CN105281362A - 电力系统消纳风电能力的评估方法 - Google Patents

Abstract

电力系统消纳风电能力的评估方法，涉及电力系统消纳风电能力的评价技术。它为了解决现有技术中缺少评价电力系统消纳风电能力的评方法，导致无法有效提高风电消纳能力的问题。本发明首先获得相关参数，然后依次计算调峰容量、调峰裕度、风电消纳量、评价指标，最后根据评价指标来确定电力系统消纳风电的能力。本发明综合考虑了电网装机容量、机组类型、负荷水平、联络线负荷调节能力等多个因素，能够对电网的消纳能力进行科学、合理的评价，对比分析影响消纳能力的主要因素，为寻找提高风电消纳能力的相关措施提供依据，有效地提高风电消纳能力，适用于对电力系统消纳风电的能力进行评价。

Description

电力系统消纳风电能力的评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统消纳风电能力的评价技术。

背景技术

风力发电经过近十年的快速发展，其装机容量在电网中已经占有相当的比例，尤其在东北和西北地区已经成为主要电源之一。在目前状况下，电网公司采取了多种措施来提高风电消纳能力。尽管如此，我国风能资源丰富地区的风电场大多距离负荷中心较远，并且由于风电出力具有随机性和间歇性的特点，仍然给电网调度和调峰带来巨大的困难，所以考虑系统调峰的各个因素并结合风电自身的特性去分析和评价电力系统对风电消纳的适应性非常重要。通过分析、评价不同区域电力系统消纳风电的能力，寻找提高风电消纳能力的相关措施，为风电的广泛应用提供支撑。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中缺少评价电力系统消纳风电能力的评估方法，导致无法有效提高风电消纳能力的问题，提供一种电力系统消纳风电能力的评估方法。

本发明所述的电力系统消纳风电能力的评估方法包括以下步骤：

步骤一、确定以下参数：厂用电率K_Gen、网损率K_Loss、全网总备用容量P_resver、全网用电负荷P_Load、联络线功率P_Trans、联络线最小保证功率P_Transmin、联络线可传输最大功率P_Transmax、电网区域内的电源类型数量n、各型电源在相应运行方式下的开机容量P_i、各类型电源的调峰深度K_depth.i、负荷曲线加联络线最大可变化功率P_f、电网日平均负荷P_Lave、风电预测出力P_wf、电网的等效装机容量P_D、电网的变电容量S_BR、电网日平均负荷P_Lave，i＝1,2,……,n；

步骤二、计算调峰容量P_peakload：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{peakload}=P_{GN}-P_{GN.\min }\\ P_{GN}=(P_{G.real.\max }+P_{reserve})\\ P_{G.real.\max }=(P_{Load.\max }+P_{Trans\min })/\[(1-K_{Loss})(1-K_{Gen})\]\\ P_{GN.\min }=P_{GN}\×(1-K_{G.adjust})\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤三、计算调峰裕度P_m：

P_m＝P_peakload-P_load+△P_Trans(2)

其中，

△P_Trans＝P_Transmax-P_Transmin(3)

步骤四、计算风电消纳量P_W：

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_w-P_m& P_{wf}\&GreaterEqual;P_f\\ P_w=P_{Wf}& P_{wf}<P_f\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤五、计算评价指标，所述评价指标包括β_P、β_S、β_L及电网对风电消纳的适应度Ψ，根据Ψ来评价电力系统消纳风电的能力，

${\mathrm{\&beta;}}_P=\frac{P_W}{P_D}---\left(5\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_S=\frac{P_W}{S_{BR}}---\left(7\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_L=\frac{P_W}{P_{Lave}}---\left(9\right)$

Ψ＝a₁β_P+a₂β_S+a₃β_L(10)

其中a₁、a₂、a₃为加权因子。

本发明所述的电力系统消纳风电能力的评估方法，重点围绕电网对风电的消纳能力分析、适应性科学评价两个核心内容来进行，即电网接纳风电能力分析和接纳能力评价。分析部分基于风电场和电网的运行数据，综合考虑电网装机容量、机组类型、负荷水平、联络线负荷调节能力等多个因素，周期性地分析、计算电网对风电的消纳能力。评价部分是通过构建一套评价指标，来对电网的消纳能力进行科学、合理的评价，对比分析影响消纳能力的主要因素，为寻找提高风电消纳能力的相关措施提供依据，有效地提高风电消纳能力。

