CN105281358A - 调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，属于电力系统规划运行领域，包括：基于风电功率波动统计模型推导了在一定置信度下系统总功率波动概率函数，涵盖不同时间尺度、风电比例和负荷波动。然后，结合系统惯性响应、一/二次调频过程，根据系统调频的最大频率偏差、静态频率偏差、一/二次调频调整速度和调频备用容量，定量分析风电对系统调频体系影响；考虑风电随机波动和常规机组随机停运等因素，根据电力系统的开机方式、负荷波动特征和风电波动统计性规律，评估随着风电装机的增大，系统弃风的概率。本发明由概率方法解决了风电对系统调频、调峰的影响，帮助电力系统在调频及调峰尺度确定合适的风电接入规模。

Description

调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法

技术领域

本发明涉及一种调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，属于电力系统规划运行技术领域。

背景技术

考虑各类技术约束下的风电最大并网容量是合理规划风电、消纳风电的先决条件。随着当前风电装机规模的不断增大，风电对电力系统运行产生了较为深刻的影响。定量评估风电于电力系统调频、调峰的影响有助于运行部门合理制定发电计划，合理短时间调度控制。更重要的是，亟需一套评估调频、调峰约束下风电最大并网容量的方法，给规划层面提供决策意见，为运行人员提供安全的风电运行范围。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，以保证电力系统中风电运行的安全。

本发明提出的调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，包括以下步骤：

A：基于风电功率波动统计模型推导了在一定置信度下系统总功率波动概率函数，涵盖不同时间尺度、风电比例和负荷波动；

B：从系统调频的最大频率偏差、静态频率偏差、一/二次调频调整速度、调频备用容量等五个指标入手，提供了定量分析风电对系统调频体系影响的方法；

C：根据电力系统各运行方式下的开机方式、负荷波动特性，做出其时序调峰裕度；

D：基于序贯蒙特卡洛方法，评估随着风电装机增大，系统弃风概率。

上述方法中，步骤A具体包括：

(A-1)统计研究地区风电短时间功率波动在某一置信p下的置信区间，进而考虑风电功率波动随着其装机容量的变化规律，得到功率波动概率函数：

(A-2)进而考虑将风电比例作为自变量的系统总功率波动标幺值概率函数：

上述方法中，步骤B具体包括：

(B-1)考虑一次调频调整速度的限制，当满足v_p ^*(η)＝R^*(η)式时称为系统总功率波动与系统一次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑一次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-2)考虑静态频率偏差的限制，推导得到静态频率偏差为：

${\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{st}}=f_0\·{\left|\mathrm{\Δf}\right|}^{*}=\frac{R^{*}\left(\mathrm{\η}\right)}{\frac{{K_G}^{*}}{{\mathrm{\λ}}_2}(1-\mathrm{\η})+{K_L}^{*}}{f}_0$

当错误！未找到引用源。式等于0.1Hz时的风电装机成为考虑静态频率偏差限制下的最大风电装机。

(B-3)考虑二次调频调整速度的限制，当满足v_s ^*(η)＝R^*(η)/2式时称为系统总功率波动与系统二次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑二次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-4)考虑二次调频备用容量的限制。当风电波动与最大上/下可调容量相同时，此时的风电装机为考虑调频备用限制下的最大风电装机。

上述方法中，步骤C具体包括：

(C-1)输入用于生成风速随机序列的模型和参数，常规机组的调峰容量比，以及负荷时序曲线等原始数据。

(C-2)生成风速随机序列，进而得到系统风电出力的时序曲线。本项目采用随机差分及其扩散模型，考虑风电场风速的空间相关性。

(C-3)选择风电预测精度出力方法，根据风电时序出力曲线及负荷曲线，计算每期的调峰需求P_mnx，同时计算最大负荷P_max。

本发明提出的调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，首先考虑常规电源、负荷等相关因素与风电频率特性的交互作用，由风电功率波动统计性规律及负荷波动规律入手，考虑系统调节能力，由调频各个环节入手，得到调频限制下的风电极限并网容量；其次，考虑长时间尺度负荷峰谷特性、常规电源开机方式及其调节能力，以及风电功率波动规律，计算得到风电消纳上下限，得到系统调峰不足的概率，进而得到考虑调峰充裕度的风电极限并网容量。给规划层面提供决策意见，给运行人员提供风电安全运行范围。

