CN104092248A - 一种风火打捆外送容量协调优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，包括以下步骤：1)确定风火打捆外送容量协调优化配置的边界条件；2)拟定风火打捆外送通道的运行曲线；3)计算配套火电机组的装机容量；4)计算风电机组装机容量初始值；5)对风火打捆配置容量初始方案进行生产模拟；6)以步长Δ₁增加风电机组的初始配置容量，得到新的配置容量方案；7)对新的配置容量方案进行生产模拟；8)判断新的配置容量是否满足约束条件；9)根据步骤8)中确定的满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案，进行N-1安全稳定校验；10)满足安全稳定校验的即为最终的风火打捆外送协调优化配置容量。本发明可广泛应用于大规模风电风火打捆外送的容量协调优化配置问题。

Description

一种风火打捆外送容量协调优化配置方法

技术领域

本发明涉及一种电力输送配置容量方法，特别是关于一种基于风/火电联合运行生产模拟的风火打捆外送容量协调优化配置方法。

背景技术

随着世界新能源的蓬勃发展和科学技术日新月异的进步，我国风电产业发展迅速，风电并网技术的进步与国民经济的发展密切相关。我国风能资源丰富的地区一般位于远离负荷中心的电网末端，除了东北风电基地和沿海的海上风电基地是就地接入电网消纳之外，河北、内蒙、甘肃和新疆等风电基地均需要进行远距离输送。我国风能资源的这种逆向分布形式以及电网构架的特点，决定了我国风电开发利用的主要模式为“规模化开发、集中式并网”。

由于风电基地出力间歇性、随机性和波动性太大，使得风电的利用率大打折扣，而且也对系统的备用容量提出了更高要求。为了充分利用风资源优势，降低单纯风电基地出力功率波动对受端系统的影响，在一定范围内同时建设大规模风电火电基地，并考虑采用远距离大容量风火打捆送电通道外送，是目前大型风电基地并网的主要开发模式。在依靠火电机组为风电调峰的技术门槛前提下，为了在尽可能利用清洁能源的同时又不失火电机组的经济性，充分分析风电基地的出力特性，研究合理的风火打捆配置容量显得尤为重要。目前，风火打捆配置容量一般有以下几种方法：一是根据风电占外送通道输送容量的比例计算风电装机容量；二是根据预留的外送通道输电容量计算配套的风电装机容量；三是根据直流小负荷运行方式计算配套风电装机容量。但是，这几种方法都没有充分考虑风火打捆外送的技术和经济性约束，也无法最大程度发挥风火打捆输送通道功能，提高设备利用效益，显然，这几种方法均不适用于大规模风电接入后有效计及风火打捆外送的技术和经济性约束问题的风火打捆外送容量的协调优化配置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于风/火电联合运行生产模拟的风火打捆外送容量协调优化配置方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，包括以下步骤：1)确定风火打捆外送容量协调优化配置的边界条件，该边界条件包括外送通道输电能力、年利用小时数、送端系统火电机组的运行特性、送端系统风电出力特性曲线和受端系统负荷特性曲线；2)根据受端系统负荷特性曲线，拟定风火打捆外送通道的运行曲线；3)根据风火打捆外送通道运行曲线中的高峰负荷P_max确定风火打捆外送配套火电机组的装机容量S_t；4)根据风火打捆外送通道运行曲线中的低谷负荷P_min，计算风火打捆外送配套风电机组的装机容量初始值S_w0，得到风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)；5)对得到的风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)进行风/火电联合运行生产模拟，得到火电利用小时数t和弃风电量λ；6)以步长Δ₁增加风电机组的初始配置容量，火电机组配置容量保持不变，得到新的风火打捆配置容量方案；7)对新的风火打捆外送配置容量方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到新的弃风电量百分率和火电利用小时数；8)判断新的弃风电量百分率和火电利用小时数是否满足约束条件，所述约束条件为新的弃风电量百分率大于最大弃风电量百分率λ₀或者新的火电利用小时数小于最小火电利用小时数t₀，并通过重复步骤6)和步骤7)最终得到满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案(S_w(n+1)、S_t)；9)根据得到的满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案(S_w(n+1)、S_t)，判断对送端电网和外送输电通道是否满足N-1安全稳定校验，并通过采取系统措施或以步长Δ₂逐步减少风电机组的配置容量，直至送端电网和外送输电通道满足N-1安全稳定校验为止；10)满足N-1安全稳定校验的风火打捆配置容量即为最终的风火打捆外送协调优化配置容量。

