1.1.2 新能源消納的有效安全域定義

由1.1.1節分析可以看出，在大規模新能源消納策略優化決策中，我們更加關心的是通過AGC調頻機組的補償控制，在新能源接入節點上，系統對于新能源發電不確定性的消納能力。由此，在經典安全域的基礎上，定義新能源消納的有效安全域為系統運行中所有調頻機組補償控制所形成安全域與新能源接入節點功率擾動范圍的重合部分。

為了形象地說明新能源消納的有效安全域與經典安全域之間的區別，圖1.1給出了兩種系統運行條件下（機組的運行基點與參與因子設置不同），三個新能源接入節點上經典安全域與新能源消納的有效安全域的對比。

圖1.1 有效安全域示意圖（見彩圖）

由圖1.1可以看出，示例系統在3個節點上均具有不確定新能源，其新能源發電功率標幺值構成三維坐標系。圖中，紅色矩形框所圍成的空間，為系統在三個節點上所形成的安全域，此區域中任一坐標點對應的新能源發電功率組合形式都是系統可以安全應對的。圖中藍色矩形框給出的是新能源發電功率自身的擾動域，其中任一坐標點對應著系統真實可能發生的新能源發電功率組合形式。而紫色區域對應的是安全域與新能源發電功率擾動域的重合部分，即為新能源消納的有效安全域。

圖1.1a給出了安全域最大時的情況。在此情況下，通過調整機組的運行基點與參與因子，使得三個節點上所形成的安全接納范圍之和最大。然而，在此情況下，系統在三個節點上的安全接納范圍對于三個節點新能源發電功率自身擾動范圍的覆蓋率僅有15.95%。

與之相對應，通過調整機組運行基點和參與因子的設定值，圖1.1b給出了另一種運行情況。在此情況下，系統在三個節點上所形成的安全接納范圍之和僅是圖1.1a中的1/6，但其對于三個節點上新能源發電功率自身擾動范圍的覆蓋率卻達到了78.02%。

對比圖1.1中的兩種情況，顯然，圖1.1b對應的機組運行基點與參與因子的設定方式對于提高系統運行安全性是更為有利的。因而，對于大規模新能源并網消納而言，要保證擾動情況下系統運行的安全性，應通過發電機組運行基點與參與因子的設置，使系統在各個節點上所能覆蓋的功率擾動范圍盡量大，也就是要使系統的新能源消納有效安全域最大化。

需要說明的是，在圖1.1對應的評估乃至后續章節的優化過程中，我們關注的是各個節點上新能源發電功率擾動的接納范圍，這是安全域在各坐標軸上的投影長度而非安全域的體積。例如，在圖1.1的例子中，我們要求的是紅色矩形框（經典安全域）在對應坐標軸上的投影長度之和最大，或者是紫色區域（有效安全域）在對應坐標軸上的投影長度之和最大。采用這樣的處理方式，一方面是為了計算的方便，投影長度相加為線性運算，而求體積是非線性的相乘運算，顯然，在優化問題中，前者的計算特性要好很多；另一方面，由于安全域的投影直接對應著節點的可接納的擾動范圍，各個坐標軸上的投影之和，就是系統可以接納的新能源發電功率總的擾動范圍，所以，采用坐標軸投影方式與系統運行安全度量的對應關系更加直接。

同時，還值得注意的是，即使實現了新能源接納的有效安全域最大化，由于受系統可調資源的限制，對于某些極端新能源發電功率擾動情況，系統可能仍然無法應對。在此情況下，一方面，可通過調用緊急備用電源，增強系統在薄弱節點上的新能源發電功率擾動應對能力；另一方面，在新能源發電功率擾動無法完全接納的節點，可采用分布式調控手段，降低節點注入或吸收功率的不確定性，以減輕主網的調節壓力。此外，系統在決策應維持的有效安全域的大小時，還應考慮到經濟性因素，以避免過于保守的決策結果。