用于水電資源豐富地區(qū)省級電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納能力的算法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電網(wǎng)調(diào)度計(jì)算【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于水電資源豐富地區(qū)省級電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納能力的算法，本計(jì)算方法從省級電力系統(tǒng)調(diào)度與調(diào)峰的角度出發(fā)，通過預(yù)測未來新增水電、火電和新能源電源情況，根據(jù)蒙特卡洛隨機(jī)概率分析方法預(yù)測風(fēng)電同時(shí)率；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和氣象條件預(yù)測水電并網(wǎng)發(fā)電出力；通過歷史數(shù)據(jù)抽樣，計(jì)算風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布，分析水電和風(fēng)電的相關(guān)性，得到用于計(jì)算省級電網(wǎng)最小開機(jī)方式和風(fēng)電消納能力的水電和風(fēng)電的時(shí)間序列功率輸出；在此基礎(chǔ)上優(yōu)化計(jì)算電網(wǎng)的最小開機(jī)方式，得到電網(wǎng)可調(diào)峰容量空間，從而進(jìn)行全年滾動計(jì)算電網(wǎng)可調(diào)峰容量空間消納并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電出力的能力，得到未來系統(tǒng)全年較為精確的棄風(fēng)量。
【專利說明】用于水電資源豐富地區(qū)省級電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納能力的算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)調(diào)度計(jì)算【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于水電資源豐富地區(qū)省級電 網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納能力的算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，2013年新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量16088. 7MW， 同比增長24. 1% ;累計(jì)裝機(jī)容量91412. 89MW，同比增長21. 4%，新增裝機(jī)和累計(jì)裝機(jī)兩項(xiàng) 數(shù)據(jù)均居世界第一。大量風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)造成電力系統(tǒng)消納能力不足，"棄風(fēng)限風(fēng)"現(xiàn)象經(jīng)常 發(fā)生，造成風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)的降低，經(jīng)濟(jì)損失巨大，2013年棄風(fēng)量達(dá)到150億千瓦時(shí)，經(jīng)濟(jì) 損失巨大。因此研究電網(wǎng)對于風(fēng)力發(fā)電的消納吸收能力得到越來越多的關(guān)注，特別是省級 及其以上的區(qū)域大電網(wǎng)。
[0003] 電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須時(shí)刻保持發(fā)電和用電平衡，否則就會造成頻率或電壓的偏 移。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后，由于其出力的隨機(jī)不確定性，增加了系統(tǒng)發(fā)電和用電的平衡難度，特 別是當(dāng)系統(tǒng)中風(fēng)電的比例比較高時(shí)，系統(tǒng)中其他電源必須時(shí)刻為風(fēng)電備用，風(fēng)電出力大時(shí)， 其他電源降低出力，風(fēng)電出力小時(shí)，其他電源增加出力，以維持系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡。
[0004] 電力系統(tǒng)消納風(fēng)力發(fā)電能力的計(jì)算與評估是電力系統(tǒng)規(guī)劃及運(yùn)行調(diào)度的重要基 礎(chǔ)，需要從電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、外送能力、風(fēng)電特性、市場和經(jīng)濟(jì)手段等方面綜合分析決 策。省級電網(wǎng)包含各類不同機(jī)組，火電、水電、風(fēng)電裝機(jī)動態(tài)增長，難以有效預(yù)測電網(wǎng)調(diào)峰空 間，定量的計(jì)算省級電網(wǎng)對于風(fēng)電消納能力是一項(xiàng)技術(shù)難題。水力發(fā)電作為一種清潔的可 再生能源發(fā)電，輸出功率較為穩(wěn)定，應(yīng)盡量優(yōu)先調(diào)度；對于水電資源豐富的省級電網(wǎng)，在豐 水大發(fā)期將會影響風(fēng)電的消納。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是第三產(chǎn)業(yè)比重的快速增長，和城鄉(xiāng)居 民生活水平的提高，省級電網(wǎng)峰谷差迅速增長；特別近年來出現(xiàn)的干旱和洪澇急轉(zhuǎn)極端氣 候，削弱了同一流域水電機(jī)組的調(diào)峰能力，電網(wǎng)一般采用火電機(jī)組啟停及深度調(diào)峰、抽水蓄 能電站抽水、調(diào)整外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線網(wǎng)間交易電量等多種手段進(jìn)行調(diào)峰。大量風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng) 增加系統(tǒng)備用容量，調(diào)峰電源是平衡風(fēng)電波動的必要條件。在進(jìn)行省級電網(wǎng)調(diào)度時(shí)，需要優(yōu) 先保證水電的上網(wǎng)，特別是水電資源豐富的區(qū)域，水電的不可調(diào)節(jié)性會影響風(fēng)電的消納，同 時(shí)電網(wǎng)調(diào)峰增加了火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。
