直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法技术

一种直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，当风电基地送端平衡区域电网AW不能消纳规划容量下的风电时，寻求潜在受端平衡区域电网Ai，利用高压直流外送通道构建更大的风电平衡区域电网A，保证其规划容量下风电的全额并网。具体为：1，建立风电平衡区域电网A广义电力负荷及电源约束下的负荷特征评估指标体系；2，计算风电平衡区域电网A负荷及其对应广义电力负荷的主导特征指标γ；3，基于风电平衡区域电网A主导特征指标γ、调节裕度Pm与直流外送通道建设费用Cd综合确定潜在受端平衡区域电网Ai；4，在风电平衡区域电网A加入一定比例的储能，基于主导特征指标γk、调节裕度Pmk和建设成本Ck综合确定潜在受端平衡区域电网Ai，最终确定风电平衡区域电网优化划分的理想方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统的规划方法，特别涉及一种直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法。
技术介绍
受制于风电出力时变特性与在线电网资产改变的滞后性等因素，高穿透风电功率往往在本区电网难以消纳，风电基地停摆弃风情况时常发生。迄今为止，研究人员已提出了多种解决方法，可概括为以下两种：(1)负荷端通过峰谷电价、分时电价、电动汽车、风电蓄热，采矿、金属冶炼、石油加工、制氢等大用户直接消纳风电等本地负荷空间的培育以及需求侧管理，平滑负荷出力以及减小负荷峰谷差来间接提高风电消纳能力；(2)电源端通过优化电源结构和布局，配置一定比例的抽水蓄能、压缩空气储能与钠硫电池等的化学储能平抑风电出力波动来提高风电消纳能力。但是，风电基地多集中于经济欠发达地区，本地负荷提升效果欠佳；储能多是以单一或混合类型的储能装置平抑单一风电场的出力波动，弱化了储能对系统的辅助服务功能，且相关研究很少将(1)和(2)中的措施方法有效结合起来。2015年3月，国家能源局发布的《关于做好2015年度风电并网消纳有关工作的通知》明确提出：统筹做好“三北”地区风电的就地利用和外送基地的规划工作。2016年2月，国家能源局发布的《关于做好“三北”地区可再生能源消纳工作的通知》也提出：电力交易和调度机构应在保证安全和输电容量允许范围内，根据市场需求情况，按交易规则组织外送富裕的可再生能源电力，扩大消纳范围。当前各平衡区域电网发电量与用电量基本维持平衡，很少与外部电网进行交换。如何扩大风电基地所在的平衡区域电网，从规划层面通过平衡区域电网优化划分来提高风电消纳能力成为目前亟待解决的难题。国内外大量研究在充分利用方法(1)和(2)提高风电消纳能力方面，都是在风电确定条件下研究负荷需求响应及储能对风电的提升作用，如文献1(宋艺航，谭忠富，李欢欢，等.促进风电消纳的发电侧、储能及需求侧联合优化模型[J].电网技术，2014，38(3):610-615.)就是借助TOU与储能系统优化负荷分布减小负荷峰谷差，从而在负荷低谷接纳更多的风电。但是从规划层面计及储能通过平衡区域电网的划分来提高风电消纳能力的文献研究几近空白，文献2(张川，杨雷，牛童阳，等.平抑风电出力波动储能技术比较及分析[J].电力系统保护与控制，2015，43(7):149-154.)对用来平抑风电波动的化学电池、氢燃料电池、超导体储能、飞轮、压缩空气、电容器、抽水蓄能电站和电网等储能设备或系统进行技术与经济对比，得出电网才是唯一可聚集巨大调节能力的储能系统，也是目前最经济高效的储能系统。利用直流外送通道构建坚强智能互联电网扩大风电基地平衡区域范围，充分利用大电网弹性调节能力，同时考虑设备形态电网级储能的影响，就可最大限度的提高风电消纳能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是打破风电基地停摆弃风、并网消纳难的困境，提出一种直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，以实现在电网安全稳定的情况下，以最小的代价保证风电基地可开发利用的风电装机容量全额并网。