一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法技术

本发明专利技术属于电力系统规划与运行调度技术领域，公开了一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，通过获得新能源不确定性的时序出力、建立包含新能源电源的多源电力生产模拟模型、对多源电力生产模拟模型求解，得到各时段新能源可信预测出力的实时备用率三个步骤，将新能源部分出力纳入系统备用，来缓解大规模新能源接入电力系统造成备用不足的问题，为了消除新能源预测误差和不确定性对纳入备用的影响，引入新能源发电可信预测准确率概念，将预测时序数据乘以可信预测准确率得到新能源可信出力数据，将新能源可信出力纳入系统备用，以实时备用率的方法根据系统备用需求实时调整新能源纳入备用的容量。实时调整新能源纳入备用的容量。实时调整新能源纳入备用的容量。

【技术实现步骤摘要】
一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法


[0001]本专利技术属于电力系统规划与运行调度
，具体来说涉及一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法。

技术介绍

[0002]随着“碳中和、碳达峰”战略目标的提出，我国对碳排放的管控将更加严格，风电、光伏发电等新能源电源装机将进一步增加。随着新能源电源渗透率的提高，系统灵活性资源严重不足，同时跨区域特高压直流闭锁故障、供电可靠性要求越来越高等因素增加了电力系统各个时间尺度上的备用需求。目前，通常采用水电、抽水蓄能、燃油燃气轮机等调峰机组、对火电机组进行改造或需求侧响应等措施以提高系统运行的灵活性。
[0003]随着新能源发电渗透率持续提高，传统旋转备用方式将无法满足系统需求，根据《GB38755
‑
2019电力系统安全稳定导则》要求新能源发电侧提高调节能力，具备一次调频能力。因此随着新能源发电出力预测精度的提高及运行经验的积累，有必要也有条件将部分新能源发电纳入系统备用。已有学者基于统计学特征并兼顾新能源消纳和电网安全，在统计新能源可信预测准确率的基础上将多区域新能源以固定比例新能源纳入备用，给出失负荷风险、新能源预测准确率、负荷预测水平因素对备用比例的影响。将一定比例的新能源出力纳入系统备用中，可以提高系统运行安全性和可靠性，缓解系统备用不足的压力。受新能源出力随机性、波动性的影响，以固定比例新能源为备用并不能很好降低运行成本。以固定比例将新能源可信预测出力纳入系统备用，备用容量由新能源实时出力决定，当系统备用需求变化时只能通过调整传统机组备用容量，存在灵活性和经济性差等问题。现有方法在短期的日期调度模型中新能源纳入备用，未在中长期调度和规划的角度分析新能源纳入备用对大规模新能源电力系统中长期运行的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，将新能源电源可信出力纳入电力系统生产备用，根据新能源实时出力和系统调峰需求实时调整各个时段新能源纳入备用的比例，提高系统在中长期时间尺度下的运行灵活性和经济性。
[0005]本专利技术采取的技术方案是中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，包括以下步骤：
[0006]S1、获得新能源不确定性的时序出力；
[0007]S2、建立包含新能源电源的多源电力生产模拟模型；
[0008]S3、对步骤S2的多源电力生产模拟模型求解，得到各时段新能源可信预测出力的实时备用率。
[0009]进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0010]S101、对历史数据进行抽样以建立新能源的随机性和不确定性模型；
[0011]S102、采用k
‑
medoids聚类方法将相同或相似场景用代表性场景替代，消除数据的冗余；
[0012]S103、考虑误差和不确定性的影响，得到最终的预测时序出力。
[0013]进一步地，所述步骤S2具体包括：以生产模拟成本最优为目标，考虑系统内各类机组的出力特性和出力约束、功率平衡约束和以实时备用率将新能源纳入系统备用的备用约束，建立生产模拟模型。
[0014]进一步地，所述生产模拟成本包括发电机组的运行成本、开关机成本和排污治理成本及新能源弃电惩罚成本、切负荷惩罚成本，具体包括以下步骤：
[0015]A.采用下式计算系统总体运行成本f1：
[0016][0017]式中，f
t
为t时段各类机组运行成本函数；λ
RC
、P
tcurW
分别代表新能源弃电惩罚系数和新能源弃电量；λ
LC
、P
tcurL
分别代表切负荷惩罚系数和切负荷电量；λ
Ci,t
、S
i,t
分别代表第i台发电机t时段发电对应的排污治理成本和排污量；
[0018]B.采用下式计算t时段各类机组运行成本函数f
t
：
[0019][0020]式中，fj(P
i,t
)为机组运行维护成本与出力大小函数；为机组开/关机二进制状态变量；表示第i台机组开机关机成本；
[0021]C.采用下式计算新能源弃电量P
tcurW
：
[0022][0023]式中，表示t时段风电场最大发电出力；P
twind
表示t时段风电场调度实时出力；表示t时段光伏发电场最大发电出力；P
tpv
表示t时段光伏电场调度实时出力；
[0024]D.采用下式计算切负荷电量P
tcurL
：
[0025][0026]式中，表示系统实时负荷；P
load
表示参与调度平衡的负荷。
[0027]进一步地，系统内各类机组的出力约束表示为：
[0028]a.风电、光伏机组出力约束：
[0029][0030][0031]式中，代表风电机组t时段最大出力；代表光伏发电t时段最大出力；
[0032]b.光热机组出力约束：
[0033]光热机组的出力约束包括集热场热量动态平衡约束、储热罐热量动态平衡约束、发电机出力的上下限约束和爬坡约束：
[0034]集热场热量动态平衡约束：
