一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，包括以下步驟：建立風(fēng)電并網(wǎng)后的備用需求概率分布模型；確定備用約束條件；建立考慮備用需求的生產(chǎn)模擬模型；根據(jù)生成模擬模型對風(fēng)電消納能力進行分析。本發(fā)明通過建立的風(fēng)電并網(wǎng)后備用需求的概率分布模型，得到最優(yōu)的風(fēng)電并網(wǎng)后所需備用容量，從而能夠優(yōu)化機組的開機方式和運行出力計劃曲線，達到提高風(fēng)電消納能力的目的，為區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電規(guī)劃提供參考。
【專利說明】-種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源發(fā)電規(guī)劃【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能 力分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國風(fēng)資源集中、規(guī)模大，但遠離負荷中心，難以就地消納。而且，風(fēng)電集中的"三 北"地區(qū)，電源結(jié)構(gòu)單一，靈活調(diào)節(jié)電源比重低，雖然并網(wǎng)容量達到一定程度，但是棄風(fēng)嚴 重，全國2012年"棄風(fēng)"率約為17%，風(fēng)電發(fā)電量僅占全國總發(fā)電量的2%，比例還很小。
[0003] 隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，系統(tǒng)對備用的需求日益增加，即需要電力系統(tǒng)其他類型機 組提供更多的備用，而現(xiàn)在運行的備用計算方法是以負荷預(yù)報誤差為主，并沒有考慮大量 風(fēng)電并網(wǎng)情況下的風(fēng)電預(yù)測誤差，因此由于系統(tǒng)沒有做好備用計劃而導(dǎo)致的棄風(fēng)現(xiàn)象比較 嚴重。
[0004] 電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬模型能夠做到全年8760h的生產(chǎn)模擬，能夠考慮不同時段的負 荷特性電網(wǎng)運行方式、各類電源調(diào)度計劃安排外送電力情況等，基于各類型機組邊際成本 實施統(tǒng)一的經(jīng)濟調(diào)度，計算風(fēng)電在每個時段的消納空間，從而完整并準確衡量風(fēng)電在各個 時段和全年的消納能力。并且，在進行逐小時的生產(chǎn)模擬中，在滿足技術(shù)和經(jīng)濟等約束條件 下，最大限度減少棄風(fēng)。能夠模擬在改變資源利用的不同邊界條件下，系統(tǒng)消納風(fēng)電的最大 能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分 析方法，建立了風(fēng)電并網(wǎng)后的備用需求概率分布模型以及風(fēng)電并網(wǎng)后考慮備用約束條件的 電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬模型，用以分析系統(tǒng)風(fēng)電消納能力，指導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)濟運行。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，所述方法包括以下步 驟：
[0008] 步驟1 :建立風(fēng)電并網(wǎng)后的備用需求概率分布模型；
[0009] 步驟2 :確定備用約束條件；
[0010] 步驟3 :建立考慮備用需求的生產(chǎn)模擬模型；
[0011] 步驟4 :根據(jù)生成模擬模型對風(fēng)電消納能力進行分析。
[0012] 所述步驟1包括以下步驟：
[0013] 步驟1_1 :計算風(fēng)電并網(wǎng)如，電力系統(tǒng)失負荷概率Puj);
