一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法技术

本发明专利技术涉及能源电力规划领域，公开了一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法，包括以下步骤：获取电源现状及发展相关数据、电网现状及发展相关数据、发电能源资源禀赋相关数据、能源电力发展政策相关数据，获取规划期最大负荷数据，获取规划期风速、光照强度、负荷全年小时级数据；聚类构建风光荷联合场景集；构建多区域、多场景能源电力发展规划模型；求解规划模型；确定电源建设、电力流方案及运行统计信息。本发明专利技术基于多区域、多场景的研究思路，既能满足多区域互联发展规划研究需求，也能通过多场景的方式实现能源电力规划与运行的适度耦合，提高了高比例可再生能源电力发展规划研究实用性，有助于能源电力发展主管部门科学决策。

An energy power planning method suitable for the development of high proportion renewable energy

The invention relates to the field of energy planning, discloses a suitable for the development of renewable energy high proportion of energy and electricity planning method comprises the following steps: obtaining the status quo and development of relevant data, the present situation and development of power grid data, energy resources endowment related data, power energy and power development policy related data acquisition, planning period of maximum load data and get the planning period of wind speed, light intensity, load hourly data; build scenery bearing joint clustering scenario set; construct multi regional, multi scenario planning model for energy and power development planning; model; determine the power construction, power flow scheme and operation statistics. The invention of multi regional, multi scene based, which can meet the needs of multi area interconnected development planning research, but also through the multi scene mode to realize the moderate coupling of planning and operation of energy power, improve the high proportion of renewable energy power development planning of practical research, contribute to the development of scientific decision-making departments of power energy.