[0005] 針對目前電網(wǎng)中風(fēng)電消納能力主要集中在定性分析方面，定量評估計(jì)算方法較少 的現(xiàn)狀，特別是省級電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力的定量計(jì)算需要考慮系統(tǒng)整體的運(yùn)行調(diào)度與調(diào)峰 備用，對于水電資源豐富的省份，風(fēng)電的消納能力受到水電的影響，如何定量分析面臨困 難。本發(fā)明提出一種基于電網(wǎng)最小負(fù)荷和最小開機(jī)方式的利用電網(wǎng)調(diào)峰空間消納并網(wǎng)風(fēng)力 發(fā)電能力的全年滾動計(jì)算方法，在精確預(yù)測未來省級電網(wǎng)新增水電、火電和新能源電源情 況，精確預(yù)測風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模以及風(fēng)電同時(shí)率，并且精確預(yù)測負(fù)荷增長情況的基礎(chǔ)上，通 過歷史數(shù)據(jù)抽樣，計(jì)算風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布，分析水電和風(fēng)電的相關(guān)性，優(yōu)化計(jì)算電網(wǎng)的 最小開機(jī)方式，得到電網(wǎng)可調(diào)峰容量空間，全年滾動計(jì)算風(fēng)力發(fā)電的消納能力，用以解決包 含豐富水電資源地區(qū)省級電網(wǎng)對于風(fēng)力發(fā)電消納吸收能力的定量評估與計(jì)算方法的這一 技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于水電資源豐富地區(qū)省級電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納 能力的算法，包括：
[0007] 步驟1、根據(jù)電源規(guī)劃情況，預(yù)測未來新增水電、火電以及風(fēng)電的電源裝機(jī)增長；
[0008] 步驟2、根據(jù)風(fēng)電裝機(jī)增長和配套輸電送出工程建設(shè)周期，預(yù)測省級電網(wǎng)風(fēng)電并網(wǎng) 裝機(jī)規(guī)模；
[0009] 步驟3、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)增長情況，預(yù)測省級電網(wǎng)負(fù)荷增長，得到省級電網(wǎng)最 小負(fù)荷；預(yù)測省級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率傳輸波動；
[0010] 步驟4、根據(jù)蒙特卡洛隨機(jī)概率分析方法預(yù)測風(fēng)電同時(shí)率；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和氣象 條件預(yù)測水電并網(wǎng)發(fā)電出力；通過歷史數(shù)據(jù)抽樣，計(jì)算風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布，分析水電和 風(fēng)電的相關(guān)性，得到用于計(jì)算省級電網(wǎng)最小開機(jī)方式和風(fēng)電消納能力的水電和風(fēng)電的時(shí)間 序列功率輸出；
[0011] 步驟5、在滿足水電優(yōu)先調(diào)度的同時(shí)，優(yōu)化計(jì)算電網(wǎng)的最小開機(jī)方式，計(jì)算電網(wǎng)的 可調(diào)容量空間；
[0012] 步驟6、滾動計(jì)算電網(wǎng)可調(diào)容量空間消納風(fēng)力發(fā)電的能力，計(jì)算全年的棄風(fēng)量。
[0013] 所述步驟4中風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布的計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于水電資源豐富地區(qū)省級電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電消納能力的算法，其特征在于，包 括： 步驟1、根據(jù)電源規(guī)劃情況，預(yù)測未來新增水電、火電以及風(fēng)電的電源裝機(jī)增長； 步驟2、根據(jù)風(fēng)電裝機(jī)增長和配套輸電送出工程建設(shè)周期，預(yù)測省級電網(wǎng)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī) 規(guī)模； 步驟3、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)增長情況，預(yù)測省級電網(wǎng)負(fù)荷增長，得到省級電網(wǎng)最小負(fù) 荷；預(yù)測省級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率傳輸波動； 步驟4、根據(jù)蒙特卡洛隨機(jī)概率分析方法預(yù)測風(fēng)電同時(shí)率；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和氣象條件 預(yù)測水電并網(wǎng)發(fā)電出力；通過歷史數(shù)據(jù)抽樣，計(jì)算風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布，分析水電和風(fēng)電 的相關(guān)性，得到用于計(jì)算省級電網(wǎng)最小開機(jī)方式和風(fēng)電消納能力的水電和風(fēng)電的時(shí)間序列 功率輸出； 步驟5、在滿足水電優(yōu)先調(diào)度的同時(shí)，優(yōu)化計(jì)算電網(wǎng)的最小開機(jī)方式，計(jì)算電網(wǎng)的可調(diào) 容量空間； 步驟6、滾動計(jì)算電網(wǎng)可調(diào)容量空間消納風(fēng)力發(fā)電的能力，計(jì)算全年的棄風(fēng)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述算法，其特征在于，所述步驟4中風(fēng)電水電聯(lián)合概率分布的計(jì)算 公式如下：