[0014] 風(fēng)電并網(wǎng)前，電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求源于負荷的波動性，負荷預(yù)報誤差大致服 從正態(tài)分布，即在預(yù)測值附近隨機波動的概率屬于正態(tài)分布；負荷在預(yù)測值μ附近波動的 概率密度函數(shù)f(x)為： (2) (1)
[0016] 其中，Ο為正態(tài)分布的方差；
[0017] 備用不足的概率即電力系統(tǒng)失負荷概率Pm)表示為：
[0019] 其中，LM為電力系統(tǒng)負荷預(yù)報值，Ri為預(yù)留備用值，σ _為負荷在預(yù)報值附近波 動的方差；
[0020] 步驟1-2 :計算風(fēng)電并網(wǎng)后的負荷備用需求R2 ;
[0021] 風(fēng)電并網(wǎng)后假設(shè)風(fēng)電預(yù)測的方差為〇WIND，由于負荷預(yù)報誤差和風(fēng)電預(yù)報誤差引 起的總的方差 0 TOTAL 表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步 驟： 步驟1 :建立風(fēng)電并網(wǎng)后的備用需求概率分布模型； 步驟2 :確定備用約束條件； 步驟3 :建立考慮備用需求的生產(chǎn)模擬模型； 步驟4 :根據(jù)生成模擬模型對風(fēng)電消納能力進行分析。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 步驟1包括以下步驟： 步驟1-1 :計算風(fēng)電并網(wǎng)前，電力系統(tǒng)失負荷概率Pm); 風(fēng)電并網(wǎng)前，電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求源于負荷的波動性，負荷預(yù)報誤差大致服從正 態(tài)分布，即在預(yù)測值附近隨機波動的概率屬于正態(tài)分布；負荷在預(yù)測值μ附近波動的概率 密度函數(shù)f (X)為： /(-y)^ J- ) ⑴ \!2πσ lct 其中，〇為正態(tài)分布的方差； 備用不足的概率即電力系統(tǒng)失負荷概率表示為： λ 1 R ~ Plld = ~1=-exp(--~1~-) (2) J w?，知2σ?0ΑΟ2 其中，Lw為電力系統(tǒng)負荷預(yù)報值，&為預(yù)留備用值，σ _為負荷在預(yù)報值附近波動的 方差； 步驟1-2 :計算風(fēng)電并網(wǎng)后的負荷備用需求R2 ; 風(fēng)電并網(wǎng)后假設(shè)風(fēng)電預(yù)測的方差為σ WIND，由于負荷預(yù)報誤差和風(fēng)電預(yù)報誤差引起的 總的方差 0 TOTAL 表示為： σΤΟΤΑΙ = \σψΙΝΟ σ?ΟΑΟ 假設(shè)風(fēng)電并網(wǎng)容量為Ww，等效負荷符合正態(tài)分布，為維持與風(fēng)電并網(wǎng)錢電力系統(tǒng)相同 的失負荷概率Pud，根據(jù)正態(tài)分布表得到此時對應(yīng)的等效負荷臨界值EQULW為： EQULxin =φ-\Ριιη) (4) 其中，為正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)； 則此時負荷備用需求R2由下式得到： R2 = EQUL^-Ri (5) 步驟1-3 :確定備用需求概率分布規(guī)律； 步驟1-3-1 :將備用定義為當計劃發(fā)電量或者負荷與實際的發(fā)電出力和負荷不相符時 產(chǎn)生的不平衡量，此時為了維持電力系統(tǒng)功率平衡的額外的功率容量定義為備用容量； 考慮產(chǎn)生不平衡量即備用需求的因素包括負荷預(yù)報誤差、風(fēng)電預(yù)報誤差和常規(guī)機組突 然跳閘； 1)負荷預(yù)報誤差產(chǎn)生的向上不平衡量Imbalance+lM(^P向下不平衡量Imbalance'Md* 別表示為： Imbalance+load = Lforest*Rand ( σ ) (6) Imbalance_load = Lforest*Rand (-σ ) (7) 其中，LfOTest為負荷預(yù)報值； 2) 風(fēng)電預(yù)報誤差產(chǎn)生的向上不平衡量Imbalance+win(^P向下不平衡量Imbalance、ind分 別表示為： Imbalance+Wind = ffforest*Rand ( σ ) (8) Imbalance-Wind = Wf〇rest*Rand(_ σ ) (9) 其中，Wf_st為風(fēng)電預(yù)報值； 3) 常規(guī)機組突然跳閘只產(chǎn)生向上備用需求，總的失掉機組容量(：_為：
