一种配网新能源接纳能力提升的评估方法技术

本发明专利技术涉及一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，方法包括以下步骤：步骤1：构建分布式电源接纳能力数学模型并采用提升策略，规划运行含高比例分布式电源的配电网；步骤2：构建间歇性能源发电接纳能力评估模型以及新能源接纳能力日前评估模型；步骤3：构建基于多区域新能源接纳能力评估模型，有效评估一定限电比例要求下可接纳的新能源装机规模；步骤4：构建基于地区功率平衡的新能源最大接纳能力评估模型，为各地区新能源的装机规模和建设时序提供参考；步骤5：采用基于接纳能力的新能源调度方法，为电网吸纳和调度新能源提供参考；本发明专利技术具有减少弃风弃光现象、对接纳水平准确评估、无需反复迭代寻优、实现新能源和运行控制的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种配网新能源接纳能力提升的评估方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种配网新能源接纳能力提升的评估方法。

技术介绍

[0002]当前日益严重的环境污染和能源危机不断促进着光伏、风电等分布式电源(DG)的大力发展与利用，这对配电网DG的充分消纳与高效利用提出了更高的要求，另外风电、光伏等新能源发电具有不确定性、波动性、反调峰等特点，给系统备用、调峰、电力平衡等带来了挑战，受电网调峰、输送和备用能力的限制，部分地区出现较为严重的弃风、弃光现象，新能源消纳已成为电网调度运行迫切解决的问题；目前在对新能源接纳能力评估时是对风电和光伏分别进行计算，而且在处理传统电源出力时总是以单台火电或水电机组出力作为一个变量，这使得变量较多，不便计算，且得到的结果只是某个区域总的接纳量；另外大规模风电的并网运行给电网的调度运行管理提出了挑战，为保证大规模风电接入后电网的安全稳定运行，需要加强对新能源的调度和运行控制；因此，提供一种减少弃风弃光现象、对接纳水平准确评估、无需反复迭代寻优、实现新能源和运行控制的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法是非常有必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种减少弃风弃光现象、对接纳水平准确评估、无需反复迭代寻优、实现新能源和运行控制的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，所述的方法包括以下步骤：
[0005]步骤1：构建分布式电源接纳能力数学模型并采用提升策略，规划运行含高比例分布式电源的配电网；
[0006]步骤2：构建间歇性能源发电接纳能力评估模型以及新能源接纳能力日前评估模型，解决新能源接纳公平性问题；
[0007]步骤3：构建基于多区域新能源接纳能力评估模型，有效评估一定限电比例要求下可接纳的新能源装机规模；
[0008]步骤4：构建基于地区功率平衡的新能源最大接纳能力评估模型，为各地区新能源的装机规模和建设时序提供参考；
[0009]步骤5：采用基于接纳能力的新能源调度方法，为电网吸纳和调度新能源提供参考。
[0010]所述的步骤1中的分布式电源接纳能力数学模型具体为：分布式电源接纳能力数学模型为：式中，x为分布式电源即DG接入容量决策向量，x＝
[x1x2...x
n
]T
；n为系统总节点数；e为单位向量，e＝[11...1]T
；X为x的可行集；y为节点电压、线路电流系统状态向量；A、B分别为x、y的系数矩阵；k为系统参数向量；在此基础上，考虑有载调压变压器抽头调整、无功补偿、逆变器功率因数控制DG接纳能力提升技术的改进模型为：式中，a为x的系数向量，a＝[a1a2...a
n
]T
