CN104993526A - 多类型电源联合运行系统装机配比计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，包括以下步骤，A、测量全年的风速数据和太阳能数据；B、设计装机配比方案，建立出力值变化仿真曲线；步骤C、验证装机配比方案的稳定性，如果总出力值能保持稳定则继续验证；如果总出力值下降则记录越限时间，如果总出力值升高则弃风量或弃光量；D、统计全年范围内的越限时间、弃风量或弃光量；E、验证其他方案选出最佳方案。本发明能够计算出保证系统频率稳定性的基础上最大化风力发电和光伏发电的装机配比。
Description
技术领域
本发明涉及一种装机配比计算方法，尤其是一种多类型电源联合运行计算最佳装机配比的方法。
背景技术
我国能源资源主要集中在西部地区，负荷中心集中在中东部地区，电力消费呈现西电东送的格局。西北的风电、光电等可再生能源基地，与大型火电基地分布上基本一致，可以利用远距离跨区输电通道，实现可再生能源和常规能源电力联合运行，打捆外送至负荷中心。在此类多种电源类型的电力系统中，火力发电、蓄水发电等常规电源出力可以控制，能够跟踪系统用电负荷波动还能跟踪新能源电力出力波动进行调节，由于风电等新能源电力随机波动性强，火电等常规电源调节能力有限，若出现新能源出力值骤变，导致各类电源总出力与负荷无法匹配的情况，则将造成电力系统频率失去稳定，进而导致大面积停电等严重事故。为避免上述情况发生，各类电源装机配比应满足电力系统频率稳定性要求。
现有的装机配比计算方法，仅将常规电源与新能源电源的出力变化率做个简单反比例计算来确定装机配比。例如，火电机组的出力变化能力是每分钟变化装机的1％，风电的出力变化率是每分钟变化装机的10％，则火电和风电的装机规模比例为10:1。这样虽然能完全满足频率稳定要求，但是，新能源电力的装机比例太小，开发建设规模受到严重脱离实的际限制。这种脱离实际表现在两方面：第一，虽然国家标准针对单个风电场的出力变化率要求是每分钟变化不超过装机的10％，但是，频率稳定性是针对区域电力系统整体进行测算的，而不是单个风场，区域电场总出力受各风场出力同时率影响，理论上不会出现所有风场同时出力急剧变化相同幅度的情况。从测风塔实际测风数据及已建成风电运行数据来看，正常运行状态下，没有区域风电出力整体一分钟内骤然变化百分之十的情况发生。现有计算方法基于的每分钟10％的出力变化率边界不符合实际。第二，电力系统的频率是在50赫兹左右的一个实时变化的值，只要满足频率变化上下限值的要求，系统频率稳定性就能得到保证，现有计算方法未考虑频率波动，以保证频率值恒定为基础建立计算模型，进行装机配比计算，模型设置不符合实际。
利用现有计算方法进行大型能源基地各类电源装机规模配比计算，严重制约了新能源发展，造成了可再生能源的白白浪费；同时大规模的火电开发建设，必然对当地环境造成污染。火电规模远超可再生能源装机规模，不符合大力发展可再生能源的发展战略。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，能够保证总出力稳定的基础上最大化风光发电比例。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤A、按照一定的时间间隔采集全年内的风速数据和太阳能数据；
步骤B、根据实际电网的需求和环境条件设计若干组装机配比方案，按照相应的时间间隔计算出每组方案中风能发电组和光伏发电组全年内的出力值，建立出力值变化仿真曲线；
步骤C、验证装机配比方案的稳定性，
验证其中一组装机配比方案，根据方案的装机配比中火力发电组和蓄水发电组的装机规模计算出火力发电组和蓄水发电组的最大出力变化率、出力上限和出力下限，
根据风能发电组和光伏发电组的出力值之和按照时间顺序的变化情况，调整火力发电组和蓄水发电组的出力值，判断火力发电组、蓄水发电组、风能发电组和光伏发电组的总出力值能否保持稳定，具体为以下三种情况，
第一是风能发电组和光伏发电组的出力值之和变化速率小于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，则总出力值能够保持稳定；按照时间顺序继续验证下一时刻的总出力值是否稳定；
第二是风能发电组和光伏发电组的出力值之和下降速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值下降，总出力值下降率到总出力下限时记录越限时间；
第三是风能发电组和光伏发电组的出力值之和上升速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值上升，则降低风力发电组或光伏发电组的出力，记录风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量；
步骤D、统计全年范围内的越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量；
步骤E、重复步骤C和步骤D对其他组配比方案进行验证，统计所有方案的全年范围内越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量，从越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量符合要求的配比方案中选择风力发电组和光伏发电组的出力值占总出力值比例最大的一组作为最佳方案。
本发明的进一步改进在于：所述步骤A与步骤B中的时间间隔为十分钟。
本发明的进一步改进在于：所述步骤B中所有配比方案均满足火力发电组与风能发电组的装机比例在1:0.1～1：1.6之间，火力发电组与光伏发电组的装机比例在1：0.02～1:0.6之间，火力发电组与蓄水发电组的装机比例在1：0.05～1:0.5之间。
