提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃的優(yōu)化方法，具體地說是一種提高電力系統(tǒng)低碳化水 平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球氣候變化、能源枯竭等一系列危機(jī)的出現(xiàn)使得人類不得不重新思考自身的發(fā) 展方式。堅(jiān)持節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是各國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。我國政府向世 界做出減排承諾，到2020年將實(shí)現(xiàn)單位⑶P碳排放量相比2005年下降40 %?45%。為達(dá) 成減排目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展，可再生能源的開發(fā)利用成為人們的關(guān)注熱點(diǎn)。
[0003] 我國能源資源與負(fù)荷中心呈逆向分布的整體態(tài)勢，跨區(qū)域大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電成為 充分開發(fā)西部地區(qū)資源、保障負(fù)荷中心用能需求的重要方式。由于出力具有較大的波動性 和不確定性，僅風(fēng)電遠(yuǎn)距離送出時(shí)外送通道的利用率較低，送電功率可控性及經(jīng)濟(jì)性均較 差。我國"三北"地區(qū)風(fēng)電及煤炭資源較為豐富，為此，結(jié)合送端地區(qū)的資源稟賦，"風(fēng)火互 濟(jì)"逐漸成為我國"三北"地區(qū)開發(fā)大型能源基地的普遍方式。在合理配比的基礎(chǔ)上，"風(fēng)火 互濟(jì)"可借助火電的調(diào)節(jié)能力補(bǔ)償風(fēng)電出力的波動，保障外送通道的功率需求。
[0004] 受以煤為主的能源結(jié)構(gòu)限制，我國電力行業(yè)所產(chǎn)生的碳排放占我國每年因化石燃 料燃燒造成碳排放總量的一半，具有排放量大、排放強(qiáng)度高的特點(diǎn)。為達(dá)成我國所做出的 減排承諾，電力行業(yè)削減碳排放已是刻不容緩，其中一項(xiàng)重要的技術(shù)選擇是大力發(fā)展風(fēng)電 等非化石能源，提高風(fēng)電在系統(tǒng)中的消納比例。另外，低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，碳排放通過碳稅及碳 交易等形式被賦予一定經(jīng)濟(jì)成本，抬高了傳統(tǒng)火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)電成本。以火力發(fā)電為主 的電源結(jié)構(gòu)使得國內(nèi)部分區(qū)域的發(fā)電行業(yè)面臨巨大的碳減排壓力，在積極開發(fā)本地風(fēng)電、 光伏等非化石資源的同時(shí)，區(qū)外風(fēng)電的送入對山東電力系統(tǒng)的低碳化發(fā)展具有重要促進(jìn)作 用。"風(fēng)火互濟(jì)"的開發(fā)方式保證了送電通道的功率可控性及輸電經(jīng)濟(jì)性，然而由于送端火 電調(diào)節(jié)能力不足，在傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制模式下可能導(dǎo)致棄風(fēng)。
[0005] 由于我國能源負(fù)荷逆向分布的整體態(tài)勢，建設(shè)跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線、實(shí)現(xiàn)區(qū)域間電能的相 互支持成為滿足負(fù)荷中心用電需求、緩解交通運(yùn)輸資源緊張的必然選擇?，F(xiàn)有區(qū)間聯(lián)絡(luò)線 的功率控制模式一般為定頻率、定交換功率及聯(lián)絡(luò)線偏差控制模式。對于大型電網(wǎng)間的聯(lián) 絡(luò)線，傳統(tǒng)模式便于各區(qū)域電網(wǎng)的分散控制，有利于維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。然而在低碳 發(fā)展模式下，在面臨風(fēng)電等大型新能源發(fā)電基地消納困難的問題時(shí)，對于跨區(qū)域聯(lián)絡(luò)線，尤 其是含非化石能源基地直送負(fù)荷中心的跨區(qū)電能直送通道，傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制模式不 再滿足促進(jìn)新能源電力消納、促進(jìn)系統(tǒng)低碳發(fā)展的需求，存在進(jìn)一步的優(yōu)化提升空間。
[0006] 我國內(nèi)陸大部分地區(qū)受白天日照影響，離地30米以上高空風(fēng)資源多呈現(xiàn)夜間風(fēng) 大、白天封校的特征，使得風(fēng)電出力多具有反調(diào)峰特性。在風(fēng)火互濟(jì)送出系統(tǒng)中，傳統(tǒng)功率 控制模式不能充分適應(yīng)風(fēng)電出力的波動性及反調(diào)峰特性，可能出現(xiàn)棄風(fēng)，造成低碳資源浪 費(fèi)。在此背景下，如果優(yōu)化向負(fù)荷中心送電的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃，如采用具有反調(diào)峰特性的送 電計(jì)劃，即在夜間送出較大的功率，雖然可能加劇受端電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，但卻能較好地適應(yīng) 風(fēng)電的反調(diào)峰特性，從而減少棄風(fēng)。在受端系統(tǒng)調(diào)峰資源的配合下，可通過送電計(jì)劃的優(yōu)化 促進(jìn)送端風(fēng)電的消納，從而取得顯著低碳效益。為此，有必要在給定風(fēng)電出力預(yù)測曲線的基 礎(chǔ)上，結(jié)合送受端的系統(tǒng)特性，對輸電通道的送電計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化分析。