；z为变压器变比、无功补偿量、逆变器功率因数提升技术对应的状志向量；Z为z的可行集；C为z的系数矩阵；当考虑DG和负荷的不确定性时，建立机会约规划模型为：式中，P{
·
}为概率向量；β为机会约束向量，能够反映配电网各项运行指标的合格率要求。
[0011]所述的步骤2中的间歇性能源发电接纳能力评估模型具体为：间歇性能源发电接纳能力评估的优化目标有两种，一是间歇性能源发电接纳能力最大，此时间歇能源发电的最大发电能力设为预测发电能力，最低技术出力设为0，据此，其目标函数可表达为：式中，NT为评估周期内时段数；NR为间歇性能源发电机组数；P
i,t
为机组i在t时段的发电计划；其次，以系统总发电成本最低为目标，设置间歇性能源发电成本为低于0的数值，表示间歇性能源发电的环保效益，其目标函数为：式中：NI为系统中参与调度的机组数；C
i,t
为机组i在t时段的发电成本；ST
i,t
为机组i在t时刻的启动成本；采用间歇性能源发电接纳能力最大为评估目标时，在满足各种约束条件下不考虑常规能源发电成本；采用系统总体发电成本最低为日标，则能够在评估中充分考虑接纳间歇性能源发电时的代价均衡，并有助于设计合理的辅助服务补偿机制来调动各方积极性，提升间歇性能源接纳能力。
[0012]所述的步骤2中的新能源接纳能力日前评估模型具体包括以下步骤：
[0013]步骤2.1：确定新能源接纳能力评估区域：根据电网拓扑结构自动确定需要评估新能源接入地区及关联新能源电场信息，主要过程为：
①
从电网模型中读取新能源机组信息；
②
根据电网拓扑结构，确定新能源机组至电网负荷中心或者外送联络线关口的厂站和线路；
③
记录新能源机组与厂站、线路的关系；
④
重复步骤
①
，确定电网所有新能源机组与厂站、线路关系；
⑤
根据新能源机组与厂站、线路关系以及电网分区信息，确定新能源接纳能力评估的区域及相关新能源机组；
[0014]步骤2.2：分区日前新能源接纳能评估模型：采用基于安全约束经济调度即SCED模型的方法评估风电、光伏新能源接入地区日前新能源接纳能力，即在满足电网和常规机组运行条件的基础上，常规机组配合新能源接入地区新能源机组出力调整，分析评估的新能源接入地区接纳新能源的安全极限；具体为：1)评估目标：对风电、光伏新能源接入地区或者系统，日前新能源接纳能力评估的目标是在满足电网负荷、电网安全和机组运行约束条件的基础上，使评估区域或系统在未来一天接纳新能源发电量最大，目标函数为：式中，G
w
为评估区域内新能源机组集台；G为系统内所有新能源机组
集合；N
T
为评估时段；p
w
(g,t)为新能源机组g在t时段的电力最大出力；2)约束条件：2.1)新能源出力约束：为了得到评估区域安全接纳新能源的极限能力，对评估区域内的新能源机组，新能源机组出力应满足最大技术出力约束，即：式中，为新能源机组g在t时刻最大技术出力；对于评估区域外新能源机组，出力应满足新能源功率预测值约束，即：式中，为新能源机组g在t时刻的新能源功率预测值；2.2)系统负荷平衡约束：式中，I为除新能源机组外常规机组集合；L(t)为t时的系统发电口径净负荷；2.3)旋转备用约束：式中，为常规机组i在t时段提供的上旋转备用；为系统在t时段的上旋转备用需求；r(i,t)为常规机组i在t时段提供的下旋转备用；R(t)为系统在t时段的下旋转备用需求；2.4)常规机组出力约束：p
min
(i,t)
·
U(i,t)≤p(i,t)≤p
max
(i,t)
·
U(i,t)(10)，式中，p
min
(i,t)、p
max
(i,t)分别为常规机组i在t时刻最小、最大技术出力；U(i,t)为常规机组i在t时刻是否运行标志；2.5)常规机组调节速率约束：
‑
Δ
i
≤p(i,t)
