一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法技术

本发明专利技术公开了一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，包括步骤

【技术实现步骤摘要】
一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法


[0001]本专利技术涉及阀门设备领域，特别涉及一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法
。

技术介绍

[0002]1、
新能源消纳程度指标体系
[0003]截至
2021
年
12
月底，全国发电装机容量达到
23.8
亿千瓦，可再生能源发电装机容量
10.6
亿千瓦，占全部电力装机的
44.5
％
。
其中，水电装机
3.91
亿千瓦，占全部电力装机的
16.4
％；风电装机
3.28
亿千瓦，占全部电力装机的
13.8
％；光伏发电装机
3.06
亿千瓦，占全部电力装机的
12.9
％；生物质发电装机
3798
万千瓦，占全部电力装机的
1.6
％
。
[0004]目前，新能源消纳评估主要从弃风弃光率
、
新能源消纳空间和综合效益等方面来评估新能源的消纳程度
。
[0005]1)
弃风弃光主要由于受限于某种原因被迫放弃风水光能，停止相应发电机组或减少其发电量，也可以说是电站的发电量大于电力系统最大传输电量
+
负荷消纳电量
。
然而，弃风弃光率只关注清洁能源电力的消纳电量比例，无法分析造成弃风弃光现象的原因，难以对提升新能源消纳能力提供指导
。
[0006]2)
新能源消纳空间通常由“本地负荷
+
外送功率”时序曲线与常规机组最小技术出力之间的系统调节空间测算得到，即为理论上新能源最大消纳空间
W
，如图2所示
。
当新能源的发电出力小于新能源最大消纳空间，新能源的发电出力系统可全额消纳；当新能源的发电出力大于新能源最大消纳空间，超出的部分系统无法消纳产生新能源弃电问题
。
影响新能源消纳的主要因素包括常规机组的调节能力
、
外送能力
、
负荷规模
、
负荷峰谷差以及新能源的出力水平
。
分析新能源消纳的常规思路是：“负荷
+
外送功率”时序曲线减去常规机组最小技术出力求得新能源最大消纳空间，再结合新能源实际出力情况求取新能源消纳量
。
[0007]3)
现有研究从经济
、
社会和环境效益出发，分别选取具有代表性的清洁能源消纳效益评估指标，从而形成新能源消纳多维度综合效益评估
。
[0008]综上所述，目前国内外学者针对新能源消纳的综合评估已开展了一定研究，但仍存在一些不足：
[0009]一是现有研究大多仅评估集中式新能源的消纳程度，忽略了分布式新能源消纳程度的评估
。
而在县域电力系统中，分布式发电是新能源的重要组成部分，故现有研究中的指标体系直接用于县域新能源消纳评估仍较为片面
。
因此，需要全面考虑集中式和分布式新能源建设
、
运行和消纳情况，构建全方位的新能源消纳评估指标体系
。
[0010]二是多数研究中仅提出了新能源消纳指标的定义和计算方法，但缺少相应的综合评价方法，无法对新能源消纳指标体系结果做出系统和全面的分析
。
因此，需要在新能源消纳评估指标体系的基础上，使用综合评估方法，实现多角度
、
全方位综合评估
。
[0011]2、
新能源消纳对电网的影响指标体系
[0012]近年来，新能源电站不断建设发展，装机容量及上网电量均快速攀升
。
但新能源接
入电网中低压穿越方式较多，在复杂故障电流特性以及间歇性运行的影响下，可能会对电网运行稳定性造成不良影响
。
因此，亟待就新能源大规模接入电网对于电网安全稳定运行的影响进行分析
。
同时，考虑到新能源发电的边际成本和碳排放量，还需就大规模的新能源消纳对电网经济性和低碳性方面的影响进行分析
。
[0013]各地对新能源消纳可能对电网产生的影响进行了初步研究，从稳定性
、
经济性
、
风险性多方面分别评价
。
在各地所提出的不同指标体系当中，较为典型的是随州和甘肃建立起的体系，从不同角度分析了新能源消纳对电网的影响
。
[0014]由于近年来随州地区的新能源呈井喷式的发展趋势，新能源出力的不确定性
、
随机性和波动性，影响了电力系统的正常运行
。
所以随州市从安全稳定性
、