附图说明

图1是本发明提出的调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的原理：本发明所述的基于调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量评估方法，首先考虑常规电源、负荷等相关因素与风电频率特性的交互作用，由风电功率波动统计性规律及负荷波动规律入手，推导得到短时间尺度下的系统总功率波动概率函数，考虑系统调节能力，由调频各个环节入手，得到调频限制下的风电极限并网容量；其次，考虑长时间尺度负荷峰谷特性、常规电源开机方式及其调节能力，以及风电功率波动规律，计算得到风电消纳上下限，得到系统调峰不足的概率，进而得到考虑调峰充裕度的风电极限并网容量。

本发明提出的调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，其流程框图如图1所示，具体包括以下步骤：

A：基于风电功率波动统计模型推导了在一定置信度下系统总功率波动概率函数，涵盖不同时间尺度、风电比例和负荷波动；

B：从系统调频的最大频率偏差、静态频率偏差、一/二次调频调整速度、调频备用容量等五个指标入手，提供了定量分析风电对系统调频体系影响的方法；

C：根据电力系统各运行方式下的开机方式、负荷波动特性，做出其时序调峰裕度；

D：基于序贯蒙特卡洛方法，评估随着风电装机增大，系统弃风概率。

上述方法中，步骤A具体包括：

(A-1)统计研究地区风电短时间功率波动在某一置信p下的置信区间，进而考虑风电功率波动随着其装机容量的变化规律，得到功率波动概率函数：

$\left(S_w\right)=z_{\mathrm{\α}}\sqrt{{\left(\frac{a}{z_{\mathrm{\α}1}}{S}_w^b\right)}^2+{\mathrm{\σ}}_2^2}---\left(1\right)$

(A-2)进而考虑将风电比例作为自变量的系统总功率波动标幺值概率函数：

$R^{*}\left(\mathrm{\η}\right)=z_{\mathrm{\α}}\sqrt{{\left(\frac{a}{z_{\mathrm{\α}1}}\right)}^2\frac{{\left({\mathrm{\λ}}_2{S}_G\right)}^{2(b-1)}}{{\mathrm{\λ}}_1^{2b}}{\mathrm{\η}}^{2b}{(1-\mathrm{\η})}^{2(1-b)}+{\mathrm{\σ}}_2^{*2}}---\left(2\right)$

上述方法中，步骤B具体包括：

(B-1)考虑一次调频调整速度的限制，分别得到：

${v_p}^{*}\left(\mathrm{\η}\right)=\frac{v_1}{P_L}=\frac{1-\mathrm{\η}}{{\mathrm{\λ}}_2{S}_G}(v_p+v_{P-\mathrm{ex}})---\left(3\right)$

v_p ^*(η)＝R^*(η)(4)

当满足v_p ^*(η)＝R^*(η)式时称为系统总功率波动与系统一次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑一次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-2)考虑静态频率偏差的限制，推导得到静态频率偏差为：

${\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{st}}=f_0\·{\left|\mathrm{\Δf}\right|}^{*}=\frac{R^{*}\left(\mathrm{\η}\right)}{\frac{{K_G}^{*}}{{\mathrm{\λ}}_2}(1-\mathrm{\η})+{K_L}^{*}}{f}_0---\left(5\right)$

当(5)式等于0.1Hz时的风电装机成为考虑静态频率偏差限制下的最大风电装机。

(B-3)虑二次调频调整速度的限制，当满足v_s ^*(η)＝R^*(η)/2式时称为系统总功率波动与系统二次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑二次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-4)考虑二次调频备用容量的限制。当风电波动与最大上/下可调容量相同时，此时的风电装机为考虑调频备用限制下的最大风电装机。

