水、储等。
1.1 硬件架构
含储能的多能互补功率控制系统可基于“上位机+下位机+远程终端单元（remote terminal unit, RTU）”的架构实现，如图1所示。
图1 多能互补功率控制系统架构
其中，RTU的职责是实现与调度主站之间的通信。上位机的职责是通过RTU接收上级调度主站的目标功率指令，统一调配风、光、储等各子站功率输出。下位机的作用是根据上位机的指令，调节各个风电场、光伏站、储能站的发电功率，实现上位机的控制目标。
图1中的风电场是指一组有集中控制器的风机集合，光伏站是指一组有集中控制器的光伏逆变器集合，储能站是指一组有集中控制器的储能变流器集合。
本文方案也可对风、光之外的其他形式可再生能源发电站如地热能发电、生物质发电等实现兼容。
1.2 软件架构
含储能的多能互补功率控制系统软件基于可编程平台实现，架构如图2所示。
图2 多能互补功率控制软件架构
可编程平台统一管理系统数据采集、系统控制参数、遥控遥调指令发送，实现控制框架。多能互补功率分配算法插件，基于C++和通用组件即可开发，不依赖具体的操作系统平台，可独立编写、独立编译，实现了平台和策略的解耦，支持第三方独立开发。
2 系统建模和接口
多能互补功率控制系统按照“多种能源打捆”的思路，进行一体化建模。为了讨论方便，本文以“风光储”项目为例。本文结论适用于“风储”“光储”项目，也可以推广到含有其他形式可再生能源发电子站的多能互补项目。
2.1 多能互补功率控制系统对主站模型和接口
对调度主站而言，多能互补系统等同于一个可控发电站，统一接收调度主站的功率目标指令，自动优化控制本站所有调节资源，达成调度主站下达的控制目标。多能互补功率控制系统对调度主站的接口，主要是上送“当前功率”“可增功率”“可减功率”，使调度主站全面掌握多能互补系统的运行情况、可控范围。
调度主站下发“限功率设定值”或“控制裕度设定值”控制指令，多能互补功率控制系统收到指令后，以遥测的形式原值返回“限功率设定值返回值”或“控制裕度设定值返回值”，以确认收到调度主站指令，并执行指令。
2.2 风电场对多能互补功率控制系统模型和接口
多能互补系统与风电场是主从关系，对于多能互补系统而言，风电场等同于一个可控发电站，风电场设置自动发电控制（automatic generation control, AGC）系统，与多能互补功率控制系统对接，接收多能互补功率控制系统的功率控制命令。风电场AGC系统上送“当前功率”“可增功率”“可减功率”“是否参与调节”，使多能互补功率控制系统全面掌握风电场的运行情况、可控范围。
多能互补功率控制系统下发“限功率设定值”指令，风电场AGC系统收到指令后，以遥测的形式原值返回“限功率设定值返回值”，以确认收到多能互补功率控制系统指令，并执行指令。
2.3 光伏站对多能互补功率控制系统模型和接口
多能互补系统与光伏站是主从关系，对于多能互补系统而言，光伏站等同于一个可控发电站，光伏站设置AGC系统，与多能互补功率控制系统对接，接收多能互补功率控制系统的功率控制命令。主要接口及含义同风电场一致，这里不再赘述。
2.4 储能站对多能互补功率控制系统模型和接口
多能互补系统与储能站是主从关系，对于多能互补系统而言，储能站等同于一个功率正负可控的发电站，储能站设置AGC系统，与多能互补功率控制系统对接，接收多能互补功率控制系统的功率控制命令。储能站AGC系统上送“当前功率”“充电功率上限”“放电功率上限”“荷电状态（state of charge, SOC）”“可充电量”“可放电量”“充电闭锁”“放电闭锁”“是否参与调节”，使多能互补功率控制系统全面掌握储能站的运行情况、可控范围。多能互补功率控制系统下发“功率设定值”，储能站AGC系统收到指令后，以遥测的形式原值返回“功率设定值返回值”，以确认收到多能互补功率控制系统指令，并执行指令。
3 控制模式
多能互补系统的控制一般分为快速控制和计划控制两个部分。快速控制可单独组建快速控制网络，设置好参数，进行独立闭环控制。计划控制偏重于日常追踪计划调节，追求经济性。在启动快速控制时，会自动闭锁计划控制。本文主要讨论计划控制的三种模式。
3.1 接收上级调度指令
多能互补功率控制系统接收上级调度的功率指令，调节多能互补系统的可调资源，满足上级调度的要求。调度指令模式，有以下两种较为常见的模式。
一种模式是调度直接下发一个功率目标值。该模式的意义在于，调度根据电网整体运行状况直接把优化的功率值发给多能互补系统，多能互补功率控制系统负责执行。
