一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法。本發(fā)明提出了接納能力分析模型，可分析新能源接納能力的限制因素，如調(diào)峰調(diào)頻，線路潮流約束等，根據(jù)不同限制因素導(dǎo)致的新能源棄電量，可識(shí)別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。本發(fā)明建立了基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估框架，考慮了運(yùn)行方式變化，負(fù)荷波動(dòng)，新能源波動(dòng)，水電出力安排，元件故障，機(jī)組檢修等系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的因素，可為規(guī)劃人員提供新能源棄電量，新能源發(fā)電量，新能源接納能力值等評(píng)價(jià)指標(biāo)，本發(fā)明按照充分利用水電水量的原則對(duì)水電出力進(jìn)行安排，充分發(fā)揮水電的調(diào)峰作用，相比之前的評(píng)估方法更加全面。
【專利說明】一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源接納能力評(píng)估領(lǐng)域，尤其是一種從規(guī)劃角度評(píng)估主網(wǎng)對(duì)大規(guī)模新能源的接納能力的基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展清潔的可再生新源是解決環(huán)境問題和能源制約問題的有效解決方法之一，也是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。近幾年，新能源發(fā)電發(fā)展迅速，裝機(jī)容量快速上升。因?yàn)樾履茉窗l(fā)電綠色環(huán)保且可再生，所以電網(wǎng)應(yīng)盡可能的消納新能源的功率和電量。
[0003]新能源普遍具有能量密度低、分布廣、間歇性和波動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，這給電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行了帶來巨大挑戰(zhàn)。對(duì)主網(wǎng)來說，大規(guī)模的風(fēng)、光電廠接入系統(tǒng)會(huì)引起調(diào)頻問題、調(diào)峰問題、電力電量消納問題和系統(tǒng)潮流大幅變化等問題。因此有必要研究如何評(píng)估電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力。
[0004]目前對(duì)新能源接納能力的評(píng)估方法主要包括基于電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的接納能力評(píng)估、基于經(jīng)濟(jì)調(diào)度的接納評(píng)估、基于穩(wěn)定的系統(tǒng)接納能力評(píng)估等。但這些方法只考慮了部分影響因素，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí)序變化沒有計(jì)及，因而有待進(jìn)一步完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有評(píng)估方法的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法。本發(fā)明是一種考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí)序變化的新能源接納能力評(píng)估方法，可分析設(shè)備檢修，元件故障，負(fù)荷波動(dòng)，新能源出力的隨機(jī)性，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及調(diào)峰調(diào)頻約束對(duì)新能源接納能力的影響，可分析不同約束對(duì)系統(tǒng)接納新能源的約束作用，識(shí)別系統(tǒng)接納新能源的薄弱環(huán)節(jié)，并提出新能源接納能力的評(píng)估指標(biāo)，為電力系統(tǒng)規(guī)劃提供指導(dǎo)。
[0006]本發(fā)明的基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，包括以下步驟:
[0007]I)輸入負(fù)荷、線路、發(fā)電機(jī)組信息等原始數(shù)據(jù)，定義最大模擬年份Nmax與收斂標(biāo)準(zhǔn)；
[0008]2)模擬年次數(shù)K=I;
[0009]3)根據(jù)等備用原則安排機(jī)組檢修，抽樣得到以下元件的時(shí)序狀態(tài)，包括時(shí)序負(fù)荷、火電機(jī)組和線路的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間、新能源時(shí)序出力，按照充分利用水電水量的原則安排水電的時(shí)序出力；