附图说明

图1为具体实施方式一中的负荷特性曲线和联络线功率最大可变化功率在一天内的变化情况，图中1表示开机容量曲线，2表示日负荷特性曲线和联络线功率最大可变化功率，3表示风电预测曲线，4表示机组最低出力，风电预测曲线对应右侧坐标轴，其它三条曲线对应左侧坐标轴，单位均为万千瓦；

图2为具体实施方式一所述的方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的电力系统消纳风电能力的评估方法包括以下步骤：

步骤一、确定相关参数；

步骤二、计算调峰容量P_peakload：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{peakload}=P_{GN}-P_{GN.\min }\\ P_{GN}=(P_{G.real.\max }+P_{reserve})\\ P_{G.real.\max }=(P_{Load.\max }+P_{Trans\min })/\&lsqb;(1-K_{Loss})(1-K_{Gen})\&rsqb;\\ P_{GN.\min }=P_{GN}\&times;(1-K_{G.adjust})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：P_peakload—全网总调峰容量；

P_GN—全网发电开机容量；

P_GN.min—全网发电开机最低出力；

P_G.real.max—全网最大发电负荷；

K_Gen—厂用电率，一般为8％～10％；

K_Loss—网损率；

P_resver—全网总备用容量，可采用常规的方法计算得到；

P_Load—全网用电负荷，可通过统计相关数据得到；

P_Trans—联络线功率；

K_G.adjust—全网发电平均可调出力；

$K_{G.adjust}=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}(P\&times;K_{depth.i})/P_{GN};$

P_i—各类型电源在相应运行方式下的开机容量(常规水电、抽水蓄能、供热煤电、各容量等级常规煤电，n表示区域内的电源类型数量)；

K_depth.i—各类型电源在相应运行方式下的调峰深度；

步骤三、计算调峰裕度P_m：

P_m＝P_peakload-P_load+△P_Trans(2)

将当日负荷特性曲线和联络线功率最大可变化功率△P_Trans引入到电网调峰容量中，可求出系统的调峰裕度。

△P_Trans＝P_Transmax-P_Transmin(3)

式中P_m—调峰裕度；

P_Transmin—联络线最小保证功率；

P_Transmax—联络线可传输最大功率；

步骤四、计算风电消纳量P_W：

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_w-P_m& P_{wf}\&GreaterEqual;P_f\\ P_w=P_{Wf}& P_{wf}<P_f\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中P_wf—风电预测出力；

P_W—风电可消纳容量；

计算风电消纳量需要风电预测出力曲线与风电实际出力曲线。

引入日风电预测出力曲线，预测风电出力在负荷曲线与机组最低出力之间即认为此部分风电可消纳，当预测风电出力超过负荷曲线，即认为此时超出调峰裕度，需要弃风。

步骤五、计算评价指标，所述评价指标包括β_P、β_S、β_L及电网对风电消纳的适应度Ψ，根据Ψ来评价电力系统消纳风电的能力。

定义4个评价指数如下：

β_P，基于电网装机的风电消纳适应性评价指数，表征了电网在不同装机规模、不同电源结构下的风电消纳能力；

β_S，基于电网规模的风电消纳适应性评价指数，表征了电网在不同输变电规模、不同电能输送能力下的风电消纳能力；

β_L，基于电网用电负荷的风电消纳适应性评价指数，表征了电网在不同负荷水平、不同负荷特性下的风电消纳能力；

Ψ，电网对风电消纳适应性的综合评价指数，表征了电网综合考虑装机规模、电网输送规模以及负荷水平后的总体风电消纳能力。

不同电网的装机规模、机组类型存在较大差异，这种差异造成了电网间调峰能力的较大差别，由于调峰能力是电网接纳风电的最主要因素，因此定义基于电网装机的风电消纳适应性评价指数β_P，来从装机角度对电网接纳风电能力进行评价，β_P按下式计算：

