一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法技术

本发明专利技术涉及电力系统调度技术领域，尤其涉及一种新能源消纳能力测算方法。通过不同边界条件下新能源利用率的计算最能表征新能源的消纳能力，然后以某个规定时间段内的新能源出力为依据，结合电网负荷及外送的大小、常规电源的调节能力，确定新能源的理论电量与实际电量，进而确定新能源的利用率。本发明专利技术实现了对新能源发电量、发电占比、利用率等指标的计算，与传统时序法相比，在兼顾准确性与快速性的基础上，实现对装机时序、调峰能力、新能源利用率三种耦合关系的确定。三种耦合关系的确定。三种耦合关系的确定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法


[0001]本专利技术涉及电力系统调度
，尤其涉及一种基于新能源出力特性的 新能源消纳能力测算方法。

技术介绍

[0002]新能源出力具有强烈的波动性，常规电源不仅要跟随负荷的变化，还要平 衡风光出力的波动。为保证新能源小发时的用电，需要增加常规电源开机，这 会挤压当日新能源大发时的消纳空间。反之，如果为保证新能源大发时的消纳， 需要减少常规电源开机，必然会造成新能源小发时供电能力不足。因此，高占 比新能源电力系统会出现中午光伏大发时弃电与晚高峰电力供应严重不足并存 的情况，对电力系统的安全运行和稳定供应带来了极大的挑战。为实现双碳目 标，必然要提升新能源的发电占比，这会使电网的峰谷差进一步加大，对电网 的调峰能力提出来更高的需求。因此，准确的评估年月等长周期的新能源消纳 能力，对于指导新能源并网布局及时序、统筹安排全国电力电量计划、规划新 能源外送输电网、建立高比例新能源电力市场、制定新能源消纳措施等方面均 具有极为重要的意义。
[0003]现有的电力系统新能源消纳能力及电力电量平衡方法主要有三种：传统的 典型日分析法、近年常用的时序生产模拟法、最新出现的随机生产模拟法。典 型日分析法，有利于从整体上分析电网的消纳能力，但没有考虑新能源的随机 性、波动性；时序生产模拟法，通过诸周优化机组开机计算每小时的新能源消 纳能力，计算方法相对成熟，且在电力生产规划中较为常用，但是所需数据量 大、计算复杂，对风光资源变化、装机变化、用电量变化后的敏感性分析极为 不利，同时无法根据新能源发电占比、新能源利用率等目标反推装机规模；基 于随机生产模拟的方法，通过概率分布间的运算。极大的提高了新能源消纳能 力的计算速度，但也带来了准确率小幅下降的问题，同时也没有解决以目标反 推装机的问题。
[0004]时序生产模拟法最大的难点及最耗时的地方就在于如何通过最优规划安排 常规机组的出力，常规的时序模拟法需要对每台机组进行建模，形成约束条件， 对每个时段的开机方式进行规划，确保在满足最大负荷需求的前提下最大化的 消纳新能源。不论对机组的建模，还是对开机的优化都容易造成偏差和运算量 增加。时序生产模拟法分析新能源消纳能力时要采用新能源理论功率的时序出 力曲线，但如何形成此曲线本来就是一大难点。
[0005]综上所述，目前的新能源测算方法存在准确率与计算速度之间的矛盾，且 均无法通过发电占比、利用率目标反推装机时序与布局。而这恰恰是在未来大 力发展新能源过程中，既要实现新能源比重提升，又要保证电网的安全运行、 可靠供电所急需的功能。本方法将建立一种形成新能源理论功率时序出力曲线 的模型，采用聚合法降低优化水火电开机的运算量，并提出新能源发电占比、 调峰能力需求的计算方法，用于对新能源装机规模、时序、布局的规划。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出一种多场景新能源就地消纳双层随机优化方法，以解 决现有技术中源网荷储规划的准确度以及经济性不高的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体步骤如下：
[0008]一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，通过不同边界条件 下新能源利用率的计算最能表征新能源的消纳能力，然后以某个规定时间段内 的新能源出力为依据，结合电网负荷及外送的大小、常规电源的调节能力，确 定新能源的理论电量与实际电量，进而确定新能源的利用率。
[0009]一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，包括一下步骤：
[0010]S1：依据历史数据分析新能源出力特性，确定新能源出力的归一化8760点 序列，再依据装机情况形成新能源的理论出力序列；
[0011]S2：通过断面约束、调峰约束、常规机组出力约束、负荷特性形成新能源 消纳空间；
[0012]S3：根据步骤S1得到的新能源新能源理论出力序列，结合步骤S2得到的 新能源消纳空间，建立新能源消纳测算的模型；
[0013]S4：通过调整包括常规机组开机情况在内的各种参数寻找模型的最优解， 然后调整新增新能源装机的规模、布局、时序测算最终的新能源电量和利用率， 最后通过多次调整可以形成电网装机规模、布局和时序与最终新能源电量和利 用率的耦合关系。
[0014]进一步地，所述新能源的利用率为：
[0015][0016]式中Q
fact
表示受电网消纳能力限制后新能源的实际发电量；Q
theo
表示新能源 的理论发电量，即电网消纳能力足够大的情况下新能源能发出的电量。
[0017]进一步地，步骤S2中所述的新能源的理论出力序列采用历史新能源理论功 率的归一化时间序列，结合装机容量的变化进行逐时段匹配形成测算周期的新 能源理论出力；
[0018]P
NE
＝[P
NE,1
,P
NE,2
,P
NE,3,
......,P
NE,8760
]T
ꢀꢀ
(1)
[0019][0020][0021][0022]式中，定义矩阵P
NE
为新能源逐小时的出力序列，为风、光逐小 时的资源归一化序列，S
wind
、S
thotov