[0010]4)模擬小時(shí)數(shù)T = O;
[0011]5)對(duì)時(shí)刻T的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，求解接納能力分析模型，如果模型存在最優(yōu)解，則統(tǒng)計(jì)可接納的新能源出力與對(duì)應(yīng)成本，進(jìn)入步驟7)，否則進(jìn)入步驟6)；
[0012]6)判斷限制新能源接納的因素；
[0013]7)如果 T < 8760，T = T+1，進(jìn)入步驟 5)，否則 K = K+1 ；
[0014]8)如果K等于最大模擬年份Nmax,而且每月的新能源接納能力已滿足收斂條件，進(jìn)入步驟9)，否則繼續(xù)進(jìn)入下一年的狀態(tài)評(píng)估并進(jìn)入步驟3)；[0015]9)統(tǒng)計(jì)并輸出所有新能源接納能力的計(jì)算指標(biāo)。
[0016]本發(fā)明建立了基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估框架，考慮了運(yùn)行方式變化，負(fù)荷波動(dòng)，新能源波動(dòng)，水電出力安排，元件故障，機(jī)組檢修等系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的因素，可為規(guī)劃人員提供新能源棄電量，新能源發(fā)電量，新能源接納能力值等評(píng)價(jià)指標(biāo)，相比之前的評(píng)估方法更加全面。本發(fā)明按照充分利用水電水量的原則對(duì)水電出力進(jìn)行安排，充分發(fā)揮水電的調(diào)峰作用。本發(fā)明提出了接納能力分析模型，可分析新能源接納能力的限制因素，如調(diào)峰調(diào)頻，線路潮流約束等，根據(jù)不同限制因素導(dǎo)致的新能源棄電量，可識(shí)別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估框架。
[0018]圖2水電位置安排示意圖。
[0019]圖3水電出力安排過程。
[0020]圖4系統(tǒng)狀態(tài)圖。 [0021]圖5新能源接納能力分布柱狀圖。
[0022]圖6新能源接納能力累積概率分布。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明是一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，包括狀態(tài)選擇，狀態(tài)評(píng)估，結(jié)果統(tǒng)計(jì)三部分，具體分為以下步驟:
[0024]?狀態(tài)選擇:對(duì)機(jī)組檢修進(jìn)行安排，形成系統(tǒng)不同元件的時(shí)序出力模型，包括時(shí)序負(fù)荷出力，線路運(yùn)行/故障狀態(tài)序列，新能源時(shí)序出力，水電機(jī)組時(shí)序出力，火電機(jī)組開機(jī)狀態(tài)。其中水電出力按照充分利用水電水量的原則進(jìn)行安排。
[0025]?狀態(tài)評(píng)估:在不同元件時(shí)序出力的基礎(chǔ)上組合而成系統(tǒng)狀態(tài)序列，對(duì)不同的系統(tǒng)時(shí)序狀態(tài)執(zhí)行新能源接納能力分析模型進(jìn)行評(píng)估，目標(biāo)為運(yùn)行成本最小，變量為火電機(jī)組出力，約束包括調(diào)峰約束、調(diào)頻約束、線路潮流約束、功率平衡約束。如果評(píng)估的結(jié)果是系統(tǒng)不能接納現(xiàn)有新能源出力，則依次去除不同的約束以判斷系統(tǒng)限制新能源接納的因素。
[0026]?結(jié)果統(tǒng)計(jì):統(tǒng)計(jì)新能源接納能力的評(píng)估指標(biāo)，包括不同限制因素導(dǎo)致的新能源棄電量，新能源發(fā)電量，新能源接納能力值等。
[0027]本發(fā)明新能源接納能力的評(píng)估流程如圖1所示，具體步驟如下:
[0028]I)輸入負(fù)荷、線路、發(fā)電機(jī)組信息等原始數(shù)據(jù)，定義最大模擬年份Nmax與收斂標(biāo)準(zhǔn)；
[0029]2)模擬年次數(shù)K=I;
[0030]3)根據(jù)等備用原則安排機(jī)組檢修，抽樣得到以下元件的時(shí)序狀態(tài)，包括時(shí)序負(fù)荷、火電機(jī)組和線路的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間、新能源時(shí)序出力，按照充分利用水電水量的原則安排水電的時(shí)序出力。水電出力的安排過程如下:
[0031]本發(fā)明中將水電機(jī)組的出力分為兩部分，一部分為強(qiáng)迫出力，即水電站為保證下游供水，所要求的一定水流量下水電機(jī)組的出力，另一部分為水電站的可調(diào)出力，第一部分出力可承擔(dān)系統(tǒng)的基荷，對(duì)第二部分出力采用二分搜索法尋找其在系統(tǒng)時(shí)序負(fù)荷曲線上的工作位置和工作容量，為體現(xiàn)水電對(duì)新能源接納的作用，此處使用的時(shí)序負(fù)荷曲線為實(shí)際時(shí)序負(fù)荷曲線與新能源的時(shí)序出力曲線的差值，并將其定義為等效時(shí)序負(fù)荷曲線。每次安排完一臺(tái)水電機(jī)組出力后，則對(duì)等效時(shí)序負(fù)荷曲線進(jìn)行修正，從系統(tǒng)時(shí)序負(fù)荷曲線上扣除上一臺(tái)水電機(jī)組的工作出力。每臺(tái)機(jī)組詳細(xì)的安排過程介紹如下。