【技术实现步骤摘要】
一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法
本专利技术涉及能源电力规划领域，具体涉及一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法。
技术介绍
面对日益严峻的气候和环境问题，过去的高消耗、高排放的能源发展模式已难以为继，建立以可再生能源为主体的能源供应体系、实现能源清洁低碳转型发展成为大势。由于清洁能源主要转化为电力使用，某种意义上，电力行业不仅处在能源转型的重要位置，也是推动转型的关键环节，并在一定程度上决定转型的效果及成败。高比例可再生能源电力系统区别于常规电力系统的最大不同点是：风电、太阳能发电广泛而大规模地接入电力系统，发电的随机性与波动性致使电力系规划面临新的挑战。具体来讲，一方面，以传统的净持续负荷曲线为基础的投资决策方法已不适用；另一方面，要分析可再生能源、灵活性资源等运行层面影响，必须要开展细时间尺度运行分析。目前已有学者开展了能源电力规划方法的研究，取得了一定成果。有研究者提出了源网荷综合规划模型，计及各环节主要要素对电力系统规划方案的影响，优化确定最佳的电源和电网扩展规划方案；有学者考虑区域需求与资源差异以及相邻区域间电力交换需求，提出了多区域电源规划模型，并在此基础上，进一步考虑区间输电通道容量和长距离跨区输电需求，提出了基于电网网架结构的多区域电源及电力流规划模型；有学者提出了多区域、多能源、多维度的新型电力规划及生产模拟模型，通过迭代的方式将规划与运行衔接在一起，以实现中远期可再生能源发展路径研究。总结而言，现有部分模型和方法将可再生能源作为传统电源对待，并未深入分析高比例可再生能源对电力系统规划与运行的影响；部分方法虽提及高比例可再生发电占比，但仍然忽视了规划与运行的耦合；还有部分方法虽提出了规划及运行模拟一体化模型，但运行模拟对未来电力系统信息要求过于复杂，实用化程度欠佳。有鉴于此，如何在计及高比例可再生能源运行对规划影响的同时，聚焦在中远期能源电力发展规划上，仍然是一个待解决的难题。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出的一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法，所述规划方法包括以下步骤：S1、获取电源现状及发展相关数据、电网现状及发展相关数据、发电能源资源禀赋相关数据与能源电力发展政策相关数据；获取规划期最大负荷数据；获取规划期风速、光照强度、负荷全年小时级数据；其中，电源现状及发展相关数据包括各类电源现役机组的容量、投产年份、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数，规划期新增机组的容量范围、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量造价、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数、单位容量残值系数，对于储能还包括最大或最小存储容量系数、初始存储容量系数、发电效率和蓄能效率；电网现状及发展相关数据包括跨省或区输电现役通道的容量、输电距离、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用，规划期新增输电通道的容量范围、输电距离、最大或最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离造价、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用；发电能源资源禀赋相关数据包括各类发电能源规划期生产量、调入量、调出量、进口量、其他行业使用量、最大容量因子和最小容量因子；能源电力发展政策相关数据包括规划期系统备用系数、碳排放上限、能源消费总量、除电力外其他行业能源消费总量、非化石能源占一次能源消费比重、非化石能源非发电规模、非化石能源发电量占全部发电量的比重下限、弃能率上限、贴现率；风光荷的全年小时级数据分别是指风速、光照强度或负荷按相同时间属性排序得到的至少一年的全年小时级数据；S2、基于全年小时级数据，聚类构建风光荷联合场景集；S3、基于所述风光荷联合场景集，以规划期全社会电力供应总成本最小为优化目标，考虑电力系统规划与运行相耦合的约束条件，构建多区域、多场景能源电力发展规划模型；S4、根据优化算法求解规划模型；S5、确定电源建设、电力流方案及运行统计信息。在上述方法中，所述规划期内全社会电力供应总成本最小的具体公式如下：式中，Z和T分别表示划分区域集和规划期水平年集，下标z和t分别标识相应区域和水平年；rz表示贴现率；表示区域z第t个水平年的投资成本，表示区域z第t个水平年的运维成本，表示区域z第t个水平年的燃料成本，表示区域z第t个水平年的排放成本，表示区域z第t个水平年的设备残值；各子项计算具体如下式：式中，Mz表示区域z的电源类型集，Mz,m表示区域z中第m类电源的机组集，表示起点在区域z的跨区通道集，表示区域z在水平年t的电源m机组i的新增电源单位容量造价；表示区域z在水平年t的电源m机组i的新增规模，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t通道单位容量单位距离造价，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的输电距离，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的新增容量；式中，分别表示区域z在水平年t的电源m机组i的总装机；表示区域z在水平年t的电源m机组i的年发电量；分别表示区域z在水平年t的电源m机组i的电源单位容量固定运维费用与度电可变运维费用；表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的总容量；分别表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的跨区通道单位容量单位距离固定运维费用与度电可变运维费用；表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的交换电量；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位度电燃料成本；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位度电排放成本；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位容量残值系数，表示区域z在水平年t的电源m机组i的退役规模。在上述方法中，所述电力系统规划与运行相耦合的约束条件包括电力系统扩展规划约束，各区域逐水平年各场景中的电力平衡、系统充裕度、电源出力及跨区输电约束；发电资源约束、能源电力发展政策约束、新增机组和新增输电通道容量下限约束。在上述方法中，所述电力系统扩展规划约束具体如下式：式中，Z和T分别表示划分区域集和规划期水平年集；表示区域z在水平年t-1的电源m机组i的总装机；ym,i表示电源m机组i的运行寿命，若t-ym,i未落入规划期，则追溯到规划期前的对应年份；表示区域z在水平年t-ym,i的电源m机组i的新增装机，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t-1的总容量。在上述方法中，所述各区域逐水平年各场景中电力平衡约束具体如下式：上式中，分别表示区域z水平年t时段n各电源出力、跨区通道正向(起点至落点)电力流、跨区通道反向(落点至起点)电力流和储能的发电及蓄能功率；Pz,t,s,n表示即时的全社会用电需求；表示区域z的储能类型集；Sz表示区域z的场景集，N表示场景s的时段集；表示起点在区域z的跨区通道集。在上述方法中，所述各区域逐水平年各场景中系统充裕度约束具体如下式：式中，和分别表示各电源和通道的容量置信系数，βt,z表示系统备用系数，表示各区域逐年最大负荷；该约束确保有足够装机满足最大负荷需求。在上述方法中，所述各区域逐水平年各场景中电源出力约束包括蓄能、新能源发电之外的电源出力约束和新能源发电出力约束，各约束表达式如下：式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法，其特征在于，所述规划方法包括以下步骤：S1、获取电源现状及发展相关数据、电网现状及发展相关数据、发电能源资源禀赋相关数据与能源电力发展政策相关数据；获取规划期最大负荷数据；获取规划期风速、光照强度、负荷全年小时级数据；其中，电源现状及发展相关数据包括各类电源现役机组的容量、投产年份、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数，规划期新增机组的容量范围、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量造价、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数、单位容量残值系数，对于储能还包括最大或最小存储容量系数、初始存储容量系数、发电效率和蓄能效率；电网现状及发展相关数据包括跨省或区输电现役通道的容量、输电距离、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用，规划期新增输电通道的容量范围、输电距离、最大或最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离造价、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用；发电能源资源禀赋相关数据包括各类发电能源规划期生产量、调入量、调出量、进口量、其他行业使用量、最大容量因子和最小容量因子；能源电力发展政策相关数据包括规划期系统备用系数、碳排放上限、能源消费总量、除电力外其他行业能源消费总量、非化石能源占一次能源消费比重、非化石能源非发电规模、非化石能源发电量占全部发电量的比重下限、弃能率上限、贴现率；风光荷的全年小时级数据分别是指风速、光照强度或负荷按相同时间属性排序得到的至少一年的全年小时级数据；S2、基于全年小时级数据，聚类构建风光荷联合场景集；S3、基于所述风光荷联合场景集，以规划期全社会电力供应总成本最小为优化目标，考虑电力系统规划与运行相耦合的约束条件，构建多区域、多场景能源电力发展规划模型；S4、根据优化算法求解规划模型；S5、确定电源建设、电力流方案及运行统计信息。...