为风、光逐小时的装机序列，且矩阵均为1
×
8760 的结构，S
wind,i
表示第i小时对应的风电装机容量；S
thotov,i
表示第i小时对应的 光伏装机容量；
分别表示上一年度风电第i小时风电的出力与装机 容量；分别表示上一年度光伏第i小时风电的出力与装机容量。
[0023]进一步地，所述资源归一化序列各项之和正好对于全年的资源小时数，即 为全年风资源小时数，为全年光资源利用小时数；一般情况下， 一个地区的风光资源小时数的变化不大，如果气候预测有变强或变弱的趋势时， 可通过在序列各项乘以系数的方式调整资源小时数。
[0024]进一步地，所述新能源消纳空间为某时刻电网最大可消纳新能源的电力值， 通过时序生产模拟法比较逐时段的新能源出力与电网消纳空间，当新能源出力 小于电网消纳空间时，全额消纳新能源；当新能源出力大于电网消纳空间时， 消纳的新能源电量等于新能源消纳空间大小对时间的积分，且计算周期分为N 个时长为T的时段逐个进行优化，所述消纳的新能源电量表达式：
[0025][0026]P
ne
(t)＝P
wind
(t)+P
thotov
ꢀꢀ
(6)
[0027][0028][0029]P
ne
(t)表示t时刻新能源出力，P
wind
(t)表示t时刻风电出力，P
space
(t)表示t 时刻消纳空间，μ
t
为计算因子。
[0030]进一步地，所述电网消纳空间是由网内用电量加上外送电量形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：通过不同边界条件下新能源利用率的计算最能表征新能源的消纳能力，然后以某个规定时间段内的新能源出力为依据，结合电网负荷及外送的大小、常规电源的调节能力，确定新能源的理论电量与实际电量，进而确定新能源的利用率。2.根据权利要求1所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：包括一下步骤：S1：依据历史数据分析新能源出力特性，确定新能源出力的归一化8760点序列，再依据装机情况形成新能源的理论出力序列；S2：通过断面约束、调峰约束、常规机组出力约束、负荷特性形成新能源消纳空间；S3：根据步骤S1得到的新能源新能源理论出力序列，结合步骤S2得到的新能源消纳空间，建立新能源消纳测算的模型；S4：通过调整包括常规机组开机情况在内的各种参数寻找模型的最优解，然后调整新增新能源装机的规模、布局、时序测算最终的新能源电量和利用率，最后通过多次调整可以形成电网装机规模、布局和时序与最终新能源电量和利用率的耦合关系。3.根据权利要求2所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：所述新能源的利用率为：式中Q
fact
表示受电网消纳能力限制后新能源的实际发电量；Q
theo
表示新能源的理论发电量，即电网消纳能力足够大的情况下新能源能发出的电量。4.根据权利要求2所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：步骤S2中所述的新能源的理论出力序列采用历史新能源理论功率的归一化时间序列，结合装机容量的变化进行逐时段匹配形成测算周期的新能源理论出力；P
NE
＝[P
NE,1
,P
NE,2
,P
NE,3
,......,P
NE,8760
]
T
ꢀꢀ
(1)(1)(1)式中，定义矩阵P
NE
为新能源逐小时的出力序列，为风、光逐小时的资源归一化序列，S
wind
、S
thotov
为风、光逐小时的装机序列，且矩阵均为1
×
8760的结构，S
wind,i
表示第i小时对应的风电装机容量；S
thotov,i
表示第i小时对应的光伏装机容量；分别表示上一年度风电第i小时风电的出力与装机容量；分别表示上一年度
光伏第i小时风电的出力与装机容量。5.根据权利要求2所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：所述资源归一化序列各项之和正好对于全年的资源小时数，即为全年风资源小时数，为全年光资源利用小时数；一般情况下，一个地区的风光资源小时数的变化不大，如果气候预测有变强或变弱的趋势时，可通过在序列各项乘以系数的方式调整资源小时数。6.根据权利要求2所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：所述新能源消纳空间为某时刻电网最大可消纳新能源的电力值，通过时序生产模拟法比较逐时段的新能源出力与电网消纳空间，当新能源出力小于电网消纳空间时，全额消纳新能源；当新能源出力大于电网消纳空间时，消纳的新能源电量等于新能源消纳空间大小对时间的积分，且计算周期分为N个时长为T的时段逐个进行优化，所述消纳的新能源电量表达式：P
ne
(t)＝P
wind
(t)+P
thotov
ꢀꢀ
(6)(6)P
ne
(t)表示t时刻新能源出力，P
wind
(t)表示t时刻风电出力，P
space
(t)表示t时刻消纳空间，μ
t
为计算因子。7.根据权利要求2所述的一种基于新能源出力特性的新能源消纳能力测算方法，其特征在于：所述电网消纳空间是由网内用电量加上外送电量形成的用电空间，减去常规能源的最小出力得到的，考虑安全约束，常规电源的开机容量应能够保证其最大出力能够满足某一段周期内的最大用电需求和电网安全稳定运行，结合火电机组运行特性及开停机特性，取计算时段T＝3
‑
7天，以一周最为典型，取T＝7，则P
g,i,min
＝β
i
P
g,i,max
ꢀꢀꢀ
(10)∑P
g,i,max
＞max{P
con
(t)+P
tra
(t)} (0＜t≤T)

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国栋，包广清，马志程，郝如海，周治伊，张安安，许瑾，刘俊敏，张波，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院西南石油大学，
类型：发明
国别省市：