另一种模式是裕度控制模式，调度下发裕度指令，多能互补功率控制系统实时计算多能互补系统的最大理论输出功率值，将该值减去调度下发的裕度指令而得到的功率值作为多能互补系统的功率目标值，多能互补功率控制系统调节可控资源，尽量跟随该目标值。该模式的意义在于为电网保留调节裕度。
3.2 电力市场模式
在市场化运作机制下，多能互补系统提前把未来几天的全站输出功率计划曲线发送给电力市场管理机构，承担按照功率计划曲线发电的义务，享受发电收益。在这一模式下，多能互补功率控制系统按照上报的计划曲线的目标值，统一调配多能互补系统的可调资源，按照计划发电。
3.3 补偿功率预测
功率预测系统会接受调度机构的考核。任何预测方法都是有误差的，如果预测准确率低于考核要求，电站的收益就会受到影响。在含储能的发电项目中，可以通过调整储能的输出功率来补偿功率预测曲线，从而达到避免考核的目的。在这一模式下，多能互补功率控制系统按照上报的功率预测曲线，统一调配多能互补系统的可调资源，按照功率预测曲线发电。
4 功率分配策略
无论哪种控制模式，最终都是把功率目标值优化分配到各个子站，再分配到各具体的发电设备。分配策略是功率控制系统的核心。
4.1 功率分配整体原则
本文以包含风电场、光伏站、储能站的多能互补系统为例，根据含储能的多能互补系统的特点，设计三轮功率分配策略：第一轮是储能和其他能源之间的功率分配，第二轮是风电场和光伏站之间的功率分配；第三轮是各子站内发电设备之间的功率分配，如储能子站功率在储能变流器（power conversion system, PCS）之间的分配。
功率分配优先级从高到低依次为：满足整体功率目标；系统最大可用性；系统最大经济利益。满足功率目标是最终目的，影响系统性能的最终评价，优先级最高；系统可用性，在达成功率目标的前提下，尽量保障系统具备最大的调节能力，功率尽量在多个发电设备之间分配，而不是先把某一设备的调节容量用尽再去调节其他设备；经济性是所有控制系统必须考虑的目标，在已满足其他条件的情况下，最大限度地消纳可再生能源，减少资源浪费。
4.2 第一轮功率分配
考虑储能的特殊性，第一轮功率分配是储能和其他能源之间的功率分配，算法如图3所示。
设多能互补系统的功率目标为Pt，风电场和光伏站最大输出功率为Pm，储能最大充电功率为Pc，储能最大放电功率为Pf。根据整体目标和系统可用资源的调节能力，第一轮功率分配共有4个互斥的逻辑分支，如图3中①～④所示。
1）分支①条件为
式（1）-（3）
图3 第一轮功率分配算法
式（4）-（12）
分支④系统整体因输出功率不足，输出功率小于目标功率Pt，如果是电力市场模式，就需要检查功率上报系统的功率上报策略是否存在过激的问题。
4.3 第二轮功率分配
第二轮功率分配在风电场、光伏站之间进行，风电场、光伏站尽量全功率输出，最大限度地利用可再生能源。在出力不得不受限的情况下，优先考虑系统最大可用性，使多能互补系统保留最大可用性。
式（13）-（20）
4.4 第三轮功率分配
第三轮功率分配属于常规的风电AGC、光伏AGC、储能AGC的功能，技术相对成熟，本文不再赘述，可参考相关文献。
5 应用案例
本文所提多能互补系统三轮功率分配方法已有实际多能联合控制的应用案例。国内某大型光储项目基于本文所提方法，实现了联合控制，控制效果如图4所示。
图4 大型光储项目控制效果
图4中的控制时间范围为10:00—11:00。由图4可知，除了10:56因储能容量不足导致计划值和目标值偏离较大外，其余时间内的控制效果良好。剔除10:56容量不足的点，其余点功率与计划功率目标值的平均偏差为1.25%，满足当地的控制精度要求3%，达到了预期的控制效果。
6 结论
本文提出了基于下位机、上位机结构的功率控制系统架构，围绕可编程平台设计了系统的软件架构，提出了三轮功率分配方法，以风光储多能互补系统为例给出了具体的功率分配流程，研究结论可以推广到风储、光储系统，以及包含其他形式可再生能源发电的多能互补系统。本文所提三轮功率分配方法条理清晰、稳定可靠，在600MW光伏和30MW/30MW∙h储能的光储联合多能互补系统中的实际应用效果良好，具备调节稳定、合理的特点，有较好的推广应用价值。未来，随着多能互补联合项目的普及与电力市场机制的完善和推进，本文所提功率分配方法可发挥良好的实用价值。
本工作成果发表在2024年第5期《电气技术》，论文标题为“含储能的多能互补系统功率控制方案”，作者为缪雅慧、焦燕、徐浩。
