电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其步骤：1）获取各发电机组的相关参数及负荷数据，2）设定模拟运行周期T，3）根据光伏出力预测曲线修正原始负荷曲线，4）计算t时刻各区域最小出力，5）比较净负荷及各区域最小出力，确定支援区、受援区，并通过基于有效容量分布的随机生产模拟确定受援所需电量期望值及受援概率；6）根据支援区有效容量分布求得该区域剩余有效容量分布，并建立输电线路模型以得到有效输电容量分布，结合支援区域剩余有效容量分布求得有效电力支援容量分布；7）面对受援区电量不足期望值由各支援区有效电力支援容量分布确定各区支援量及各机组发电量与可靠性指标，8）对可再生能源消纳能力进行评估。

【技术实现步骤摘要】
电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法
本专利技术涉及一种电力互联系统中可再生能源并网仿真领域的计算方法，具体涉及一种基于有效容量分布法的电力互联系统风电消纳能力评估方法。
技术介绍
近年来，电网电源规模整体呈现快速增长态势，其中可再生能源增长占主导地位。然而可再生能源的随机性和间歇性特点使得大规模可再生能源并网后，系统对备用容量的需求大幅增加。许多地区常规机组的调节能力已无法满足可再生能源调节需求，这将导致局部地区可再生能源消纳空间缩减，弃风弃光问题突出。数据显示，截至2016年底，我国风电装机14864万千瓦，太阳能发电装机7742万千瓦，弃风396亿千瓦时，弃光69亿千瓦时。其中，弃风弃光主要集中在新疆、甘肃两省区，新疆、甘肃合计弃风电量占全网总弃风电量的61％，弃光电量占全网总弃光电量的80％。为解决弃风弃光问题，跨区甚至跨国电力互联是当下所需的重要能源战略。通过特高压技术构建跨区能源电力互联网，有利于促进区域电力跨境优化配置并更合理地利用动力资源，有助于充分利用各系统备用容量，并可根据不同地区负荷峰谷的时间差消除可再生能源出力波动性对系统的影响，进而扩大可再生能源平衡区域范围，提高可再生能源并网消纳规模，达到大大减少化石能源使用带来的对环境、气候的负面影响。电力系统平稳运行的一个基本条件是系统调节能力必须大于负荷的变化。由于风、光的资源特性，新能源出力存在随机性和波动性。风电日波动最大幅度可达装机容量的80％，且呈现一定的反调峰特性。光伏发电受昼夜变化、天气变化、移动云层的影响，同样存在间歇性和波动性。可再生能源高比例接入电力系统后，增加了系统调节的负担，常规电源不仅要跟随负荷变化，还需要平衡新能源的出力波动。可再生能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光现象。可再生能源消纳问题与系统调节能力密切相关。因此系统调峰能力是影响风电消纳能力的关键因素之一。此外，电力互联系统中，电网输送能力对风电消纳能力同样起到举足轻重的作用。由于互联系统可以利用各系统负荷特性之间和发电机组强迫停运之间的分散性并相互提供支援容量，因此，各个系统具有比单独运行时更高的充裕度；反之，如保持与未互联时相同的可靠性水平，则互联的结果可使各系统所需的备用容量减少。互联取得的实际效益与各个系统的装机容量和类型，联络线的传输容量及强迫停运率，各系统的负荷水平、相关性和不确定性，以及在紧急情况下系统之间相互至支援的协议形式等因素都有关。因此，如何在系统安全、可靠运行的前提下，综合考虑影响可再生能源消纳能力的种种因素尤为重要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，该方法能够直观、准确地表征各区域送点、输电的情况及各时刻系统的风电消纳空间；规划阶段可依据准则评估系统性能，识别系统的薄弱环节；运行阶段可确定互联系统的送受电力和电量。为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：1.一种电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，包括以下步骤：1)获取各发电机组的相关参数及负荷数据发电机组相关参数包括发电机组的类型、容量、台数，还需火电机组的平均煤耗率、强迫停运率、最小技术出力、爬坡率、所需检修时间及燃料价格；风电机组所在地区的历史出力统计；光伏机组所在地区的日出力曲线；负荷数据包括各个地区的典型日负荷曲线或年负荷曲线；2)设定模拟运行周期T模拟运行周期T设为一天24小时的短期评估，或为一年8760小时的长期评估；3)根据光伏出力预测曲线修正原始负荷曲线根据风电出力预测建立风电出力模型，用于求解风电预测偏差有效容量分布；将风电出力偏差划分为多个状态，统计得到各个状态相应的概率p，卷积得到风电有效容量分布的预测曲线；4)计算t时刻各区域最小出力各区域最小出力根据上一时刻的出力及机组爬坡速率求得；首次计算所用的各区域最小出力为当日必开火电机组最小开机出力之和；5)比较净负荷及各区域最小出力，确定支援区、受援区，并通过基于有效容量分布的随机生产模拟确定受援所需电量期望值及受援概率；6)根据支援区有效容量分布求得该区域剩余有效容量分布，并建立输电线路模型以得到有效输电容量分布，结合支援区域剩余有效容量分布求得有效电力支援容量分布；7)面对受援区电量不足期望值由各支援区有效电力支援容量分布确定各区支援量及各机组发电量与可靠性指标；8)对可再生能源消纳能力进行评估评估指标包括周期T内风电消纳量、弃风概率、弃风量以及某一时刻风电功率柔性范围。