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤1：构建分布式电源接纳能力数学模型并采用提升策略，规划运行含高比例分布式电源的配电网；步骤2：构建间歇性能源发电接纳能力评估模型以及新能源接纳能力日前评估模型，解决新能源接纳公平性问题；步骤3：构建基于多区域新能源接纳能力评估模型，有效评估一定限电比例要求下可接纳的新能源装机规模；步骤4：构建基于地区功率平衡的新能源最大接纳能力评估模型，为各地区新能源的装机规模和建设时序提供参考；步骤5：采用基于接纳能力的新能源调度方法，为电网吸纳和调度新能源提供参考。2.如权利要求1所述的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的步骤1中的分布式电源接纳能力数学模型具体为：分布式电源接纳能力数学模型为：式中，x为分布式电源即DG接入容量决策向量，x＝[x1x2...x
n
]
T
；n为系统总节点数；e为单位向量，e＝[11...1]
T
；X为x的可行集；y为节点电压、线路电流系统状态向量；A、B分别为x、y的系数矩阵；k为系统参数向量；在此基础上，考虑有载调压变压器抽头调整、无功补偿、逆变器功率因数控制DG接纳能力提升技术的改进模型为：式中，a为x的系数向量，a＝[a1a2...a
n
]
T
；z为变压器变比、无功补偿量、逆变器功率因数提升技术对应的状志向量；Z为z的可行集；C为z的系数矩阵；当考虑DG和负荷的不确定性时，建立机会约规划模型为：式中，P{
·
}为概率向量；β为机会约束向量，能够反映配电网各项运行指标的合格率要求。3.如权利要求2所述的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的步骤1中的提升策略具体包括以下方面：
①
有载调压变压器抽头调整：灵活调整有载调压变压器的抽头位置，可快速调节系统电压水平，能够有效预防大规模DG接入时的过电压问题，进而提高DG接纳能力；
②
无功补偿：在高渗透DG接入配电网导致过电压问题时，可通过静止无功补偿器补偿感性无功来快速降低电压水平，有利于提高DG接纳能力；
③
逆变器功率因数控制：对DG并网逆变器进行功率因数控制，在其出力高峰时段吸收无功即运行在滞后功率因数，以降低整体电压水平，可提高DG接纳能力；
④
网络重构：通过网络拓扑优化来调整潮流分布，可保证系统安全运行指标维持在合理范同内，有利于DG接纳能力的提升；
⑤
需求例响应：基于电价或激励的需求侧响应可满足配电网灵活性的平移性和宽幅性要求，能够有效增加DG出力高峰时段的净负荷，降低运行约束的越限风险，有助于提高DG接纳能力；
⑥
储能技术：储能参与配电网的功率供需平衡调节，有效降低DG出力高峰时段的功率渗透率，保证运行约束不越限；
⑦
电压协调控制：电压协调控制可进一步优化系统电压分布，其中集群电压协调控制有效结合了集中控制和分布式控制的优点，可基于集群划分实现群内自治优化和群间协调优化，具有更好的调压性能，能够显著提升DG接纳能力；
⑧
设各改造：对配
电网一次设备进行改造升级，可有效提高其电流耐受能力，进而通过放宽短路电流约束来提高DG接纳能力。4.如权利要求1所述的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的步骤2中的间歇性能源发电接纳能力评估模型具体为：间歇性能源发电接纳能力评估的优化目标有两种，一是间歇性能源发电接纳能力最大，此时间歇能源发电的最大发电能力设为预测发电能力，最低技术出力设为0，据此，其目标函数可表达为：式中，NT为评估周期内时段数；NR为间歇性能源发电机组数；P
i,t
为机组i在t时段的发电计划；其次，以系统总发电成本最低为目标，设置间歇性能源发电成本为低于0的数值，表示间歇性能源发电的环保效益，其目标函数为：式中：NI为系统中参与调度的机组数；C
i,t
为机组i在t时段的发电成本；ST
i,t