其中，X為水電隨機(jī)出力；y為風(fēng)電隨機(jī)出力；μχ、μy、σχ、σy、r為分布參數(shù),通過擬 合得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述算法，其特征在于，所述步驟5中電網(wǎng)的最小開機(jī)方式的優(yōu)化計(jì) 算包括： 首先建立目標(biāo)函數(shù)，使得在滿足水電優(yōu)先調(diào)度的同時(shí)，通過優(yōu)化火電機(jī)組的啟停和出 力使省級電網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)的燃耗最小，目標(biāo)函數(shù)如下： ?=丄J
其中，T為優(yōu)化時(shí)間長度，N為系統(tǒng)中火電機(jī)組數(shù)，P^t)為火電機(jī)組j在時(shí)間t的功率 出力，F(xiàn)(P^t))為火電機(jī)組的燃耗函數(shù)；+_(t)為火電機(jī)組的啟停狀態(tài)；s^t)為火電機(jī)組的 啟停燃耗； 火電機(jī)組的運(yùn)行燃耗擬合為一個(gè)二次函數(shù)，如下： F(pj(t)) =ajPj2 (t)+bjPj(t) +Cj 其中，apbp&為火電機(jī)組j的燃耗系數(shù)； 火電機(jī)組的啟動燃耗用以下指數(shù)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算：
其中，αρ^為機(jī)組啟動耗量常數(shù)；Xf(Z)為機(jī)組j在時(shí)間t己經(jīng)持續(xù)停運(yùn)的時(shí)間； τj為鍋爐的冷卻時(shí)間常數(shù)； 然后建立約束條件，包括： a) 電網(wǎng)功率平衡約束：保證水電優(yōu)先調(diào)度使用，水電和火電的總發(fā)電量必須滿足系統(tǒng) 總負(fù)荷的需求，
其中，Pw (t)為電網(wǎng)并網(wǎng)水電出力，pD (t)為電網(wǎng)負(fù)荷； b) 電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用約束：為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，維持系統(tǒng)供電的可靠性， 必須提供充足的旋轉(zhuǎn)備用，即在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，如果有機(jī)組停運(yùn)或臨時(shí)維護(hù)，其它機(jī)組必須 有足夠的備用容量來補(bǔ)充，
其中，歹,_(0為火電機(jī)組最大出力；SD(t)為電網(wǎng)備用； c) 火電機(jī)組最小啟停時(shí)間約束：用于避免火電機(jī)組頻繁的啟停；
其中，Iu為火電機(jī)組連續(xù)開機(jī)時(shí)間；1^_為火電機(jī)組連續(xù)停機(jī)時(shí)間； d) 火電機(jī)組有功出力約束：因?yàn)榛痣姍C(jī)組的有功出力有一定范圍，這是由機(jī)組自身特 性決定的，
其中，乙為火電機(jī)組運(yùn)行最小出力； e) 爬坡約束：因?yàn)槊颗_火電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)的出力增加和減少都有一定的幅度限 制，因此要考慮機(jī)組的爬坡率約束， Pj(t)_Pj(t-l) <RUj*Uj(t-l) Pj(t-1)-Pj(t) <Rdj*Uj(t) 其中，Ruj為火電機(jī)組向上爬坡斜率，Rdj為火電機(jī)組向下爬坡斜率； f) 環(huán)境約束：即排放的廢氣總量應(yīng)滿足環(huán)境保護(hù)的要求，不能超過排放許可，
其中，Vra2為單位火電發(fā)電量產(chǎn)生的C02排放量，Haj2為C02排放總量限制； 最后通過優(yōu)化計(jì)算得到火電機(jī)組的啟停和出力情況，因此統(tǒng)調(diào)火電最小出力Ptjlin(t)為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述算法，其特征在于，所述步驟5中電網(wǎng)的可調(diào)容量空間的計(jì)算公 式為： Peon(t) =Pl (t) - (Pwmin (t) +Ptmin (t) +Pe (t)) 式中：P_為電網(wǎng)可調(diào)峰容量空間此為系統(tǒng)負(fù)荷，即統(tǒng)調(diào)口徑；Pwjlin為統(tǒng)調(diào)水電最小 出力；PtJlin為統(tǒng)調(diào)火電最小出力；Pe為聯(lián)絡(luò)線輸入功率；t為時(shí)間步長。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述算法，其特征在于，所述步驟6包括： 首先計(jì)算風(fēng)力發(fā)電出力能力， Pwind(t) =Pw_install*Kw(t) 式中：Pwind為風(fēng)力發(fā)電出力能力；Pw_instaii為并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量；Kw為風(fēng)電同時(shí)率； 然后計(jì)算并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電出力， a) 如果Pcm⑴ > 0,并且PMn(t) >Pwind⑴，則： Pwind-in (t) - Pwind (t) b) 如果PMn(t) > 0,并且PMn(t) <Pwind(t)，則： Pwind-in⑴=Pcon ⑴ C)如果P_(t) < 0,則： Pwind_in(t) =〇 式中：Pwimun(t)為并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電出力； 最后采用逐時(shí)滾動的計(jì)算方法計(jì)算含水電資源豐富地區(qū)的省級電網(wǎng)全年較為精確的 棄風(fēng)量，計(jì)算公式如下：
式中：C1()St為系統(tǒng)全年棄風(fēng)量。
【文檔編號】G06Q50/06GK104463378SQ201410848668
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】盛鵾, 潘力強(qiáng), 文明, 何紅斌, 陳躍輝, 李湘華, 謝車輪, 周冠東, 王二林, 胡劍宇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司