[0007] 因此，針對此類大型能源基地遠(yuǎn)距離送出通道，可在風(fēng)電出力預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上， 優(yōu)化安排通道的送電計(jì)劃，充分利用受端系統(tǒng)富余的風(fēng)電消納空間促進(jìn)送端地區(qū)風(fēng)電的消 納，有效減少棄風(fēng)，促進(jìn)負(fù)荷中心低碳化發(fā)展的同時(shí)降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線 送電計(jì)劃優(yōu)化方法，該方法根據(jù)日前風(fēng)電出力、負(fù)荷預(yù)測等信息，通過采用優(yōu)化安排的聯(lián)絡(luò) 線送電計(jì)劃，可以充分利用受端系統(tǒng)的風(fēng)電消納空間，協(xié)助送端系統(tǒng)消納風(fēng)電，優(yōu)化全局系 統(tǒng)運(yùn)行。
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的一種提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃 優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0010] 第一步，建立優(yōu)化分析模型：
[0011] 系統(tǒng)總的運(yùn)行成本為minC^+C^bm
[0012] 其中：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下 步驟： 第一步，建立優(yōu)化分析模型： 系統(tǒng)總的運(yùn)行成本為minC&n+Ctobm 其中：
式中，C&n為系統(tǒng)的發(fā)電成本；Ctobm為系統(tǒng)的碳排放成本；DT為優(yōu)化時(shí)段集合；D機(jī)組類型集合；C\表示第k類機(jī)組的單位發(fā)電成本；c°表示單位碳排放的經(jīng)濟(jì)成本；ek表 示第k類機(jī)組單位發(fā)電產(chǎn)生的碳排放；PEt，k和P分別表示聯(lián)絡(luò)線送端和受端第k類機(jī)組 在第t時(shí)刻的有功出力，上標(biāo)E和I分別表示送端及受端系統(tǒng)；At表示問題分析的時(shí)間跨 度； 約束條件包括： a、 發(fā)電負(fù)荷平衡約束
式中，為輸電通道的線損率，Dt為受端系統(tǒng)在第t時(shí)刻的負(fù)荷； b、 爬坡約束
式中，SDk、Suk分別為表示第k類機(jī)組升、降出力能力的爬坡率，上標(biāo)max表示各類型 機(jī)組的裝機(jī)容量； c、 各類機(jī)組出力上下限約束 cl、對于火電、核電及具有一定調(diào)節(jié)能力的蓄水式水電站等常規(guī)發(fā)電技術(shù)，約束為：
式中，示各類型機(jī)組的最小出力，PmMk表示最大裝機(jī)容量，c2、對于風(fēng)電、光伏及徑流式水電站等發(fā)電技術(shù)，約束為：
式中，PF°\k為對第k類機(jī)組在第t時(shí)刻可調(diào)度出力的預(yù)測值， d、 聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃約束
式中，分別為t時(shí)刻聯(lián)絡(luò)線允許輸送的最大和最小功率值，fut為通道在第t時(shí)刻的送電功率，
第二步，收集第一步中的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)負(fù)荷曲線和風(fēng)電出力預(yù)測曲線，并設(shè)計(jì)待 選聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃； 第三步，將第二步中收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)負(fù)荷曲線、風(fēng)電出力預(yù)測曲線和待選聯(lián) 絡(luò)線送電計(jì)劃代入第一步的優(yōu)化分析模型中，并采用優(yōu)化軟件求解； 第四步，通過對多條備選送電計(jì)劃的對比分析，選擇運(yùn)行成本最低的送電計(jì)劃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法，其特 征在于，建立優(yōu)化分析模型時(shí)，對各類機(jī)組分別進(jìn)行建模，將送、受端系統(tǒng)均視為單個(gè)節(jié)點(diǎn)， 各類機(jī)組均等值為單臺機(jī)組，等值機(jī)組容量為該類各單臺機(jī)組的容量之和，系統(tǒng)總負(fù)荷進(jìn) 行整合接在等值節(jié)點(diǎn)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法，其特 征在于，在所述第三步中，求出不同送電計(jì)劃下送端風(fēng)電實(shí)際出力曲線的對比圖和系統(tǒng)運(yùn) 行成本、碳排放量和風(fēng)電消納情況的統(tǒng)計(jì)表。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方 法，其特征在于，第三步中采用的所述優(yōu)化軟件為Cplex軟件。
【專利摘要】提高電力系統(tǒng)低碳化水平的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃優(yōu)化方法，首先建立優(yōu)化分析模型，然后收集系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)負(fù)荷曲線、風(fēng)電出力預(yù)測曲線和待選聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入優(yōu)化分析模型中，并采用優(yōu)化軟件求解，通過對多條備選送電計(jì)劃的對比分析，選擇運(yùn)行成本最低的送電計(jì)劃。本發(fā)明根據(jù)日前風(fēng)電出力、負(fù)荷預(yù)測等信息，通過采用優(yōu)化安排的聯(lián)絡(luò)線送電計(jì)劃，可以充分利用受端系統(tǒng)的風(fēng)電消納空間，協(xié)助送端系統(tǒng)消納風(fēng)電，優(yōu)化全局系統(tǒng)運(yùn)行。它可促進(jìn)系統(tǒng)風(fēng)電消納，為電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行供實(shí)踐指導(dǎo)。
【IPC分類】H02J3-46
【公開號】CN104578183
【申請?zhí)枴緾N201510041905
【發(fā)明人】田鑫, 康耕強(qiáng), 吳健, 牛新生, 陳士方, 趙光鋒, 朱秀波, 李勇, 盧兆軍, 吳觀斌, 許乃媛, 王洪偉, 盧志鵬, 張 杰
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日