(10) 其中，η為常規(guī)機組的總臺數(shù)，Q為電力系統(tǒng)內(nèi)第i臺常規(guī)機組的容量，Xi為第i臺常 規(guī)機組跳閘的概率； 步驟1-3-2 :將以上三種因素產(chǎn)生的不同時段的不平衡量分別矢量相加，得到各時段 的電力系統(tǒng)總的不平衡量，有： 『= Σ(:; *..V + Imbalance liMh, + Imbalance whii! (11) i=\ Rdn = Imbalance load+Imbalance wind (12) 其中，廣和儼分別為向上和向下的備用需求，通過模擬分析，即可得到電力系統(tǒng)總的 不平衡量即備用需求概率分布規(guī)律。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 步驟2中，備用約束條件包括等式約束、不等式約束和備用約束； 1) 等式約束包括電力系統(tǒng)內(nèi)電平衡約束和電力系統(tǒng)內(nèi)熱平衡約束； 2) 不等式約束包括常規(guī)機組出力約束和常規(guī)機組組合特性約束； 所述常規(guī)機組出力約束包括火電機組出力約束和水電機組出力約束； 所述常規(guī)機組組合特性約束包括常規(guī)機組發(fā)電功率約束、常規(guī)機組爬坡率約束和常規(guī) 機組啟停時間約束； 3) 備用約束包括向上備用電量約束和向下備用電量約束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 電力系統(tǒng)內(nèi)電平衡約束表示為： X^+X((l-Xtes)-^) = ^+ X V/er,rEi? (13) z+e/r r^R Μ- 其中，式中等號左側(cè)為區(qū)域r內(nèi)所有常規(guī)機組發(fā)出功率和減去損耗后與外區(qū)域的交換 功率，右側(cè)為區(qū)域r內(nèi)的負荷和電儲能裝置作為負荷的功率，且Pi;t為第i臺常規(guī)機組在t 時刻的發(fā)電功率，L1()SS為線路損耗，PtMns為傳輸線功率，gTrf為區(qū)域r內(nèi)t時刻負荷功率， 為電儲能裝置作為負荷的功率，L為所有參與調(diào)度機組，。為所有電儲能裝置作 為負荷的數(shù)量，R為電平衡區(qū)，T為整個計算時段； 所述電力系統(tǒng)內(nèi)熱平衡約束表示為： ΣΗυ=Ηα：?+ Σ KJ〇ad ^t^T,aeA 04) ie^a ieheat_sta 其中，式中左側(cè)為地區(qū)a內(nèi)所有熱能出力的和，右側(cè)為地區(qū)a內(nèi)的熱負荷與熱儲能裝置 作為負荷的功率，Hi;t為第i臺常規(guī)機組在t時刻的熱功率，/為地區(qū)a內(nèi)t時刻熱負荷 功率，//=-ω為地區(qū)a內(nèi)t時刻熱儲能裝置功率，Ia為所有供熱機組數(shù)目，Iteat st。為地區(qū)a 內(nèi)熱儲能裝置作為熱負荷的數(shù)量，T為整個計算時段，A為熱平衡區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 火電機組出力約束中，火力發(fā)電廠的供熱式火電機組包括背壓式熱電機組和抽氣式熱電機 組； (1) 背壓式熱電機組工作特性如下： pTHbp =ETHbP _cmbp (15) 其中，和分別為第i臺背壓式熱電機組在t時刻的發(fā)電功率和熱功率， 為第i臺背壓式熱電機組的電-熱出力比值； (2) 抽氣式熱電機組工作特性如下： Hffx ·Cb]Hex < P?ex <P?ex -H?ex ·C?ex (16) 其中，和別為第i臺抽氣式熱電機組每增加一單位熱功率時相應(yīng)的最低 電功率增加值和最高電功率降低值，和為第i臺抽氣式熱電機組在t時刻的發(fā)電 功率和熱功率； 所述水電機組出力約束中，水電廠的水電機組包括徑流式水電機組和水庫式水電機 組； (1) 徑流式水電機組的工作特性如下：