所述步骤4)中各区域中总的最小开机出力Gtmin可用下式计算：式中，G表示总的火电机组数；qFOR,k表示第k台机组的停运率；PtLOAD,k表示t时刻第k台机组的加载率；P'tkmin表示t时刻第k台机组的最小出力；加载率和机组最小出力计算公式如下：PtLOAD,k＝PtLOLP,k-1P'tkmin＝Pt-1k-ΔPk,down式中，Pt-1k表示第k台机组上一时刻的出力；ΔPk,down表示第k台机组的向下爬坡率。若为外送机组，则加载率还需考虑线路可输送概率：所述步骤5)中确定支援区、受援区及受援所需期望值的具体方法为：(1)针对t时刻负荷Lt，由步骤3)得到的t时段光伏、风电预测出力，用负荷减去光伏和风电预测出力得到常规机组的净负荷Lto：式中，分别为光伏、风电预测出力；(2)将t时刻净负荷与步骤4)中火电机组最小出力进行比较，若Lto＜Gmin则该区域为电力外送支援区；(3)若Lto＞Gmin，则为可再生能源受援区；当外来可再生能源不足以满足本地电量缺失时，本地火电先参与卷积，再考虑外来火电支援；t时刻区域电量不足期望值即为所需支援容量期望值。所述步骤6)分为如下步骤：(1)支援区剩余有效容量分布求解由前k个机组卷积得到的有效容量分布函数可表示为Fk(x)，在有效容量的概率分布图中的每一点表示该时刻提供的发电容量小于x的概率，即面对负荷Lt，发电容量小于Lt的概率为Fk(Lt)，也就是前k个机组加载后面对负荷Lt的失负荷概率PtLOLP,k；在负荷较小，输电通道受限的情况下，用机组承担完本地负荷后剩余的有效容量来描述未得到充分利用的机组发电能力；在已知机组有效容量概率分布的基础上，若t时刻各区域出力Lt时对应的失负荷概率小于以往可靠性指标时，则表示该区域足以可靠供给本地负荷且具有剩余有效容量用以外送。那么，在该地区可靠供给本地负荷Lt的基础上机组剩余有效容量小于等于x的概率可表示为条件概率即原本有效容量小于等于x+Lt的概率：其中x∈(0,Cr-Lt)，Cr为区域内所有机组的装机容量之和，即综合考虑x＝0及x＜Cr-Lt的情况，得出条件概率：进一步得到机组剩余有效容量分布为：其中，机组剩余容量分布中的点表示有效剩余容量大于等于x概率，且机组剩余容量是一个非负的随机变量，故机组剩余有效容量小于等于0的概率为0；(2)输电线路模型建立针对不同的互联系统，输电通道可为交流线路或直流线路；对跨国互联系统长距离、大容量的外送需求采用直流输电，直流输电线路外送概率模型：直流运行中存在正常运行、单极闭锁和双极闭锁三种情况，对于一条最大传送功率为的双极直流，有效输电容量的累积分布函数为：式中，ql,D和ql,S分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取各发电机组的相关参数及负荷数据发电机组相关参数包括发电机组的类型、容量、台数，还需火电机组的平均煤耗率、强迫停运率、最小技术出力、爬坡率、所需检修时间及燃料价格；风电机组所在地区的历史出力统计；光伏机组所在地区的日出力曲线；负荷数据包括各个地区的典型日负荷曲线或年负荷曲线；2)设定模拟运行周期T模拟运行周期T设为一天24小时的短期评估，或为一年8760小时的长期评估；3)根据光伏出力预测曲线修正原始负荷曲线根据风电出力预测建立风电出力模型，用于求解风电预测偏差有效容量分布；将风电出力偏差划分为多个状态，统计得到各个状态相应的概率p，卷积得到风电有效容量分布的预测曲线；4)计算t时刻各区域最小出力各区域最小出力根据上一时刻的出力及机组爬坡速率求得；首次计算所用的各区域最小出力为当日必开火电机组最小开机出力之和；5)比较净负荷及各区域最小出力，确定支援区、受援区，并通过基于有效容量分布的随机生产模拟确定受援所需电量期望值及受援概率；6)根据支援区有效容量分布求得该区域剩余有效容量分布，并建立输电线路模型以得到有效输电容量分布，结合支援区域剩余有效容量分布求得有效电力支援容量分布；7)面对受援区电量不足期望值由各支援区有效电力支援容量分布确定各区支援量及各机组发电量与可靠性指标；8)对可再生能源消纳能力进行评估评估指标包括周期T内风电消纳量、弃风概率、弃风量以及某一时刻风电功率柔性范围。...