所述步骤3)中风火打捆外送配套火电机组装机容量S_t的计算公式为：

S_t＝P_max×(1+ζ)×(1+η)

其中，ζ为火电设备检修备用率，η为厂用电率，P_max为高峰负荷。

所述步骤4)中风火打捆风电配置容量初始值S_w0的计算公式为：

S_w0＝(P_min－P_tech)/γ

其中，γ为风电的有效出力概率，P_min为低谷负荷，火电最小技术出力P_tech由火电机组的运行特性确定。

所述步骤6)中当前风火打捆风电配置容量S_w(n+1)：

S_w(n+1)＝S_w0+nΔ₁

其中，n是迭代次数，Δ₁为步长。

所述步骤8)中最大弃风电量百分率λ₀取5％，最小火电利用小时数t₀取值范围为4500～5500。

所述步长Δ₁采用400MW。

所述步长Δ₂应小于Δ₁，本发明中Δ₂采用300MW。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明充分考虑了风火打捆外送的技术和经济性约束，可以最大程度发挥风火打捆外送通道功能。2、本发明方法优化了风火电配置容量，提高了风电机组和火电机组的设备利用效益。3、本发明方法优化了风火打捆配置容量，保障了电网的安全稳定运行。本发明可广泛应用于大规模风电风火打捆外送的容量协调优化配置问题。

附图说明

图1是本发明风火打捆外送容量协调优化配置方法的流程图

图2是本发明实施例中送端网架结构图

图3是本发明实施例中哈密地区的风电年特性曲线

图4是本发明实施例中哈密地区的风电日出力变化特性

图5是本发明实施例中负荷高峰和负荷低谷时段的风电持续出力曲线

图6是受端河南电网的典型日负荷特性

图7是本发明实施例中拟定的风火打捆外送通道运行曲线

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，包括以下步骤：

1)确定风火打捆外送容量协调优化配置的边界条件，该边界条件包括外送通道输电能力、年利用小时数、送端系统火电机组的运行特性、送端系统风电出力特性曲线和受端系统负荷特性曲线。

2)根据步骤1)中确定的受端系统负荷特性曲线，拟定风火打捆外送通道的运行曲线。

为参与受端系统调峰，当受端系统电网处于负荷高峰时段时，风火打捆外送通道应运行在大负荷方式下，其高峰负荷的额定功率为P_max；当受端系统电网处于负荷平峰或小负荷时段时，风火打捆外送通道应运行在小负荷方式下，其低谷负荷的额定功率为P_min。

3)根据步骤2)中拟定的风火打捆外送通道运行曲线中的高峰负荷P_max，确定风火打捆外送配套火电机组的装机容量S_t。

在充分利用风火打捆外送通道的外送电能力情况下，当考虑了火电设备检修备用之后，风火打捆的最大出力取决于火电机组的开机方式和风电机组的预计保证出力。为满足负荷高峰时段的送电需求，送端系统高峰时段的预留电力可根据火电外送电力和风电保证出力来安排。理论上，可以根据高峰时段的预留电力需求来计算配套的风电机组装机容量，但实际上，从大量风电数据测算和实际运行情况来看，风电保证出力的水平较低，如果要求保证率为90％，则风电保证出力不足风电装机容量的10％，如果要求保证率为95％，则风电保证出力占风电装机容量的比例还将进一步降低。因此，若仅按照高峰负荷预留电力以及风电90％或95％的保证率出力来折算风电装机容量，那么弃风量是巨大的。

