本發(fā)明涉及電網(wǎng)規(guī)劃和運行領(lǐng)域，尤其是一種優(yōu)化安排能源基地外送通道的送電方法。
背景技術(shù)：
：碳排放流的核心理念在于電能生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的碳排放成本應(yīng)由用電環(huán)節(jié)承擔，從用戶側(cè)實現(xiàn)電力消費對應(yīng)碳排放的計量，以此明確各區(qū)域在存在電力交換情況下的低碳發(fā)展責任與貢獻。碳流分析為跨區(qū)電能的輸送貼上了“碳標簽”，重新界定碳排放成本的分配，有利于調(diào)動消費者的低碳積極性，從根本上促進低碳電力的發(fā)展。相關(guān)分析理念在國內(nèi)外及多個行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。以錫盟地區(qū)“風火互濟”送電至山東為例，采用傳統(tǒng)宏觀統(tǒng)計法時，送入電量均可視為減少了等量受端火電需發(fā)電量，由典型火電碳排放系數(shù)可計算受端實現(xiàn)的碳減排量，而采用碳排放流的分析理念時，送端僅風電的送入可對受端的碳減排做出貢獻，而火力發(fā)電所產(chǎn)生的碳排放將隨通道有功潮流“流動”至受端，計入受端系統(tǒng)的碳排放總量，由此不能計作低碳效益。采用碳排放流的分析及統(tǒng)計方法，可激發(fā)受端電網(wǎng)消納區(qū)外低碳電力的積極性，進而促進電力系統(tǒng)整體低碳化的發(fā)展。傳統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)化模型中，發(fā)電環(huán)節(jié)的決策變量均基于單臺機組，模型多為混合整數(shù)非線性類型，以0-1整數(shù)變量表示機組的擴展或啟停狀態(tài)，然而實際系統(tǒng)中已投運及待建機組數(shù)目較多，顯著增加了優(yōu)化模型復(fù)雜度及決策變量的個數(shù)。隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，各區(qū)域電網(wǎng)之間逐漸通過交、直流特高壓線路實現(xiàn)互聯(lián)。特高壓電網(wǎng)的建設(shè)一方面可以解決我國500kv電網(wǎng)輸電能力不足、輸電走廊緊張等問題，另一方面則是為了實現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)能源資源的優(yōu)化配置?，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)定運行。然而對于大型能源基地的送出線路，尤其是非化石能源基地直送負荷中心的特高壓線路，傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制模式不再滿足低碳發(fā)展模式的需求，需做進一步優(yōu)化探討。我國內(nèi)陸大部分地區(qū)受白天日照影響，離地30米以上高空風資源多呈現(xiàn)夜間風大、白天封校的特征，使得風電出力多具有反調(diào)峰特性。在風火互濟送出系統(tǒng)中，傳統(tǒng)功率控制模式不能充分適應(yīng)風電出力的波動性及反調(diào)峰特性，可能出現(xiàn)棄風，造成低碳資源浪費。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種優(yōu)化安排能源基地外送通道的送電方法，充分考慮系統(tǒng)風電消納的需求，在當前電力系統(tǒng)低碳化發(fā)展的趨勢下具有更強的靈活性和適用性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種優(yōu)化安排能源基地外送通道的送電方法，建立節(jié)能低碳發(fā)展的送點模式優(yōu)化模型，模型的決策變量由單個機組提升至一類型機組；將受端系統(tǒng)簡化為單個節(jié)點，忽略受端電網(