[0032]假設(shè)我們已經(jīng)按一定的順序在系統(tǒng)等效時(shí)序負(fù)荷曲線圖上安排了前i_l個(gè)水電機(jī)組的工作位置，并且從系統(tǒng)時(shí)序負(fù)荷曲線上扣除了前i_l個(gè)水電機(jī)組工作出力后系統(tǒng)的修正時(shí)序負(fù)荷曲線如圖2所示，其中:Ρ^系統(tǒng)修正時(shí)序負(fù)荷，Ptax-負(fù)荷的最大值，P^a-水電機(jī)組在系統(tǒng)修正時(shí)序負(fù)荷曲線上的工作位置，P0ut-水電機(jī)組實(shí)際最大出力。
[0033]若已知第i個(gè)水電機(jī)組的可調(diào)出力和一段時(shí)期內(nèi)的可調(diào)電量分別為PH,pEy，則采用二分法確定水電機(jī)組i在系統(tǒng)修正時(shí)序負(fù)荷曲線上的工作位置的步驟如下:
[0034]a)令水電機(jī)組i在系統(tǒng)修正時(shí)序負(fù)荷曲線上的工作位置Pkxa，上限Xi2及下限Xil的初值為
[0035]PLoca = PLmax，Xj2 = PL—，Xii = O (11)
[0036]其中Ptaax為系統(tǒng)某段時(shí)間內(nèi)的最大負(fù)荷。
[0037]其工作出力的初值PQut，上限Pi2及下限Pil為
[0038]P0ut — PH, i，Pi2 — Ph, i，?ii — O (12)
[0039]b)計(jì)算修正時(shí)序負(fù)荷曲線圖上Pkjca到P^-Ptxit之間的面積Ei,即水電機(jī)組i工作于修正時(shí)序負(fù)荷曲線上Xil到Xi2位置時(shí)的發(fā)電量，若Ei > Eh,i時(shí)轉(zhuǎn)到步驟c)，若Ei < Eh,i;則轉(zhuǎn)到步驟d)；
[0040]c)若Ei與Eh,i之間的差值小于一定范圍，則認(rèn)為結(jié)果收斂，轉(zhuǎn)到步驟e)，否則若Ei> Eh, i，則令 Pi2 = P0ut，P0ut = (Pn+Pi2) /2，若 Ei < Eh, i，則 Pil = P0ut，P0ut = (Pn+Pi2) /2，計(jì)算修正時(shí)序負(fù)荷曲線圖上P^a到P^a-Ptxit之間的面積Ei,回到步驟c)；
[0041]d)若Ei與Eh, i之間的差值小于一定范圍，則認(rèn)為結(jié)果收斂，轉(zhuǎn)到步驟e)，若Ei >Bh, i，則 Xil = PLocaJ Ploc3 = (XiI+Xi2) /2，若 Ei < Eh, i，則 Xi2 = PLoca, PLoca = (Xn+Xi2) /2，計(jì)算修正時(shí)序負(fù)荷曲線圖上P^a到Ρ_-Ρ_之間的面積Ei,回到步驟d)；
[0042]e)得到水電機(jī)組相應(yīng)的工作位置及時(shí)序水電機(jī)組出力。
[0043]按照此流程可逐個(gè)安排水電機(jī)組的出力，考慮到水電電量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性問題，水電的出力過程安排是以月或周為單位。
[0044]4)模擬小時(shí)數(shù)T = O;
[0045]5)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，求解接納能力分析模型，如果模型存在最優(yōu)解，則統(tǒng)計(jì)可接納的新能源出力與對(duì)應(yīng)成本，進(jìn)入步驟7)，否則進(jìn)入步驟6)。
[0046]接納能力分析模型的目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)運(yùn)行成本和新能源棄電量最小，即
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于包括以下步驟: 1)輸入負(fù)荷、線路、發(fā)電機(jī)組信息原始數(shù)據(jù)，定義最大模擬年份Nmax與收斂標(biāo)準(zhǔn)； 2)模擬年次數(shù)K=I; 3)根據(jù)等備用原則安排機(jī)組檢修，抽樣得到以下元件的時(shí)序狀態(tài)，包括時(shí)序負(fù)荷、火電機(jī)組和線路的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間、新能源時(shí)序出力，按照充分利用水電水量的原則安排水電的時(shí)序出力； 4)模擬小時(shí)數(shù)T= O5 5)對(duì)時(shí)刻T的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，求解接納能力分析模型，如果模型存在最優(yōu)解，則統(tǒng)計(jì)可接納的新能源出力與對(duì)應(yīng)成本，進(jìn)入步驟7)，否則進(jìn)入步驟6)； 