电能质量
、
可靠性
、
经济性
、
风险性五方面提出了综合性的评价指标，来评价新能源接入时配电系统的现有水平
。
[0015]然而，该套指标体系仍存在几点不足
。
一方面，该指标体系仅关注新能源消纳对电力系统安全性
、
经济性的影响，但忽略了对电力系统低碳性的影响；另一方面，该指标体系以市级电网为评价主体，仍难以直接用于县域电网的评价
。
[0016]甘肃国网联合山东国网对大规模风电接入电网的综合安全进行了评估
。
综合考虑风电送出水平
、
静态安全性
、
暂态稳定性以及运行经济性等要求，全面分析风电机组发电负荷率
、
不同接入点风电场群出力比
、
线路或变压器过负荷
、
母线电压越限
、
发电机最大功角差
、
断面稳定极限
、
火电机组发电负荷率和系统网损等综合影响，并对其影响进行综合评估
。
根据各个因素集和因素子集间相互关系，定义方案层
、
准则层和指标层三层递阶层次结构形成的模糊评判模型递阶层次结构关
。
[0017]该评价指标主要从风电接入的安全性方面进行评价，且其关注的更多是风电机组端的指标，对整个电网安全性的综合评判指标较少，仅有线路或变压器过负荷
、
母线电压越限
、
断面稳定极限
、
系统网损这些指标
。
此外，线路或变压器过负荷指标与新能源接入后可能出现的线路轻载情况相反，不能很好的反应实际情况
。
[0018]3、
电力系统灵活性指标体系
[0019]电力系统灵活性，即在考虑经济性的前提下，系统迅速响应供需两侧不确定性的能力
。
新能源发电比例的不断提高对电力系统的灵活性提出了新的挑战
。
在新能源渗透率不高的阶段，灵活性不足导致了局部地区局部时段的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：新能源消纳程度指标体系，新能源消纳程度指标是反映新能源建设利用情况的基础指标，从新能源建设
、
新能源运行和新能源消纳三个方面建立新能源消纳程度指标体系；步骤
S2
：新能源消纳对电网的影响指标体系，从稳定可靠性
、
运行经济性和绿色低碳性三个方面构建新能源消纳对电网的影响指标；步骤
S3
：电力系统灵活性指标体系，基于调峰火电机组
、
储能设备
、
需求响应设备的装机容量及实际出力，从电力系统灵活性资源建设情况和电力系统灵活性资源运行情况两个方面构建电力系统灵活性指标体系，定量刻画电力系统的灵活性
。2.
根据权利要求1所述的一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，其特征在于，步骤
S1
中的新能源建设情况，直接反映了县域可再生能源的开发水平，也是提高电力系统中新能源占比的先决条件，需要设计新能源建设指标，包括集中式新能源装机容量占比
、
分布式新能源渗透率
、
新能源年发电量占比
、
本地新能源开发率：
1)
集中式新能源装机容量占比集中式新能源装机容量占所有类型机组总装机容量的比例：其中，
P
i,new
表示第
i
个集中式新能源机组的装机容量
(
共
N
个
)
；
P
i,nor
表示第
i
个常规机组装机容量
(
共
M
个
)
；
2)
分布式新能源渗透率分布式新能源的装机容量占全年最大负荷的比例：其中，
P
i,dis
表示第
i
个分布式新能源机组的装机容量
(
共
N
个
)
；
D
peak
表示全年最大峰值负荷；
3)
新能源年发电量占比新能源年发电量占全社会用电量的比例：其中，
W
i,new
表示第
i
个新能源机组年发电量；
D
total
表示全社会用电量；
4)
本地新能源开发率现阶段本地新能源开发程度与新能源可开发程度的比例，反映了本地新能源开发利用现状及剩余可开发量：
其中，
Z
total
表示本地可再生资源潜力
。3.
根据权利要求1所述的一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，其特征在于，步骤
S1
中的新能源建设情况不能反映当地可再生能源发电设备的实际运行状态，需要设计新能源运行情况指标，反映新能源为县域电网提供电源支撑的实际运行，包括全绿电天数占比
、
峰荷时段新能源出力占比
、
谷荷时段新能源出力占比：
1)
全清洁能源供电时长全年内新能源出力大于用电负荷的小时数占比：其中，
H
new
表示全年内新能源出力大于用电负荷的小时数；
2)