[0035]式中，分别为t时段光热电站用于发电的热量、集热场吸
收的总太阳能热量、光热电站用于储存至热罐的热量、光热电站弃热量；为集热场吸收热量转移至发电的热量效率；
[0036]储热罐热量动态平衡约束：
[0037]式中，分别为t时段热罐存储的热量、集热场向储热罐转移的热量和储热罐向发电侧转移的热量；分别为储热罐热量储存效率、热量释放效率、光热电站发电效率；
[0038]热电转换效率约束：
[0039]式中，为光热电站发电效率；为t时刻光热电站发电出力；
[0040]光热电站发电出力上下限约束：
[0041]式中，为光热电站最小技术出力；为光热电站最大技术出力；
[0042]储热罐容量约束：
[0043]式中，代表储热罐的最小最大储热热量；
[0044]光热电站发电机爬坡约束：
[0045]式中，R
U
/R
D
为分别为发电机最大上、下爬坡能力；
[0046]c.火电机组出力约束：
[0047]火电机组出力约束包括最大最小技术出力约束及爬坡约束；
[0048]火电机组出力上下限约束：P
i,tmin
≤P
i,t
≤P
i,tmax
[0049]式中，P
i,tmin
/P
i,tmax
为火电机组最小/最大技术出力；
[0050]火电机组爬坡约束：
[0051]式中，P
i,t
、P
i,t+1
表示第i台火电机组t时段和t+1时段的出力大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获得新能源不确定性的时序出力；S2、建立包含新能源电源的多源电力生产模拟模型；S3、对步骤S2的多源电力生产模拟模型求解，得到各时段新能源可信预测出力的实时备用率。2.根据权利要求1所述的中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S101、对历史数据进行抽样以建立新能源的随机性和不确定性模型；S102、采用k
‑
medoids聚类方法将相同或相似场景用代表性场景替代，消除数据的冗余；S103、考虑误差和不确定性的影响，得到最终的预测时序出力。3.根据权利要求1所述的中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：以生产模拟成本最优为目标，考虑系统内各类机组的出力特性和出力约束、功率平衡约束和以实时备用率将新能源纳入系统备用的备用约束，建立生产模拟模型。4.根据权利要求3所述的中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，其特征在于，所述生产模拟成本包括发电机组的运行成本、开关机成本和排污治理成本及新能源弃电惩罚成本、切负荷惩罚成本，具体包括以下步骤：A.采用下式计算系统总体运行成本f1：式中，f
t
为t时段各类机组运行成本函数；λ
RC
、P
tcurW
分别代表新能源弃电惩罚系数和新能源弃电量；λ
LC
、分别代表切负荷惩罚系数和切负荷电量；λ
Ci,t
、S
i,t
分别代表第i台发电机t时段发电对应的排污治理成本和排污量；B.采用下式计算t时段各类机组运行成本函数f
t
：式中，f
j
(P
i,t
)为机组运行维护成本与出力大小函数；为机组开/关机二进制状态变量；表示第i台机组开机关机成本；C.采用下式计算新能源弃电量P
tcurW
：式中，表示t时段风电场最大发电出力；P
twind
表示t时段风电场调度实时出力；表示t时段光伏发电场最大发电出力；表示t时段光伏电场调度实时出力；D.采用下式计算切负荷电量P
tcurL
：式中，表示系统实时负荷；P
load
表示参与调度平衡的负荷。
5.根据权利要求3所述的中长时间尺度下新能源电源实时备用率的确定方法，其特征在于，系统内各类机组的出力约束表示为：a.风电、光伏机组出力约束：a.风电、光伏机组出力约束：式中，代表风电机组t时段最大出力；代表光伏发电t时段最大出力；b.光热机组出力约束：光热机组的出力约束包括集热场热量动态平衡约束、储热罐热量动态平衡约束、发电机出力的上下限约束和爬坡约束：集热场热量动态平衡约束：式中，分别为t时段光热电站用于发电的热量、集热场吸收的总太阳能热量、光热电站用于储存至热罐的热量、光热电站弃热量；为集热场吸收热量转移至发电的热量效率；储热罐热量动态平衡约束：式中，分别为t时段热罐存储的热量、集热场向储热罐转移的热量和储热罐向发电侧转移的热量；分别为储热罐热量储存效率、热量释放效率、光热电站发电效率；热电转换效率约束：式中，为光热电站发电效率；为t时刻光热电站发电出力；光热电站发电出力上下限约束：式中，为光热电站最小技术出力；为光热电站最大技术出力；储热罐容量约束：式中，代表储热罐的最小最大储热热量；光热电站发电机爬坡约束：式中，R
U
/R
D
为分别为发电机最大上、下爬坡能力；c.火电机组出力约束：火电机组出力约束包括最大最小技术出力约束及爬坡约束；火电机组出力上下限约束：P
i,tmin
≤P
i,t
≤P
i,tmax
式中，P
i,tmin
/P
i,tmax
为火电机组最小/最大技术出力；火电机组爬坡约束：式中，P
i,t
、P
i,t+1
表示第i台火电机组t时段和t+1时段的出力大小；ΔP
i,up
/ΔP
i,down
为燃煤机组上坡/下坡速率；d.水电机组出力约束：
水电机组出力等式约束：式中，Q
h
(t)为水电机组i在t时段的发电流量；H(t)为t时刻的发电水头；η
G,i
为在t时段水电机组i的水轮机效率；η
T,i
为在t时段水电机组i的发电机效率；其中，发电流量约束：Q
h
(t)＝min(Q
h,out
(t),Q
h,max
)，Q
h,out
(t)为水电机组在t时刻的出库容量；Q
h,out,max
为出库流量最大值；出库容量等式约束：Q
h,out
(t)＝Q
h
(t)+Q
h,c
(t)，Q
h,c
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬生才，张娉，王娟，范新伟，南亚林，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：