本专利技术直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其基本原则是在安全经济的前提下，当风电基地所在的送端平衡区域电网AW不能消纳一定规划容量下的风电时，寻求另一具有富裕消纳风电空间的潜在受端平衡区域电网Ai，直至能够完全消纳此水平下的风电出力。本专利技术利用高压直流外送通道构建大的风电平衡区域电网A，充分依靠大电网弹性互济调节能力，保证风电基地规划容量下风电全额并网。为寻求符合条件的理想潜在受端平衡区域电网Ai，本专利技术基于电源约束下的可消纳负荷特征参数，当负荷在一定范围内变化，同时满足对应的评估指标体系时，平衡区域电网调度通过不同的电源开机方式组合，在不同时间尺度上都能确保功率的实时动态平衡与电网的安全稳定，这也是电网规划中电源规划必须满足的条件之一；反之，只要平衡区域电网负荷与广义电力负荷的发展趋势一致，即满足表征负荷的所有特征指标，平衡区域电网调度通过不同电源机组的启停组合都能满足在一定充裕度下减小或消除负荷波动带来的影响。为此本发明提出用负荷主导特征指标γ反映适宜风电基地富裕风电外送的潜在受端平衡区域电网Ai，同时兼顾潜在受端平衡区域电网Ai的系统调节能力及直流外送通道的建设成本，优化划分风电平衡区域电网A，最大限度的提高风电消纳能力。为达到上述目的，本专利技术采用技术方案是：步骤1，确定电源约束下的负荷特征评估指标体系及风电平衡区域电网A的广义电力负荷。(1)结合风电历史数据，采用风电功率预测方法，预测风电基地不同规划容量下时序风电出力P'W，t，在负荷历史运行数据的基础上利用蒙特卡洛模拟方法预测风电基地送端平衡区域电网AW的时序负荷PL，t；(2)根据风电基地送端平衡区域电网AW的电网资产约束，确定风电基地不同开发容量下需要外送的风电序列值PW，t；(3)依据步骤(2)中的外送风电序列值PW，t，对潜在受端平衡区域电网Ai进行随机组合，共有种潜在平衡区域电网的扩展方案，其中m为可供选择的潜在受端平衡区域电网Ai的个数，n为所选方案的潜在受端平衡区域电网Ai的个数，且n≤m；(4)在负荷历史运行数据的基础上，利用蒙特卡洛模拟方法预测每一种平衡区域电网扩展方案下的风电平衡区域电网A时序负荷PLk，t，将外送风电序列值PW，t视为负值负荷与风电平衡区域电网A时序负荷PLk，t叠加，得到每一种扩展方案下风电平衡区域电网A的广义电力负荷PGPLk；(5)建立电源约束下的负荷特征评估指标体系，鉴于电力系统负荷以日为周期有规律地变化，在曲线类指标中选取风电平衡区域电网A的日持续负荷曲线；描述类指标选取风电平衡区域电网A的日最大负荷PLmax、日最小负荷PLmin与日负荷峰谷差ΔPL；比较类指标选取风电平衡区域电网A负荷的日峰谷差率RL与日负荷波动率f，其计算公式分别为：ΔPL＝PLmax-PLmin(1)RL＝PLmax-PLmin/PLmax(2) f L k = σ / P L ‾ - - - ( 3 ) ]]>其中，σ为风电平衡区域电网A日负荷序列标准差；为风电平衡区域电网A日负荷序列的平均值。步骤2，确定风电平衡区域电网A主导特征指标γ，判断风电平衡区域电网A的负荷及其对应的广义电力负荷发展趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其特征在于，所述的方法为：当风电基地所在的送端平衡区域电网AW不能消纳一定规划容量下的风电时，寻求另一具有富裕消纳风电空间的潜在受端平衡区域电网Ai，利用高压直流外送通道构建更大的风电平衡区域电网A，依靠大电网弹性互济调节能力，保证风电基地规划容量下风电全额并网，消纳此水平下的风电出力。

【技术特征摘要】
1.一种直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其特征在于，所述的方法为：
当风电基地所在的送端平衡区域电网AW不能消纳一定规划容量下的风电时，寻求另一具有
富裕消纳风电空间的潜在受端平衡区域电网Ai，利用高压直流外送通道构建更大的风电平衡