峰荷时段新能源出力占比全年最大负荷时刻新能源出力占总负荷的比例：其中，
P
max
表示全年最大负荷时刻新能源出力功率；
P
peak
表示峰荷时段总负荷；
3)
谷荷时段新能源出力占比全年最小负荷时刻新能源出力占总负荷的比例：其中，
P
min
表示全年最小负荷时刻新能源出力功率；
P
valley
表示谷荷时段总负荷
。4.
根据权利要求1所述的一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，其特征在于，步骤
S1
中的新能源消纳情况反映了县域新能源的利用水平，为判断县域电网消纳能力是否匹配新能源建设速度提供参考，需要设计新能源建设指标，包括风电消纳率
、
光伏消纳率
、
风电消纳年增长率
、
光伏消纳年增长率
、
新能源就地消纳率
、
最大县域消纳空间：
1)
风电消纳率风电实际消纳量占风电发电量的比例：其中，
γ
w
表示风电消纳率，
W
aw
表示弃风电量，
W
rw
表示风电实际上网电量，
W
sw
表示风电自用自发电量；
2)
光伏消纳率光伏实际消纳量占光伏发电量的比例：
其中，
γ
pv
表示弃光率，
W
apv
表示弃光电量，
W
rpv
表示光伏实际上网电量，
W
spv
表示光伏自用自发电量；
3)
风电消纳年增长率第
n
年的风电利用率和第
n
‑1年的风电利用率的差值：
η
w
＝
γ
w,n
‑
γ
w,n
‑1其中，
η
w
表示风电利用年增长率；
γ
w,n
表示第
n
年的风电利用率；
4)
光伏消纳年增长率第
n
年的光伏利用率和第
n
‑1年的光伏利用率的差值：
η
pv
＝
γ
pv,n
‑
γ
pv,n
‑1其中，
η
pv
表示光伏利用年增长率；
γ
pv,n
表示第
n
年的光伏利用率；
5)
新能源就地消纳率定义县域消纳电量比例为本县域内就地消纳电量占总消纳电量的比例：其中，
W
lo
表示本县域内就地消纳电量；
W
de
表示外送消纳电量；
6)
最大县域消纳空间由于新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，新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，新能源消纳问题与系统调节能力密切相关，对于内部无网络约束的系统，新能源消纳只需满足发
、
用电动态平衡和系统调节能力下限约束，“负荷
+
联络线外送功率”曲线与系统调节能力下限之间的系统调节空间即为最大县域消纳空间：
E
a
＝
E
D
‑
E
out
‑
E
G,lower
其中，
E
D
表示本地负荷电量；
E
out
表示区外来电电量，
E
G,lower
表示本地机组最小技术出力
。5.
根据权利要求1所述的一种县域新能源消纳及其对电网影响指标体系构建方法，其特征在于，步骤
S2
中的电网稳定可靠性是评价电力系统运行安全的一个核心指标，主要指的是电力系统在受到扰动后重新恢复到运行平衡状态的能力，主要包括综合电压合格率
、
户均停电小时数
、
供电可靠率
、
容载比4项二级指标：
1)
综合电压合格率全年电压在允许偏差范围内累计运行时间占比，高比例新能源机组的有功变化将显著影响配网潮流，进而引起节点电压越限问题，综合电压合格率对此进行评估，评价指标具体计算方式如下：
K
综
＝
0.5Ka+0.5(Kb+Kc+Kd)/N
其中，
Ka
为
A
类电压监测点电压合格率，
Kb
为
B
类电压监测点电压合格率，
Kc
为
C
类电压监测点电压合格率，
Kd
为
D
类电压监测点电压合格率，
N
的大小代表除
A
类外含几类电压监测点；
2)
户均停电小时数用户在统计期间内的平均停电小时数，具体计算方式如下：
其中，
t
为每次停电时间
(
小时
)
，
N
停
为每次停电用户数，
N
总
为总供电用户数；
3)
供电可靠率全年用户有效供电总小时数占比，具体计算方式如下：其中，
T
有效
为全年用户有效供电总...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，张艺涵，杨钦臣，李慧璇，田春筝，王昱清，赵鹏鸽，张泓楷，祖文静，贾乾罡，严毅，平健，严正，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：