但时，如果在高峰负荷时段不考虑为风电预留电力，当风电有出力时通过调节火电来满足风电电力消纳，也可以保证外送通道的功率需要。因此，本发明在高峰负荷时段不考虑为风电预留电力，仅以高峰负荷来确定风火打捆配套的火电机组的装机容量S_t：

S_t＝P_max×(1+ζ)×(1+η)  (1)

其中，ζ表示火电设备检修备用率，η表示厂用电率，P_max表示高峰负荷。

4)根据步骤2)拟定的风火打捆外送通道运行曲线中的低谷负荷P_min，计算风火打捆外送配套风电机组的装机容量初始值S_w0，得到风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)。

风火打捆外送通道的低谷负荷P_min与火电机组的最小技术出力P_tech之差称为风火打捆外送通道低谷负荷时段的最小调峰裕度，也即风火打捆外送通道能够接纳的风电电力的最小值。本发明中根据最小调峰裕度计算低谷负荷时段对应的最小风电装机容量，并将其作为风火打捆风电配置容量初始值S_w0，计算公式为：

S_w0＝(P_min－P_tech)/γ  (2)

其中，γ为风电的有效出力概率，P_min为低估负荷，P_tech为火电最小技术出力，其由火电机组的运行特性确定。

5)对步骤3)和步骤4)得到的风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)进行风/火电联合运行生产模拟，并得到火电利用小时数t和弃风电量λ。

采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序SPER_ProS2013，对风火打捆配置容量初始方案(S_t、S_w0)进行风/火电联合运行生产模拟，该程序计及火电机组调节特性，根据不同外送通道典型日运行曲线和实际测风数据计算得出的风电功率，仿真计算得到风火打捆配置初始方案下的火电利用小时数t和弃风电量λ，其中，弃风电量λ以百分率表示。

6)以步长Δ₁增加风电机组的初始配置容量，Δ₁的大小根据实际需要而定，火电机组配置容量保持不变，得到新的风火打捆配置容量方案。

当前风火打捆风电的配置容量S_w(n+1)为：

S_w(n+1)＝S_w0+nΔ₁  (3)

其中，n是迭代次数，Δ₁为步长。公式(3)也可表示为：

S_w(n+1)＝S_wn+Δ₁  (4)

7)采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序SPER_ProS 2013，对新的风火打捆外送配置容量方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到新的弃风电量百分率和火电利用小时数。

8)判断新的弃风电量百分率和火电利用小时数是否满足约束条件，约束条件为新的弃风电量百分率大于最大弃风电量百分率λ₀或者新的火电利用小时数小于最小火电利用小时数t₀。其中，λ₀是弃风电量门槛值，一般取5％，t₀是火电利用小时数门槛值，取值范围为4500～5500。

若约束条件不满足，则重复步骤6)和步骤7)。

若满足约束条件，则生产模拟终止。此时得到满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案为(S_w(n+1)、S_t)。

9)根据得到的满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案(S_w(n+1)、S_t)，判断对送端电网和外送输电通道是否满足N-1安全稳定校验。

如果不满足N-1安全稳定校验：则采取优化送端电网网架和无功补偿配置等系统措施；采取系统措施后：若仍不满足校验，则以步长Δ₂逐步减少风电配置容量，采用的步长Δ₂应小于步骤6)中的步长Δ₁，并得到新的风火打捆外送配置容量方案，然后重复本步骤，直到送端电网和外送输电通道满足安全稳定校验为止。此时，风火打捆外送的风电配置容量S′_w(m+1)为：

S′_w(m+1)＝S_w(n+1)-mΔ₂  (5)

其中，m是迭代次数。

若风火打捆外送方案满足校验，则确定最终方案；

如果满足N-1安全稳定校验，则确定最终风火打捆外送配置容量方案。

10)步骤9)中满足N-1安全稳定校验的风火打捆配置容量(S′_w(m+1)，S_t)，即为最终的风火打捆外送协调优化配置容量。

下面以±800kV哈密～河南直流输电工程风火打捆配置容量作为本发明的一个实施例，并以2014年作为本实施例的计算水平年，对本发明一种风火打捆外送容量协调优化配置方法做进一步详细说明。