6)判斷限制新能源接納的因素； 7)如果T< 8760，T = T+1，進(jìn)入步驟5)，否則K = K+1 ； 8)如果K等于最大模擬年份Nmax,而且每月的新能源接納能力已滿足收斂條件，進(jìn)入步驟9)，否則繼續(xù)進(jìn)入下一年的狀態(tài)評(píng)估并進(jìn)入步驟3)； 9)統(tǒng)計(jì)并輸出所有新能源接納能力的計(jì)算指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于考慮電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的時(shí)序變化，能分析設(shè)備檢修，元件故障，負(fù)荷波動(dòng)，新能源出力的隨機(jī)性，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及調(diào)峰調(diào)頻約束對(duì)新能源接納能力的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于將水電機(jī)組的出力分為兩部分，一部分為強(qiáng)迫出力，用來承擔(dān)系統(tǒng)的基荷；另一部分為水電站的可調(diào)出力，采用二分搜索法尋找其在系統(tǒng)時(shí)序負(fù)荷曲線上的工作位置和工作容量，為體現(xiàn)水電對(duì)新能源接納的作用，此處使用的時(shí)序負(fù)荷曲線為實(shí)際時(shí)序負(fù)荷曲線與新能源的時(shí)序出力曲線的差值，并將其定義為等效時(shí)序負(fù)荷曲線，每次安排完一臺(tái)水電機(jī)組出力后，則對(duì)等效時(shí)序負(fù)荷曲線進(jìn)行修正，從系統(tǒng)時(shí)序負(fù)荷曲線上扣除上一臺(tái)水電機(jī)組的工作出力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估時(shí)，求解接納能力分析模型，接納能力分析模型的目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)運(yùn)行成本最小和新能源棄電量最小，約束包括:節(jié)點(diǎn)功率平衡約束，調(diào)峰約束，調(diào)頻約束，線路潮流約束，新能源棄電量的約束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于上述系統(tǒng)運(yùn)行成本和切新能源量最小的目標(biāo)函數(shù)為:
N
1*1 式中: N-火電機(jī)組數(shù)； Pi, t-火電機(jī)組i在t時(shí)段的出力； Cpii(Piit)-火電機(jī)組i的運(yùn)行費(fèi)用；一般機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用取為功率的二次函數(shù)形式，如下式所示:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于接納能力分析模型的最優(yōu)解保證同時(shí)取得成本最小與新能源出力切除功率最小，如果切除功率為0，模型的最優(yōu)解即為系統(tǒng)最小的運(yùn)行成本；如果切除功率大于0，假設(shè)存在一個(gè)更大的運(yùn)行成本與更小的切除功率；在切除功率更小時(shí)，火電承擔(dān)的負(fù)荷更小，將導(dǎo)致運(yùn)行成本的降低，因此與假設(shè)矛盾，所以接納能力分析模型的最優(yōu)解能同時(shí)保證取得成本與新能源切除功率最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于:判斷限制新能源接納的因素，包括線路潮流約束，爬坡率約束，調(diào)峰能力約束；判定的方法是依次消除對(duì)應(yīng)的約束方程，然后對(duì)接納能力分析模型求解，若在去除某項(xiàng)約束后，模型存在最優(yōu)解，則 可判定這項(xiàng)約束為當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)下新能源接納能力的主要約束原因。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)序蒙特卡羅模擬的新能源接納能力評(píng)估方法，其特征在于提出評(píng)估新能源接納能力的指標(biāo)，包括新能源接納能力值的分布，不同原因?qū)е碌男履茉礂夒娏?，系統(tǒng)接納新能源的發(fā)電量。
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK104037790SQ201410219466
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】金小明, 別朝紅, 李蓉蓉, 寧光濤, 孫燦, 楊柳, 胡源, 張東輝, 高玉潔 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 西安交通大學(xué), 海南電網(wǎng)公司