本发明的进一步改进在于：步骤C中的总出力下限为单位时间内总出力的下降率高于2～3.3％/min。
本发明的进一步改进在于：所述步骤E中越限时间和关闭风力发电组的时间符合要求的配比方案为越限时间小于全年0.0038％，所述步骤E中风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量符合要求的配比方案为减小的电量小于风力发电组和光伏发电组总电量10％的方案。
由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：
一种多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，能够计算出保证系统频率稳定性的基础上最大化风力发电和光伏发电的装机配比。
本发明的通过制作出力变化仿真曲线能够直观的反应全年内风力发电组和的出力变化情况，火力发电组和蓄水发电组的出力可以调节，通过火力发电组和蓄水发电组与其匹配看是否能够通过调节保持总出力值的稳定。
本发明的通过对比风能发电组出力变化速率与火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，可以直接判断总出力值的变化情况，如果总出力值下降速率低于总出力下限则记录越限时间，处于越限时间内总出力值不能满足用电需求；如果总出力值上升，通过降低风力发电组出力来控制，保证总出力值的稳定。
通过验证总出力值的稳定性可以选择出越限时间可风力发电组减小的电量符合要求的最佳配比方案，保证总出力值稳定同时最大比例应用风力发电、光伏发电这些新能源；新能源装机比例提高就提高了新能源利用率，降低了发电成本，同时降低对环境的污染。
火力发电组与风能发电组的装机比例在10:1～10：16之间，火力发电组与光伏发电组的装机比例在1：0.2～1:0.3之间，火力发电组与蓄水发电组的装机比例在1：0.2～1:0.3之间，火力发电组的装机规模按照国家标准进行装机，其他能源的装机规模根据火力发电组的调节能力和装机成本进行装机，保证新能源利用率最大，又能保证总出力值稳定。
附图说明
图1是本发明计算方法流程图。
具体实施方式
风光优化配比的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，包括以下步骤，
步骤A、按照每隔十分钟测量一次风速数据和太阳能数据，记录全年的风速数据和太阳能数据。
步骤B、根据实际电网的需求和环境条件设计至少4组装机配比方案，所有配比方案中满足火力发电组与风能发电组的装机比例在1:0.1～1：1.6之间，火力发电组与光伏发电组的装机比例在1：0.02～1:0.6之间，火力发电组与蓄水发电组的装机比例在1：0.05～1:0.5之间；根据步骤A测量的风速数据计算出每组方案中风能发电组的出力，根据步骤A中测量的太阳能数据计算每组光伏发电组每十分钟的出力值，建立风能发电组和光伏发电组的出力值变化仿真曲线。
步骤C、验证装机配比方案的稳定性，
首先验证其中一组装机配比方案，根据本组装机配比中火力发电组的装机规模计算火力发电组的最大出力变化率、出力上限和出力下限，根据蓄水发电组的装机规模计算蓄水发电组的最大出力变化率、出力上限和出力下限。
根据风能发电组和光伏发电组出力变化仿真曲线，可以判断风能发电组和光伏发电组每一时刻的出力值变化情况，通过调节火力发电组和蓄水发电组的出力值平衡风能发电组和光伏发电组的变化，使总出力值保持稳定在标准出力值左右。火力发电组的出力上限高，出力上限和出力下限之间的范围大，最大出力变化率较小，因此火力发电组的调节范围大，调节速度较慢；蓄水发电组的出力上限低，可以发电和抽水蓄电，可以在满蓄力到满出力之间调节，调节速度快；火力发电组能够对总出力值进行大范围调节，蓄水发电组能够快速、精细的调节。调整火力发电组和蓄水发电组的出力值，判断火力发电组、蓄水发电组、风能发电组和光伏发电组的总出力值能否稳定保持在标准总出力值，具体为以下三种情况，
第一是风能发电组和光伏发电组的出力值之和变化速率小于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，则火力发电组和蓄水发电组能够在出力上限和出力下限的范围内，通过改变出力值使总出力值保持稳定；继续验证下一时刻的总出力值是否稳定；
第二是风能发电组出力和光伏发电组的出力值之和下降速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，风能发电组出力骤降使火力发电组和蓄水发电组出力上升值不能补充风能发电下降的出力，总出力值会下降，总出力值下降到总出力下限以下的时间为越限时间，总出力下限为单位时间内总出力的下降率高于2～3.3％/min，记录越限时间；
第三是风能发电组出力和光伏发电组的出力值之和上升速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，风能发电组出力骤升使火力发电组和蓄水发电组出力下降值不能小于风能发电上升的出力，总出力值会上升，总出力输出给电网的值会升高，对电网造成冲击，这时则降低风力发电组出力，具体方法是关闭风力发电组的部分风力发电机，或光伏发电组的出力，关闭部分光伏发电机，记录风力发电组和光伏发电组减小的电量。
步骤D、统计全年范围内的越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量；
步骤E、重复步骤E和步骤D验证其他组配比方案总出力的稳定性，统计所有方案的全年范围内越限时间和风力发电组减小的电量，选择越限时间小于全年0.0038％，并且风力发电组和光伏发电组减小的电量小于风力发电组和光伏发电组总电量10％的方案，在符合要求的方案中选择一组光伏发电组和风力发电组的出力值占总出力值比例最大的一组作为最佳方案。