【技术特征摘要】
1.一种适于高比例可再生能源发展的能源电力规划方法，其特征在于，所述规划方法包括以下步骤：S1、获取电源现状及发展相关数据、电网现状及发展相关数据、发电能源资源禀赋相关数据与能源电力发展政策相关数据；获取规划期最大负荷数据；获取规划期风速、光照强度、负荷全年小时级数据；其中，电源现状及发展相关数据包括各类电源现役机组的容量、投产年份、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数，规划期新增机组的容量范围、运行寿命、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量造价、单位容量固定运维费用、单位度电可变运维费用、单位度电排放成本、单位度电碳排放系数、单位容量残值系数，对于储能还包括最大或最小存储容量系数、初始存储容量系数、发电效率和蓄能效率；电网现状及发展相关数据包括跨省或区输电现役通道的容量、输电距离、最大与最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用，规划期新增输电通道的容量范围、输电距离、最大或最小出力限制、置信系数、单位容量单位距离造价、单位容量单位距离固定运维费用、单位容量单位距离可变运维费用；发电能源资源禀赋相关数据包括各类发电能源规划期生产量、调入量、调出量、进口量、其他行业使用量、最大容量因子和最小容量因子；能源电力发展政策相关数据包括规划期系统备用系数、碳排放上限、能源消费总量、除电力外其他行业能源消费总量、非化石能源占一次能源消费比重、非化石能源非发电规模、非化石能源发电量占全部发电量的比重下限、弃能率上限、贴现率；风光荷的全年小时级数据分别是指风速、光照强度或负荷按相同时间属性排序得到的至少一年的全年小时级数据；S2、基于全年小时级数据，聚类构建风光荷联合场景集；S3、基于所述风光荷联合场景集，以规划期全社会电力供应总成本最小为优化目标，考虑电力系统规划与运行相耦合的约束条件，构建多区域、多场景能源电力发展规划模型；S4、根据优化算法求解规划模型；S5、确定电源建设、电力流方案及运行统计信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规划期内全社会电力供应总成本最小的具体公式如下：式中，Z和T分别表示划分区域集和规划期水平年集，下标z和t分别标识相应区域和水平年；rz表示贴现率；表示区域z第t个水平年的投资成本，表示区域z第t个水平年的运维成本，表示区域z第t个水平年的燃料成本，表示区域z第t个水平年的排放成本，表示区域z第t个水平年的设备残值；各子项计算具体如下式：式中，Mz表示区域z的电源类型集，Mz,m表示区域z中第m类电源的机组集，表示起点在区域z的跨区通道集，表示区域z在水平年t的电源m机组i的新增电源单位容量造价；表示区域z在水平年t的电源m机组i的新增规模，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t通道单位容量单位距离造价，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的输电距离，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的新增容量；式中，分别表示区域z在水平年t的电源m机组i的总装机；表示区域z在水平年t的电源m机组i的年发电量；分别表示区域z在水平年t的电源m机组i的电源单位容量固定运维费用与度电可变运维费用；表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的总容量；分别表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的跨区通道单位容量单位距离固定运维费用与度电可变运维费用；表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的交换电量；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位度电燃料成本；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位度电排放成本；式中，表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位容量残值系数，表示区域z在水平年t的电源m机组i的退役规模。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电力系统规划与运行相耦合的约束条件包括电力系统扩展规划约束，各区域逐水平年各场景中的电力平衡、系统充裕度、电源出力及跨区输电约束；发电资源约束、能源电力发展政策约束、新增机组及新增输电通道容量下限约束。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电力系统扩展规划约束具体如下式：式中，Z和T分别表示划分区域集和规划期水平年集；表示区域z在水平年t-1的电源m机组i的总装机；ym,i表示电源m机组i的运行寿命，若t-ym,i未落入规划期，则追溯到规划期前的对应年份；表示区域z在水平年t-ym,i的电源m机组i的新增装机，表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t-1的总容量。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各区域逐水平年各场景中电力平衡约束具体如下式：上式中，分别表示区域z水平年t时段n各电源出力、跨区通道正向电力流、跨区通道反向电力流和储能的发电及蓄能功率；Pz,t,s,n表示即时的全社会用电需求；表示区域z的储能类型集；Sz表示区域z的场景集，N表示场景s的时段集；表示起点在区域z的跨区通道集。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各区域逐水平年各场景中系统充裕度约束具体如下式：式中，和分别表示各电源和通道的容量置信系数，βt,z表示系统备用系数，表示各区域逐年最大负荷；该约束确保有足够装机满足最大负荷需求。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各区域逐水平年各场景中电源出力约束包括蓄能、新能源发电之外的电源出力约束和新能源发电出力约束，各约束表达式如下：式中，和分别表示电源出力上下限系数，表示区域z的新能源发电集；表示对应场景中逐时段的新能源发电预想出力系数，与新能源资源水平相关，表示对应时段的弃能；储能运行需同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦冰琦，王耀华，张富强，冯君淑，伍声宇，
申请(专利权)人：国网能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11