(B-5)根据上述4步骤，取风电装机最小值，即为考虑调频约束下的风电极限并网容量。

上述方法中，步骤C具体包括：

(C-1)输入用于生成风速随机序列的模型和参数，常规机组的调峰容量比，以及负荷时序曲线等原始数据。

(C-2)生成风速随机序列，进而得到系统风电出力的时序曲线。本项目采用随机差分及其扩散模型，考虑风电场风速的空间相关性。

(C-3)选择风电预测精度出力方法，根据风电时序出力曲线及负荷曲线，计算每期的调峰需求P_mnx，同时计算最大负荷P_max。

上述方法中，步骤D具体包括：

(D-1)对于常规机组按照容量、调峰容量比从大到小排序，安排发电机组时，按照一定比例取两种排序的机组。累加前m台可用机组容量，使总容量P_M满足该日系统最大负荷P_max，并留有部分事故备用(取日最大负荷的5％)，取事故备用率为5％，通过计算得到有效调峰比R_ES，该系统有效调峰容量比即为该日最大系统有效调峰容量比。

(D-2)判断模拟期调峰是否充裕，判断式为：

$R_{\mathrm{ES}}>\frac{P_{\mathrm{mnx}}}{P_{\max }}---\left(6\right)$

如果(6)式成立，则认为模拟期调峰充裕，否则调峰不足。

(D-3)计算全年调峰不足概率。

本发明的基于调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量评估方法，首先考虑常规电源、负荷等相关因素与风电频率特性的交互作用，由风电功率波动统计性规律及负荷波动规律入手，考虑系统调节能力，由调频各个环节入手，得到调频限制下的风电极限并网容量；其次，考虑长时间尺度负荷峰谷特性、常规电源开机方式及其调节能力，以及风电功率波动规律，计算得到风电消纳上下限，得到系统调峰不足的概率，进而得到考虑调峰充裕度的风电极限并网容量。给规划层面提供决策意见，给运行人员提供风电安全运行范围。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种调频和调峰充裕度约束下的风电极限并网容量计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A：基于风电功率波动统计模型推导了在一定置信度下系统总功率波动概率函数，涵盖不同时间尺度、风电比例和负荷波动；

B：从系统调频的最大频率偏差、静态频率偏差、一/二次调频调整速度、调频备用容量等五个指标入手，提供了定量分析风电对系统调频体系影响的方法；

C：根据电力系统各运行方式下的开机方式、负荷波动特性，做出其时序调峰裕度；

D：基于序贯蒙特卡洛方法，评估随着风电装机增大，系统弃风概率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

(A-1)统计研究地区风电短时间功率波动在某一置信p下的置信区间，进而考虑风电功率波动随着其装机容量的变化规律，得到功率波动概率函数：

(A-2)进而考虑将风电比例作为自变量的系统总功率波动标幺值概率函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

(B-1)考虑一次调频调整速度的限制，当满足v_p ^*(η)＝R^*(η)式时称为系统总功率波动与系统一次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑一次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-2)考虑静态频率偏差的限制，推导得到静态频率偏差为：

当错误！未找到引用源。式等于0.1Hz时的风电装机成为考虑静态频率偏差限制下的最大风电装机。

(B-3)考虑二次调频调整速度的限制，当满足v_s ^*(η)＝R^*(η)/2式时称为系统总功率波动与系统二次调频调整速度相同，此时的风电装机为考虑二次调频调整速度限制下的最大风电装机。

(B-4)考虑二次调频备用容量的限制。当风电波动与最大上/下可调容量相同时，此时的风电装机为考虑调频备用限制下的最大风电装机。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

(C-1)输入用于生成风速随机序列的模型和参数，常规机组的调峰容量比，以及负荷时序曲线等原始数据。

(C-2)生成风速随机序列，进而得到系统风电出力的时序曲线。本项目采用随机差分及其扩散模型，考虑风电场风速的空间相关性。

(C-3)选择风电预测精度出力方法，根据风电时序出力曲线及负荷曲线，计算每期的调峰需求P_mnx，同时计算最大负荷P_max。