为机组i在t时刻的启动成本；采用间歇性能源发电接纳能力最大为评估目标时，在满足各种约束条件下不考虑常规能源发电成本；采用系统总体发电成本最低为日标，则能够在评估中充分考虑接纳间歇性能源发电时的代价均衡，并有助于设计合理的辅助服务补偿机制来调动各方积极性，提升间歇性能源接纳能力。5.如权利要求4所述的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的步骤2中的新能源接纳能力日前评估模型具体包括以下步骤：步骤2.1：确定新能源接纳能力评估区域：根据电网拓扑结构自动确定需要评估新能源接入地区及关联新能源电场信息，主要过程为：
①
从电网模型中读取新能源机组信息；
②
根据电网拓扑结构，确定新能源机组至电网负荷中心或者外送联络线关口的厂站和线路；
③
记录新能源机组与厂站、线路的关系；
④
重复步骤
①
，确定电网所有新能源机组与厂站、线路关系；
⑤
根据新能源机组与厂站、线路关系以及电网分区信息，确定新能源接纳能力评估的区域及相关新能源机组；步骤2.2：分区日前新能源接纳能评估模型：采用基于安全约束经济调度即SCED模型的方法评估风电、光伏新能源接入地区日前新能源接纳能力，即在满足电网和常规机组运行条件的基础上，常规机组配合新能源接入地区新能源机组出力调整，分析评估的新能源接入地区接纳新能源的安全极限；具体为：1)评估目标：对风电、光伏新能源接入地区或者系统，日前新能源接纳能力评估的目标是在满足电网负荷、电网安全和机组运行约束条件的基础上，使评估区域或系统在未来一天接纳新能源发电量最大，目标函数为：式中，G
w
为评估区域内新能源机组集台；G为系统内所有新能源机组集合；N
T
为评估时段；p
w
(g,t)为新能源机组g在t时段的电力最大出力；2)约束条件：2.1)新能源出力约束：为了得到评估区域安全接纳新能源的极限能力，对评估区域内的新能源机组，新能源机组出力应满足最大技术出力约束，即：式中，为新能源机组g在t时刻最大技术出力；对于评估区域外新能源机组，出力应满足新能源功率预测值约束，即：式中，为新能源机组g在t时
刻的新能源功率预测值；2.2)系统负荷平衡约束：式中，I为除新能源机组外常规机组集合；L(t)为t时的系统发电口径净负荷；2.3)旋转备用约束：式中，为常规机组i在t时段提供的上旋转备用；为系统在t时段的上旋转备用需求；r(i,t)为常规机组i在t时段提供的下旋转备用；R(t)为系统在t时段的下旋转备用需求；2.4)常规机组出力约束：p
min
(i,t)
·
U(i,t)≤p(i,t)≤p
max
(i,t)
·
U(i,t)(10)，式中，p
min
(i,t)、p
max
(i,t)分别为常规机组i在t时刻最小、最大技术出力；U(i,t)为常规机组i在t时刻是否运行标志；2.5)常规机组调节速率约束：
‑
Δ
i
≤p(i,t)
‑
p(i,t
‑
1)≤Δ
i
(11)，式中，Δ
i
为常规帆组i每时段爬坡速率的最大值；2.6)支路和断面潮流约束：式中，p
f
(l,t)、p
f
(l,t)分别为支路或者断面l的潮流功率上下限值；p
f
(l,t)为l在t时刻计划潮流；2.7)分区备用约束：式中，Ar为备用分区；R
Ar
、R
′
Ar
分别为区上旋备用和下旋备用；步骤2.3：评估分析：日前新能源接纳能力评估的是按新能源接入地区评估每个新能源接入地区和系统接纳新能源最大出力，为日前、日内计划和调度运行提供参考依据，分区日前新能源接纳能力评估流程具体为：
①
确定风电最大接入分析区域对象，根据电网拓扑模型和风电场位置，确定待评估的风电接入地区及关联风电机组；
②
调用静态安全校核灵敏度服务模块计算监视元件灵敏度数据；
③
对每一个评估分析区域或系统根据风功率预测数据，评估地区外风电出力接风功率预测值固定，评估区域内风电出力可调，系统内常规机组配合风电出力调整；按分区日前新能源接纳能力评估模型风电接入区域最大新能源接纳电量和最大接纳曲线；
