1.1.2 新能源消纳的有效安全域定义

由1.1.1节分析可以看出，在大规模新能源消纳策略优化决策中，我们更加关心的是通过AGC调频机组的补偿控制，在新能源接入节点上，系统对于新能源发电不确定性的消纳能力。由此，在经典安全域的基础上，定义新能源消纳的有效安全域为系统运行中所有调频机组补偿控制所形成安全域与新能源接入节点功率扰动范围的重合部分。

为了形象地说明新能源消纳的有效安全域与经典安全域之间的区别，图1.1给出了两种系统运行条件下（机组的运行基点与参与因子设置不同），三个新能源接入节点上经典安全域与新能源消纳的有效安全域的对比。

图1.1 有效安全域示意图（见彩图）

由图1.1可以看出，示例系统在3个节点上均具有不确定新能源，其新能源发电功率标幺值构成三维坐标系。图中，红色矩形框所围成的空间，为系统在三个节点上所形成的安全域，此区域中任一坐标点对应的新能源发电功率组合形式都是系统可以安全应对的。图中蓝色矩形框给出的是新能源发电功率自身的扰动域，其中任一坐标点对应着系统真实可能发生的新能源发电功率组合形式。而紫色区域对应的是安全域与新能源发电功率扰动域的重合部分，即为新能源消纳的有效安全域。

图1.1a给出了安全域最大时的情况。在此情况下，通过调整机组的运行基点与参与因子，使得三个节点上所形成的安全接纳范围之和最大。然而，在此情况下，系统在三个节点上的安全接纳范围对于三个节点新能源发电功率自身扰动范围的覆盖率仅有15.95%。

与之相对应，通过调整机组运行基点和参与因子的设定值，图1.1b给出了另一种运行情况。在此情况下，系统在三个节点上所形成的安全接纳范围之和仅是图1.1a中的1/6，但其对于三个节点上新能源发电功率自身扰动范围的覆盖率却达到了78.02%。

对比图1.1中的两种情况，显然，图1.1b对应的机组运行基点与参与因子的设定方式对于提高系统运行安全性是更为有利的。因而，对于大规模新能源并网消纳而言，要保证扰动情况下系统运行的安全性，应通过发电机组运行基点与参与因子的设置，使系统在各个节点上所能覆盖的功率扰动范围尽量大，也就是要使系统的新能源消纳有效安全域最大化。

需要说明的是，在图1.1对应的评估乃至后续章节的优化过程中，我们关注的是各个节点上新能源发电功率扰动的接纳范围，这是安全域在各坐标轴上的投影长度而非安全域的体积。例如，在图1.1的例子中，我们要求的是红色矩形框（经典安全域）在对应坐标轴上的投影长度之和最大，或者是紫色区域（有效安全域）在对应坐标轴上的投影长度之和最大。采用这样的处理方式，一方面是为了计算的方便，投影长度相加为线性运算，而求体积是非线性的相乘运算，显然，在优化问题中，前者的计算特性要好很多；另一方面，由于安全域的投影直接对应着节点的可接纳的扰动范围，各个坐标轴上的投影之和，就是系统可以接纳的新能源发电功率总的扰动范围，所以，采用坐标轴投影方式与系统运行安全度量的对应关系更加直接。

同时，还值得注意的是，即使实现了新能源接纳的有效安全域最大化，由于受系统可调资源的限制，对于某些极端新能源发电功率扰动情况，系统可能仍然无法应对。在此情况下，一方面，可通过调用紧急备用电源，增强系统在薄弱节点上的新能源发电功率扰动应对能力；另一方面，在新能源发电功率扰动无法完全接纳的节点，可采用分布式调控手段，降低节点注入或吸收功率的不确定性，以减轻主网的调节压力。此外，系统在决策应维持的有效安全域的大小时，还应考虑到经济性因素，以避免过于保守的决策结果。