wǎng)的網(wǎng)架及損耗，外區(qū)送電通道、受端各類型機組及負荷均接在同一節(jié)點；在發(fā)電機組投運計劃的基礎(chǔ)上，將各類機組各時刻的出力作為決策變量；對每一單位的碳排放均賦予一定的經(jīng)濟成本，并將其與系統(tǒng)的總運行成本相結(jié)合共同作為優(yōu)化目標；送受端系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化模型以系統(tǒng)的總運行成本最小為目標函數(shù)，系統(tǒng)的運行成本主要包括發(fā)電成本及碳排放成本，即：式中，ωt為優(yōu)化時段集合；ωk為機組類型集合；表示第k類機組的單位發(fā)電成本；cc表示單位碳排放的經(jīng)濟成本；ek表示第k類機組單位發(fā)電產(chǎn)生的碳排放；分別表示輸電通道送端和受端第k類機組在第t時刻的有功出力，上標e和i分別表示送端及受端系統(tǒng)；δt表示模型考慮的基本時間間隔。進一步地，輸電通道送端第k類機組在第t時刻的有功出力和輸電通道受端第k類機組在第t時刻的有功出力滿足的系統(tǒng)電力平衡約束條件為：式中，σl為輸電通道的線損率，dt為受端系統(tǒng)在第t時刻的負荷。進一步地，輸電通道第k類機組滿足的爬坡約束為：式中，分別為表示第k類機組升、降出力能力的爬坡率，上標max表示各類型機組的裝機容量。進一步地，對于火電、核電及具有一定調(diào)節(jié)能力的蓄水式水電站常規(guī)發(fā)電技術(shù)，其發(fā)電出力應(yīng)在機組的允許最低出力及最大裝機容量之間，即式中，上標min表示各類型機組的最小出力；對于風電、光伏及徑流式水電站非常規(guī)發(fā)電技術(shù)，其最小出力可降至零，最大出力則由一次資源條件決定，機組出力應(yīng)受可用資源限制，即式中，為對第k類機組在第t時刻可調(diào)度出力的預(yù)測值。進一步地，送電通道滿足的功率約束為式中，分別為t時刻輸電通道允許輸送的最大和最小功率值，由聯(lián)絡(luò)線功率交換計劃確定，fl,t為通道在第t時刻的送電功率；在模型中忽略送端能源基地本地負荷，認為所有機組出力均直接外送，則有本發(fā)明的有益效果是，1、相對于傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制模式，本發(fā)明所提出的送電模式優(yōu)化方法可以充分考慮系統(tǒng)風電消納的需求，在當前電力系統(tǒng)低碳化發(fā)展的趨勢下具有更強的靈活性和適用性；2)基于日前風功率預(yù)測曲線，通過優(yōu)化安排能源基地的送電模式，可充分利用受端系統(tǒng)的風電消納空間，促進送端風電的消納，可在降低系統(tǒng)發(fā)電成本的同時減少碳排放；3)送端能源基地僅能通過對送電模式的調(diào)整才能充分利用受端系統(tǒng)的風電消納空間，在一定的送電功率下，送端風電的消納受其配套火電裝機容量及調(diào)峰能力的影響。隨著風火裝機配比的減小，棄風比例減小，但風電消納電量也隨之減少，使得系統(tǒng)的運行成本及碳排放量增大。在一定的風火裝機配比下，火電調(diào)峰能力的增強可有效促進風電的消納。附圖說明圖1是本發(fā)明方法流程圖；圖2是負荷中心15min間隔的典型日負荷曲線；圖3是送端及受端風電的日前出力預(yù)測曲線；圖4是不同送電模式下送端風電出力對比；圖5是不同送電模式下送端對受端風電消納空間的利用情況；圖6是不同送電模式下系統(tǒng)的運行成本曲線圖；圖7是不同送電模式下系統(tǒng)的碳排放量曲線圖；圖8是不同送電模式下系統(tǒng)的棄風比例曲線圖；圖9是不同送端火電調(diào)峰系數(shù)對風電消納的影響。具體實施方式如圖1所示，一種優(yōu)化安排能源基地外送通道的送電方法，建立節(jié)能低碳發(fā)展的送點模式優(yōu)化模型，模型的決策變量由單個機組提升至一類型機組；將受端系統(tǒng)簡化為單個節(jié)點，忽略受端電網(wǎng)的網(wǎng)架及損耗，外區(qū)送電通道、受端各類型機組及負荷均接在同一節(jié)點；在發(fā)電機組投運計劃的基礎(chǔ)上，將各類機組各時刻的出力作為決策變量；對每一單位的碳排放均賦予一定的經(jīng)濟成本，并將其與系統(tǒng)的總運行成本相結(jié)合共同作為優(yōu)化目標。