其中，^為第i臺徑流式水電機組在t時刻的發(fā)電功率，f為徑流式水電機組的裝機 容量，F(xiàn)UT為水電滿發(fā)利用小時數(shù)，#為第i臺徑流式水電機組在t時刻的發(fā)電功率平均 值，為第i臺徑流式水電機組在t時刻的發(fā)電量； (2) 水庫式水電機組的工作特性如下： (18) Wmm < Ws <wmax 其中，ws為水庫式水電機組本周初始可發(fā)電量，win為水庫式水電機組本周流入的可發(fā) X 1 r^rese 電量，為水庫式水電機組本周實際發(fā)電量，ws+1為水庫式水電機組下周初始可發(fā)電 t 量，Wmax和wmin為水庫式水電機組的可發(fā)電量上下限。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 常規(guī)機組發(fā)電功率約束表示為： C 19) 其中，ΚΓΧ和#Γη分別為第i臺常規(guī)機組在t時刻的發(fā)電功率上下限； 常規(guī)機組爬坡率約束表示為： APtJ < Δ^7Χ (20) 其中，APi t為第i臺常規(guī)機組在t時刻的發(fā)電功率變化值，Δ/^χ為第i臺常規(guī)機組 在t時刻的發(fā)電功率變化最大值； 常規(guī)機組啟停時間約束表示為： rp〇n rpmin on rp〇ff rpmin off (21) 其中，T°n和T°ff分別為常規(guī)機組啟動和停止時間，Tmin °n和Tmin °ff分別為常規(guī)機組啟動 和停止時間下限值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：向上 備用電量約束和向下備用電量約束分別表不為： CcipP.rVP〇naj-VPi>TVR·：] (22) i VP , -CapPmm^-VPoH^j > Y VR α,? C 23) 其中，CapPa;i分別為a區(qū)域中第i臺常規(guī)機組的機組容量，VPona;i表示a區(qū)域中第i 臺常規(guī)機組是否在線，VPaii為a區(qū)域中第i臺常規(guī)機組出力，為a區(qū)域中第i臺常規(guī)機 組可提供的向上調(diào)節(jié)量，CapP minu為a區(qū)域中第i臺常規(guī)機組的最小出力，為a區(qū) 域中第i臺常規(guī)機組可提供的向下調(diào)節(jié)量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 步驟3中，生產(chǎn)模擬模型的目標函數(shù)如下： QOBJ = min {SobJ+Cost} (24) 其中，Q0BJ為生產(chǎn)模擬目標值，為生產(chǎn)成本，其為燃料成本、運行維護費用、水庫式 水電費用、傳輸費用、發(fā)電或存儲電的投資費用、新建投資稅費、傳輸線路的投資費用、征稅 總費用、彈性電負荷改變費用、彈性熱負荷改變費用和不可行懲費之和，征稅總費用包括排 放稅、燃料稅、發(fā)電稅和熱電稅；Cost為備用成本，且有： Cost = ^ Cost, (R：；,u - R；1"·1) · Proh1 (25) i 其中，Probi為第i臺常規(guī)機組的可提供備用的概率，Cosh為對應(yīng)于Probi的提供備用 成本，分別為第i臺常規(guī)機組t時刻的提供的向上和向下的備用容量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮備用需求的風(fēng)電消納能力分析方法，其特征在于：所述 步驟4中，根據(jù)得到的風(fēng)電并網(wǎng)后慮備用需求的生產(chǎn)模擬模型，通過改變生產(chǎn)模擬模型中 的風(fēng)電電量，即可以分析不同風(fēng)電并網(wǎng)容量下產(chǎn)生的不同備用需求，從而可以分析風(fēng)電并 網(wǎng)后對備用需求的影響；通過生產(chǎn)模擬計算得到不同風(fēng)電并網(wǎng)容量情景下的棄風(fēng)電量，進 而分析備用對風(fēng)電消納的影響。
【文檔編號】H02J3/38GK104092241SQ201410334048
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】白宏, 遲永寧, 李俊峰, 陳賀, 張佐巖, 李琰, 趙琳, 唐文倩, 呂鳴鏑, 胡開元, 耿丹, 李建鋒, 王真, 魏林君, 湯海雁, 蘇媛媛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司, 中國循環(huán)經(jīng)濟協(xié)會