实施例
步骤A、每隔十分钟测量一次的风速数据和太阳能数据，记录全年的风速数据和太阳能数据。
步骤B、设计6组装机配比方案，
计算出每组方案中风能发电组和光伏发电组每十分钟的出力值，建立出力值变化仿真曲线。
步骤C、验证装机配比方案的稳定性，
首先验证方案1的装机配比方案总出力值的稳定性，根据方案1装机配比中火力发电组的装机规模1320万kW，最大出力变化率为13.2万kW/min、出力上限1146.8万kW和出力下限610万kW；蓄水发电组的装机规模240万kW，最大出力变化率为120万kW/min、出力上限240万kW和出力下限-240万kW。
根据风能发电组和光伏发电组的出力和值按照时间顺序的变化情况，调整火力发电组和蓄水发电组的出力值，判断火力发电组、蓄水发电组、风能发电组和光伏发电组的总出力值能否稳定保持在标准总出力值。
如果风能发电组和光伏发电组的出力变化速率小于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，则总出力值能够保持稳定；按照时间顺序继续验证全年范围内的总出力值是否稳定；
如果风能发电组出力下降速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值下降，总出力值下降率到总出力下限以下时记录越限时间；
如果风能发电组出力上升速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值上升，降低风力发电组或光伏发电组的出力，记录风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量。
统计全年范围内的越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量。
继续验证其他方案，得到结果如下表：
由上表可以看出方案6为最佳方案。
本发明能够计算出保证系统频率稳定性的基础上最大化风力发电和光伏发电的装机配比，保证新能源利用率最大，又能保证总出力值稳定。
Claims (5)
1.多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤A、按照一定的时间间隔采集全年内的风速数据和太阳能数据；
步骤B、根据实际电网的需求和环境条件设计若干组装机配比方案，按照相应的时间间隔计算出每组方案中风能发电组和光伏发电组全年内的出力值，建立出力值变化仿真曲线；
步骤C、验证装机配比方案的稳定性，
验证其中一组装机配比方案，根据方案的装机配比中火力发电组和蓄水发电组的装机规模计算出火力发电组和蓄水发电组的最大出力变化率、出力上限和出力下限，
根据风能发电组和光伏发电组的出力值之和按照时间顺序的变化情况，调整火力发电组和蓄水发电组的出力值，判断火力发电组、蓄水发电组、风能发电组和光伏发电组的总出力值能否保持稳定，具体为以下三种情况，
第一是风能发电组和光伏发电组的出力值之和变化速率小于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，则总出力值能够保持稳定；按照时间顺序继续验证下一时刻的总出力值是否稳定；
第二是风能发电组和光伏发电组的出力值之和下降速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值下降，总出力值下降率到总出力下限时记录越限时间；
第三是风能发电组和光伏发电组的出力值之和上升速率大于火力发电组和蓄水发电组最大出力变化率，使总出力值上升，则降低风力发电组或光伏发电组的出力，记录风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量；
步骤D、统计全年范围内的越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量；
步骤E、重复步骤C和步骤D对其他组配比方案进行验证，统计所有方案的全年范围内越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量，从越限时间、风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量符合要求的配比方案中选择风力发电组和光伏发电组的出力值占总出力值比例最大的一组作为最佳方案。
2.根据权利要求1所述的多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：所述步骤A与步骤B中的时间间隔为十分钟。
3.根据权利要求1所述的多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：所述步骤B中所有配比方案均满足火力发电组与风能发电组的装机比例在1:0.1～1：1.6之间，火力发电组与光伏发电组的装机比例在1：0.02～1:0.6之间，火力发电组与蓄水发电组的装机比例在1：0.05～1:0.5之间。
4.根据权利要求1所述的多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：步骤C中的总出力下限为单位时间内总出力的下降率高于2～3.3％/min。
5.根据权利要求1所述的多类型电源联合运行系统装机配比计算方法，其特征在于：所述步骤E中越限时间和关闭风力发电组的时间符合要求的配比方案为越限时间小于全年0.0038％，所述步骤E中风力发电组减小的电量和光伏发电组减小的电量符合要求的配比方案为减小的电量小于风力发电组和光伏发电组总电量10％的方案。
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