④
依次对每个待评估的风电接入地区重复步骤
③
；
⑤
输出、展示每个风电接入地区和系统的最大新能源接纳电量和最大接纳曲线。6.如权利要求1所述的一种配网新能源接纳能力提升的评估方法，其特征在于：所述的步骤3中的构建基于多区域新能源接纳能力评估模型具体包括以下步骤：步骤3.1：目标函数：模型以系统运行经济性最优为目标，目标函数包括火电机组燃料成本I、火电机组启停成本H、各类机组和线路可变运行成本V、缺电成本N、污染物排放成本E，即：MinZ＝I+H+V+N+E(14)，其中，式中，j为火电机组；a
j
为火电机组j额定燃料耗率；c
j
为火电机组j燃料单位价格；P
i,j,k,t
为连续型决策变量，代表区域i类型j机组在典型情景k时刻t的出力；式中，d
j
为火电机组j单次启停费用；U
i,j,k,t
为整数型巩策变量，代表区域i类型j电源在典型情景k时刻t的启停状态；
式中，v
j
、vl
m
为机组j和线路m的变动运行费用系数，其中类型j包括火电，水电、抽水蓄能、储能、风电、太阳能发电，j为火电机组时，0代表机组关停，1代表机组开启；j为抽水蓄能和储能机组时，0代表抽水/充电工况，1代表充电/发电1工况；L
m,k,t
为连续型决策变量，代表第m条输电线在典型情景k时刻t的潮流；式中，n
i
为区域i的单位缺电成本；Y
i,j,t
为连续型决策变量，代表区域i在典型情景k时划t的电力缺额；式中，e
j
为机组j单位发电量污染物排放系数；z
j
为单位污染物排放成本；步骤3.2：约束条件：3.21)资源约束：各区域新能源接纳能力不大于本区域可用风光资源的约束为：式中，C
wind,i
为连续型决策变量，代表区域i的风电接纳能力；C
solar,i
为连续型决策尘世.代表区域i的太阳能发电接纳能力；C
max,wind,i
、C
max,solar,i
分别为区域i风、光资源最大可承载装机规模；3.22)电力平衡约束：为减少计算规模，按照水平年的典型场景进行电力平新，对区域i典型情景k时到t，有：式中，P
i,j,k,t
为区域i内的各机组出力；L
m,k,t
为落点或起点位于区域i的线路出力；Y
i,j,t
为区域i缺电情况；3.23)机组和线路出力上下限约束：3.231)对火电机组：U
i,j,k,t
P
i,j,min
≤P
i,j,k,t
≤U
i,j,k,t
P
i,j,max
(22)，式中，j为火电机组；P
i,j,min
、P
i,j,max
分别为火电机组j的出力下限和上限；3.232)对储能和抽水蓄能：式中，j为抽水蓄能和储能机组；P
i,j,genmin
、P
i,j,genmax
分别为机组j发电/放电工况出力下限和上限；P
i,j,pumpmin
、P
i,j,pumpmax
分别为机组j抽水/充电工况出力下限和上限；3.233)对风电和太阳能发电：对风电和太阳能发电，其每个时刻的最大出力为该时刻的预测可用出力标幺值与可按纳装机规模的乘积，即：0≤P
i,j,k,t
≤C
i
P
i,j,k,t,available
(24)，式中，j为风电和太阳能发电机组；P
i,j,k,t,available
为时刻t的可用出力标幺值；C
i
为区域i可接纳装机规模；3.234)对线路：P
lineminm
≤L
m,k,t
≤P
linemaxm
(25)，式中，P
linem...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛垚，魏珂，刘泽辉，靳伟丹，方哲，程龙，李翔，王云涛，董奥冬，郭琳，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司焦作供电公司，
类型：发明
国别省市：