1)确定±800kV哈密～河南直流工程的边界条件：

①如图2所示，是±800kV哈密～河南直流工程的送端网架结构，其输电容量为8000MW，年利用小时数为6000小时。

②±800kV哈密～河南直流工程送端配套火电机组均采用超临界或超超临界间接空冷发电机组，该发电机组的最小技术出力P_tech可达到机组额定容量的50％，每分钟调节速率约为机组额定容量的3％～5％。根据西北电监会下发的《西北区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)》规定，西北区域安装自动发电控制装置(AGC)的火电机组调节速率应大于2％/min，为使机组实际能力留有一定裕度，本实施例所有相关计算中火电机组的调节速率统一取2％/min。

③如图3所示，哈密地区的风电年出力特性为春夏两季平均出力大，秋冬两季平均出力小。如图4所示，哈密地区春夏秋冬四季的风电日平均出力特性为：最大日平均出力出现在2～5时之间，最小日平均出力出现在15时左右。如图5所示，根据哈密风电10分钟出力数据，抽取新疆电网每天负荷低谷时段(取为2小时)的风电出力，按从大到小排序，形成负荷低谷时段的风电持续出力曲线，分析得到，哈密风电的最大出力可达到满发，但在95％的概率范围内，哈密风电出力不超过装机容量的75％。

④如图6所示，受端河南电网的夏季和冬季负荷特性曲线基本一致，典型日负荷曲线特性中负荷高峰时段一般出现在13点～22点。

2)如图7所示，根据步骤1)中确定的受端系统负荷特性曲线，拟定的哈密～河南直流外送通道的运行曲线为：在13点～22点之间运行在大负荷方式下，在其余时段运行在小负荷方式下。拟定的哈密～河南直流通道运行曲线中高峰负荷的额定功率P_max取1.0p.u.，低估负荷的额定功率P_min取0.6p.u.。

3)当火电设备检修备用率ζ为10％，厂用电率η为5％时，根据公式(1)计算风火打捆外送配套火电机组的装机容量S_t：

S_t＝8000*(1+10％)*(1+5％)＝9240MW

4)由图4可知，哈密地区风电的有效出力概率γ为0.75，P_tech＝0.5P_max，因此，由公式(2)计算可得风火打捆外送风电机组的配置容量初始值S_w0为：

S_w0＝(8000*0.6－0.5*8000)/0.75＝1067MW

在实际情况中，需对得到的风电装机容量初始值进行取整，因而，得到风火打捆外送风电和火电容量初始方案为(1100MW，9240MW)。

5)采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序SPER_ProS2013，对风火打捆配置容量初始方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到风火打捆配置初始方案下的火电利用小时数t为5773，弃风电量λ为0％。

6)最大弃风电量门槛值λ₀取5％，最小火电利用小时数门槛值t₀取4500小时，步长Δ₁取400MW，对得到的当前风火打捆外送配置方案进行生产模拟，过程如下表(如表1所示)。

表1风/火电联合运行生产模拟计算结果表

迭代次数	风电配置容量	弃风电量百分比	火电利用小时数
				0	1100	0％	5773
1	1500	0％	5691
				2	1900	0.11％	5608
3	2300	0.34％	5526
				4	2700	0.95％	5443
5	3100	1.26％	5361
				6	3500	1.83％	5278
7	3900	2.29％	5196
				8	4300	2.67％	5113
9	4700	2.91％	5031
				10	5100	3.35％	4948
11	5500	3.76％	4866
				12	5900	4.27％	4783
13	6300	4.58％	4701
				14	6700	4.95％	4618

当迭代次数为14时，由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟软件生产模拟的弃风电量百分比达到门槛值，迭代过程停止，得到当前风火打捆风电和火电配置容量方案为(6700MW，9240MW)。