以錫盟至山東特高壓送電工程的規(guī)劃參數(shù)為基礎(chǔ)，對所提出的送受端系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化模型進行實例分析。預(yù)計山東省年度全社會最大用電負荷將達到80000mw，年平均日負荷率為0.88，最大峰谷差為20330mw。各類型電源的總裝機容量及調(diào)峰能力如表1所示，對除錫盟地區(qū)外的其它外區(qū)至山東送電通道按恒功率控制模式考慮，總送電功率計為12000mw。表1山東電網(wǎng)2015年電源裝機參數(shù)送端錫盟能源基地對山東送電的機組參數(shù)如表2所示。能源基地普遍規(guī)劃建設(shè)大容量的超臨界及超超臨界火電機組，機組具有較高的發(fā)電效率及較低的發(fā)電成本。為充分利用其高效率的發(fā)電優(yōu)勢，為其設(shè)定較小的調(diào)峰系數(shù)以減少機組出力的大幅波動。設(shè)定送端煤電的調(diào)峰深度為30％，即機組最小出力為額定容量的70％。特高壓送電通道的最大輸送容量為9000mw，規(guī)劃風火裝機配比為1:8。為充分分析送電模式的調(diào)整對送端風電消納的影響，考慮到錫盟地區(qū)的大規(guī)模風電及火電裝機，分析中在規(guī)劃方案的基礎(chǔ)上將送端風電裝機容量稍作擴展，風火接入容量比取為3:8。表2錫盟送電電源裝機參數(shù)碳排放成本取為100元/噸，特高壓輸電通道線損率取為2％。圖2所示為負荷中心15min間隔的典型日負荷曲線，最小負荷系數(shù)為81％。圖3所示為送端及受端風電的日前出力預(yù)測曲線，兩條曲線尤其是送端風電出力具有明顯的反調(diào)峰特性。優(yōu)化結(jié)果在給定系統(tǒng)負荷及風電出力預(yù)測曲線的基礎(chǔ)上，對不同送電模式下送受端系統(tǒng)的運行進行聯(lián)合優(yōu)化。從傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率控制模式、系統(tǒng)負荷特性及風電出力特性的角度出發(fā)考慮，設(shè)定三種典型的送電模式，其各時刻送電功率的標幺值如表3所示。送電模式0:00-8:308:30-21:0021:00-24:00恒功率0.880.880.88正調(diào)峰0.70.880.7反調(diào)峰1.00.81.0表3不同送電模式根據(jù)表3所示的各送電模式對錫盟地區(qū)及山東電網(wǎng)的運行進行聯(lián)合優(yōu)化。不同送電模式下送端風電實際出力曲線的對比如圖4所示。采用正調(diào)峰送電模式符合受端電網(wǎng)負荷變化的需求，有助于緩解負荷中心的調(diào)峰壓力，然而從圖4中可以看出，正調(diào)峰送電模式會造成送端錫盟地區(qū)大量的棄風，尤其是在夜間風電大發(fā)期間，送出容量及火電出力的限制使得風電的有效利用率僅為30％左右。與此相反，反調(diào)峰送電模式雖然加劇了負荷中心的調(diào)峰壓力，但與送端風電出力的變化較為一致，由此可充分消納送端風電，帶來顯著低碳效益。三種送電模式下送受端系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化運行結(jié)果的對比如表4所示。表4不同送電模式下系統(tǒng)的優(yōu)化運行結(jié)果對比由于在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中調(diào)整了送端的風火裝機比例，表4中的棄風比例并不反映錫盟地區(qū)的實際情況，然而從各種送電模式下系統(tǒng)優(yōu)化運行結(jié)果的對比可以看出，在滿足系統(tǒng)調(diào)峰等約束條件的情況下合理安排送電模式可有效減少送端棄風電量，減少系統(tǒng)的碳排放總量并降低系統(tǒng)的運行成本。