区域电网A，依靠大电网弹性互济调节能力，保证风电基地规划容量下风电全额并网，消纳
此水平下的风电出力。
2.根据权利要求1所述的直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其特征在于，
所述的方法的具体步骤为：
步骤1，建立电源约束下的负荷特征评估指标体系及风电平衡区域电网A的广义电力负
荷；
步骤2，计算风电平衡区域电网A中负荷及其对应广义电力负荷的主导特征指标γ，以
此寻找匹配风电基地送端平衡区域电网AW的潜在受端平衡区域电网Ai；
步骤3，计算风电平衡区域电网A的调节裕度Pm与直流外送通道的建设成本Cd；潜在
受端平衡区域电网Ai的选择基于主导特征指标γ、风电平衡区域电网A的调节裕度Pm与直流
外送通道的建设费用Cd综合确定；
步骤4，在风电基地送端平衡区域电网AW、受端平衡区域电网Ai和送端平衡区域电网AW与受端平衡区域电网Ai分别加入一定比例不同技术类型的储能系统，重新执行步骤1、步骤
2与步骤3，基于主导特征指标γk、调节裕度Pmk和建设成本Ck，综合确定潜在受端平衡区
域电网Ai，其中建设成本C由直流外送通道的建设费用Cd与储能成本CSd共同决定。
3.根据权利要求2所述的直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其特征在于，
所述步骤1建立电源约束下的负荷特征评估指标体系及风电平衡区域电网A的广义电力负荷
的方法为：
(1)结合风电历史数据，采用风电功率预测方法，预测风电基地不同规划容量下时序
风电出力P'W，t，在负荷历史运行数据的基础上利用蒙特卡洛模拟方法预测风电基地送端平衡
区域电网AW的时序负荷PL，t；
(2)根据风电基地送端平衡区域电网AW的电网资产约束，确定风电基地不同规划容
量下需要外送的风电序列值PW，t；
(3)依据步骤(2)中的外送风电序列值PW，t，对受端平衡区域电网Ai进行随机组合，
共有种平衡区域电网扩展方案，其中m为可供选择的受端平衡区域电网Ai的个数，n
为所选方案受端平衡区域电网Ai的个数，且n≤m；
(4)在负荷历史运行数据的基础上，利用蒙特卡洛模拟方法预测每一种平衡区域电网
扩展方案下的风电平衡区域电网A时序负荷PLk，t，将外送风电序列值PW，t视为负值负荷与
风电平衡区域电网A时序负荷PLk，t的叠加，得到每一种扩展方案下平衡区域电网A的广义电
力负荷PGPLk；
(5)建立电源约束下的负荷特征评估指标体系，鉴于电力系统负荷以日为周期有规律
地变化，在曲线类指标中选取风电平衡区域电网A的日持续负荷曲线；描述类指标选取风电
平衡区域电网A的日最大负荷PLmax、日最小负荷PLmin与日负荷峰谷差ΔPL；比较类指标选取
风电平衡区域电网A负荷的日峰谷差率RL与日负荷波动率f，其计算公式分别为：
ΔPL＝PLmax-PLmin(1)
RL＝PLmax-PLmin/PLmax(2)
f = σ / P L ‾ - - - ( 3 ) ]]>其中，σ为风电平衡区域电网A日负荷序列标准差；为风电平衡区域电网A日负荷序
列的平均值。
4.根据权利要求2所述的直流外送风电基地平衡区域电网优化划分方法，其特征在于，
所述步骤2计算风电平衡区域电网A中负荷及其对应广义电力负荷的主导特征指标γ，是采
用灰色关联法中的斜率关联度对风电平衡区域电网A的负荷及其对应的广义电力负荷发展
趋势的紧密程度做出判断，以此寻找并判断匹配风电基地送端平衡区域电网AW的潜在受端
平衡区域电网Ai，风电平衡区域电网A中负荷及其对应广义电力负荷的主导特征指标γ的计
算公式为：
γ = Σ t = 1 N - 1 β t 1 + | ΔP L t σ L - ΔP G P L t σ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张增强，袁铁江，吕盼，康玉函，梅生伟，宋新甫，彭超锋，王洪涛，徐龙秀，付高善，周专，关洪浩，辛超山，许叶林，安琪，刘明红，刘卫，张磊，王彦鹏，
申请(专利权)人：国网新疆电力公司经济技术研究院，新疆大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65