7)根据步骤6)中确定的风火打捆风电和火电配置容量(6700MW，9240MW)，对送端电网和外送输电通道进行N-1安全稳定校验。步长Δ₂取300MW，校验过程及结果如下表(如表2所示)。根据公式(5)校验迭代2次后满足N-1安全稳定校验，也即风火打捆外送风电和火电配置容量方案为(6100MW，9240MW)时，满足N-1安全稳定校验。

表2安全稳定校验过程及结果表

8)最终确定的风火打捆外送协调优化配置容量为(6100MW，9240MW)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，包括以下步骤：

1)确定风火打捆外送容量协调优化配置的边界条件，该边界条件包括外送通道输电能力、年利用小时数、送端系统火电机组的运行特性、送端系统风电出力特性曲线和受端系统负荷特性曲线；

2)根据受端系统负荷特性曲线，拟定风火打捆外送通道的运行曲线；

3)根据风火打捆外送通道运行曲线中的高峰负荷P_max确定风火打捆外送配套火电机组的装机容量S_t；

4)根据风火打捆外送通道运行曲线中的低谷负荷P_min，计算风火打捆外送配套风电机组的装机容量初始值S_w0，得到风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)；

5)对得到的风火打捆外送配置容量初始方案(S_w0、S_t)进行风/火电联合运行生产模拟，得到火电利用小时数t和弃风电量λ；

6)以步长Δ₁增加风电机组的初始配置容量，火电机组配置容量保持不变，得到新的风火打捆配置容量方案；

7)对新的风火打捆配置容量方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到新的弃风电量百分率和火电利用小时数；

8)判断新的弃风电量百分率和火电利用小时数是否满足约束条件，所述约束条件为新的弃风电量百分率大于最大弃风电量百分率λ₀或者新的火电利用小时数小于最小火电利用小时数t₀，并通过重复步骤6)和步骤7)最终得到满足约束条件的风火打捆外送配置容量方案(S_w(n+1)、S_t)；

9)根据得到的满足约束条件的风火打捆外送风电和火电配置容量方案(S_w(n+1)、S_t)，判断对送端电网和外送输电通道是否满足N-1安全稳定校验，并通过采取系统措施或以步长Δ₂逐步减少风电机组的配置容量，直至送端电网和外送输电通道满足N-1安全稳定校验为止；

10)满足N-1安全稳定校验的风火打捆配置容量即为最终的风火打捆外送协调优化配置容量。

2.如权利要求1所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤3)中风火打捆外送配套火电机组装机容量S_t的计算公式为：

S_t＝P_max×(1+ζ)×(1+η)

其中，ζ为火电设备检修备用率，η为厂用电率，P_max为高峰负荷。

3.如权利要求1或2所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤4)中风火打捆风电配置容量初始值S_w0的计算公式为：

S_w0＝(P_min－P_tech)/γ

其中，γ为风电的有效出力概率，P_min为低谷负荷，火电最小技术出力P_tech由火电机组的运行特性确定。

4.如权利要求1或2所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤6)中当前风火打捆风电配置容量S_w(n+1)：

S_w(n+1)＝S_w0+nΔ₁

其中，n是迭代次数，Δ₁为步长。

5.如权利要求3所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤6)中当前风火打捆风电配置容量S_w(n+1)：

S_w(n+1)＝S_w0+nΔ₁

其中，n是迭代次数,Δ₁为步长。

6.如权利要求1或2或5所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤8)中最大弃风电量百分率λ₀取5％，最小火电利用小时数t₀取值范围为4500～5500。

7.如权利要求3所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤8)中最大弃风电量百分率λ₀取5％，最小火电利用小时数t₀取值范围为4500～5500。

8.如权利要求4所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步骤8)中最大弃风电量百分率λ₀取5％，最小火电利用小时数t₀取值范围为4500～5500。

9.如权利要求4或5所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步长Δ₁采用400MW。

10.如权利要求1～9任一项所述的一种风火打捆外送容量协调优化配置方法，其特征在于：所述步长Δ₂应小于Δ₁，本发明中Δ₂采用300MW。