結(jié)果分析為表征負荷中心對外區(qū)送入風電的消納能力，計算受端系統(tǒng)風電消納空間，其計算公式為：式中，ωk\w為除風電外的其它機組類型集合。計算表3中三種送電模式下送端系統(tǒng)對受端系統(tǒng)風電消納空間的利用情況，結(jié)果如圖5所示。圖5中灰色所示區(qū)域為受端系統(tǒng)對外區(qū)送入風電的消納空間，即在維持各類機組最低出力及充分消納本地風電的基礎(chǔ)上，仍可留給外區(qū)送入風電支撐的負荷。結(jié)合圖4及圖5所示曲線可以看出，反調(diào)峰及恒功率送電模式在風電大發(fā)期間充分利用了受端系統(tǒng)的風電消納空間，促進了送端系統(tǒng)風電的消納。正調(diào)峰送電模式則與此相反，該類型送電模式的執(zhí)行進一步增強了受端系統(tǒng)的調(diào)峰能力，但卻由于未能充分利用受端系統(tǒng)的風電消納空間，且受送端火電最小出力及通道最大送電功率的限制而使得送端大量棄風，造成低碳效益流失。由此可以看出，不同類型的送電模式在輔助受端系統(tǒng)調(diào)峰、促進全局風電消納等方面具有各自的優(yōu)勢和不足。為此，可根據(jù)系統(tǒng)機組調(diào)峰能力、負荷特性及日前風電出力預(yù)測曲線等優(yōu)化安排輸電通道的送電模式，在低碳發(fā)展的背景下優(yōu)化全局系統(tǒng)的運行，降低系統(tǒng)的運行成本。靈敏度分析不同風火裝機配比在前述算例分析的基礎(chǔ)上將送端風電與火電的裝機容量比在1:16～1:2之間調(diào)整，對具有不同配比的“風火互濟”送出系統(tǒng)分別進行優(yōu)化分析。對于反調(diào)峰送電模式，當風電裝機容量較少時，則不足以支撐如表3所示夜間為1.0p.u.的大規(guī)模送電需求，為此適當調(diào)整峰值送電計劃，使其充分滿足滿足風電的送出需求。恒功率及正調(diào)峰參數(shù)維持與表3一致不變。由此，得到各種送電模式下系統(tǒng)的運行成本、碳排放量及棄風比例的變化如圖6至圖8所示。如圖6至圖8所示，隨著風火裝機配比的增大，系統(tǒng)消納的風電增多，使得系統(tǒng)的運行成本不斷降低，但降低趨勢隨著系統(tǒng)調(diào)峰能力的限制逐漸趨于緩和；由于風電對火電的替代作用，系統(tǒng)的碳排放量與運行成本具有類似的變化趨勢；由于系統(tǒng)調(diào)峰能力及送出通道容量的限制，棄風比例則隨著風火裝機配比的增大而升高，尤其是在正調(diào)峰送電模式下，由于未能充分利用受端系統(tǒng)的風電消納空間，使得其棄風比例居高不下，反調(diào)峰送電模式則利用了受端系統(tǒng)的風電消納空間，使得在3:8以下風火裝機配比的情況下，送端系統(tǒng)的風電均可完全消納，而當風火配比進一步升高時，由于輸電通道容量的限制開始出現(xiàn)棄風現(xiàn)象。送端火電調(diào)峰能力的影響在一定的送電功率下，送端對風電的消納能力受其配套火電出力調(diào)節(jié)能力的顯著影響。以恒功率送電模式為例，在表1～表3所示數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上在10％～50％范圍內(nèi)調(diào)整送端火電的調(diào)峰系數(shù)，得到送端棄風比例的變化如圖9所示。從圖9可以看出，隨著送端火電調(diào)峰系數(shù)的增大，其對當?shù)仫L電的消納能力增強，提高了風電的消納比例。這是由于在固定的送電功率下，送端風電無法進一步獲取更大的受端系統(tǒng)風電消納空間，僅能通過火電出力的調(diào)節(jié)才能得以消納。若需進一步利用受端系統(tǒng)的風電消納空間，則需對輸電通道的送電功率及模式進行調(diào)整。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。當前第1頁12