【技术特征摘要】
1.一种电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取各发电机组的相关参数及负荷数据发电机组相关参数包括发电机组的类型、容量、台数，还需火电机组的平均煤耗率、强迫停运率、最小技术出力、爬坡率、所需检修时间及燃料价格；风电机组所在地区的历史出力统计；光伏机组所在地区的日出力曲线；负荷数据包括各个地区的典型日负荷曲线或年负荷曲线；2)设定模拟运行周期T模拟运行周期T设为一天24小时的短期评估，或为一年8760小时的长期评估；3)根据光伏出力预测曲线修正原始负荷曲线根据风电出力预测建立风电出力模型，用于求解风电预测偏差有效容量分布；将风电出力偏差划分为多个状态，统计得到各个状态相应的概率p，卷积得到风电有效容量分布的预测曲线；4)计算t时刻各区域最小出力各区域最小出力根据上一时刻的出力及机组爬坡速率求得；首次计算所用的各区域最小出力为当日必开火电机组最小开机出力之和；5)比较净负荷及各区域最小出力，确定支援区、受援区，并通过基于有效容量分布的随机生产模拟确定受援所需电量期望值及受援概率；6)根据支援区有效容量分布求得该区域剩余有效容量分布，并建立输电线路模型以得到有效输电容量分布，结合支援区域剩余有效容量分布求得有效电力支援容量分布；7)面对受援区电量不足期望值由各支援区有效电力支援容量分布确定各区支援量及各机组发电量与可靠性指标；8)对可再生能源消纳能力进行评估评估指标包括周期T内风电消纳量、弃风概率、弃风量以及某一时刻风电功率柔性范围。2.根据权利要求1所述的电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其特征在于：所述步骤4)中各区域中总的最小开机出力Gtmin可用下式计算：式中，G表示总的火电机组数；qFOR,k表示第k台机组的停运率；PtLOAD,k表示t时刻第k台机组的加载率；P'tkmin表示t时刻第k台机组的最小出力；加载率和机组最小出力计算公式如下：PtLOAD,k＝PtLOLP,k-1P'tkmin＝Pt-1k-ΔPk,down式中，Pt-1k表示第k台机组上一时刻的出力；ΔPk,down表示第k台机组的向下爬坡率。若为外送机组，则加载率还需考虑线路可输送概率：3.根据权利要求2所述的电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其特征在于：所述步骤5)中确定支援区、受援区及受援所需期望值的具体方法为：(1)针对t时刻负荷Lt，由步骤3)得到的t时段光伏、风电预测出力，用负荷减去光伏和风电预测出力得到常规机组的净负荷Lto：式中，分别为光伏、风电预测出力；(2)将t时刻净负荷与步骤4)中火电机组最小出力进行比较，若Lto＜Gmin则该区域为电力外送支援区；(3)若Lto＞Gmin，则为可再生能源受援区；当外来可再生能源不足以满足本地电量缺失时，本地火电先参与卷积，再考虑外来火电支援；t时刻区域电量不足期望值即为所需支援容量期望值。4.根据权利要求1所述的电力互联系统可再生能源消纳能力评估分析方法，其特征在于：所述步骤6)分为如下步骤：(1)支援区剩余有效容量分布求解由前k个机组卷积得到的有效容量分布函数可表示为Fk(x)，在有效容量的概率分布图中的每一点表示该时刻提供的发电容量小于x的概率，即面对负荷Lt，发电容量小于Lt的概率为Fk(Lt)，也就是前k个机组加载后面对负荷Lt的失负荷概率PtLOLP,k；在负荷较小，输电通道受限的情况下，用机组承担完本地负荷后剩余的有效容量来描述未得到充分利用的机组发电能力；在已知机组有效容量概率分布的基础上，若t时刻各区域出力Lt时对应的失负荷概率小于以往可靠性指标时，则表示该区域足以可靠供给本地负荷且具有剩余有效容量用以外送。那么，在该地区可靠供给本地负荷Lt的基础上机组剩余有效容量小于等于x的概率可表示为条件概率即原本有效容量小于等于x+Lt的概率：Prt(x|Lt)＝Fk(x+Lt)其中x∈(0,Cr-Lt)，Cr为区域内所有机组的装机容量之和，即综合考虑x＝0及x＜Cr-Lt的情况，得出条件概率：进一步得到机组剩余有效容量分布为：其中，机组剩余容量分布Prt(x)中的点表示有效剩余容量大于等于x概率，且机组剩余容量是一个非负的随机变量，故机组剩余有效容量小于等于0的概率为0；(2)输电线路模型建立针对不同的互联系统，输电通道可为交流线路或直流线路；对跨国互联系统长距离、大容量的外送需求采用直流输电，直流输电线路外送概率模型：直流运行中存在正常运行、单极闭锁和双极闭锁三种情况，对于一条最大传送功率为的双极直流，有效输电容量的累...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟卿，李恒，田坤鹏，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31