${\mathrm{\&beta;}}_P=\frac{P_W}{P_D}---\left(5\right)$

式中：P_W为系统计算出的电网可接纳风电容量，单位：万千瓦(兆瓦)；

P_D为电网的等效装机容量，单位：万千瓦(兆瓦)；

从电网稳定运行角度考虑，风电接入电网还要受到电网传输能力的制约，不同的电网规模决定了传输能力的差别，进一步也决定了对风电接纳的能力差别，因此定义基于电网规模的风电消纳适应性评价指数β_S，来从电网规模的角度评价对风电的接纳能力。β_S按下式计算：

${\mathrm{\&beta;}}_S=\frac{P_W}{S_{BR}}---\left(7\right)$

式中P_W为系统计算出的电网可接纳风电容量，单位：万千瓦(兆瓦)；

S_BR为电网的变电容量，单位万千伏安(兆伏安)。

负荷水平表征了电网的生产运行能力，也是电网“大小”的一个反映，不同的电网负荷水平也影响到电网对风电的需求、接纳能力不同，因此定义基于电网用电负荷的风电消纳适应性评价指数β_L，来从电网用电负荷调度评价对风电的接纳能力。

β_L按下式计算：

${\mathrm{\&beta;}}_L=\frac{P_W}{P_{Lave}}---\left(9\right)$

式中P_W为系统计算出的电网可接纳风电容量，单位：万千瓦(兆瓦)；

P_Lave为电网日平均负荷，单位：万千瓦(兆瓦)，可通过统计相关数据得到。

电网装机规模、用电负荷水平、电网规模是影响电网接纳风电的最主要因素，定义电网对风电消纳适应性的综合评价指数Ψ，从以上三个角度对电网接纳风力进行整体、综合评价。

Ψ按下式计算：

Ψ＝a₁β_P+a₂β_S+a₃β_L(10)

式中Ψ为电网对风电消纳的适应度([0,1]之间)，a₁、a₂、a₃为加权因子。

计算得到Ψ后，对Ψ进行分析，根据经验将Ψ的取值划分为四个区间，即[ξ₁，+∞]、[ξ₂，ξ₁)、[ξ₃，ξ₂)和(-∞，ξ₃)，

(1)当Ψ>ξ₁，表明该电网对风电接纳适应性强。

(2)当Ψ落入[ξ₂，ξ₁)区间，则表明电网对风电接纳适应性较强。

(3)当Ψ落入[ξ₃，ξ₂)区间，则表明电网对风电接纳适应性较弱。

(4)当Ψ<ξ₃，则表明电网对风电接纳适应性弱。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的电力系统消纳风电能力的评估方法的进一步限定，本实施方式中，步骤一中的电网的等效装机容量P_D的获得方法为：

P_D＝2P_C+P_S+0.7P_Q+0.5P_M+0.2P_R(6)

式中：P_C为电网内抽水蓄能机组装机容量，单位万千瓦(兆瓦)；

P_S为电网内水电机组装机容量，单位万千瓦(兆瓦)；

P_Q为电网内燃油(气)机组装机容量，单位万千瓦(兆瓦)；

P_M为电网内燃煤机组装机容量，单位万千瓦(兆瓦)；

P_R为电网内供热机组装机容量，单位万千瓦(兆瓦)。

各省电网的装机容量以及机组类型存在差异，机组类型的不同直接导致电网调峰能力的不同，因此定义电网的等效装机容量P_D。目前电网的机组类型从调峰角度主要分为：抽水蓄能机组、水电机组、燃油(汽)机组、燃煤机组、供热机组、核电机组、联络线功率以及风电机组。其中电网等效装机容量计算主要考虑各种类型机组的调峰能力，首先风电机组不参加计算，核电机组承担基荷、联络线功率无调峰能力，也不参加计算。剩下的抽水蓄能机组、水电机组、燃油(气)机组、燃煤机组、供热机组参加电网等效装机容量计算。抽水蓄能机组具有高峰时发电，低谷时抽水蓄能的特点，因此调峰深度可达到装机容量的200％；水电机组开机迅速灵活，调峰深度能达到装机容量100％；燃油(气)机组调峰深度可达到装机容量的70％；燃煤机组的调峰深度为装机容量的50％；供热机组调峰深度一般为装机容量的20％。因此电网的等效装机容量P_D按公式(6)计算，由于目前电网内抽水蓄能机组装机容量较少，P_D基本小于电网内的实际装机容量。计算电网等效装机容量后，即可得到基于电网装机的风电消纳适应性评价指数β_P，由于不同类型机组的调峰深度不同，一般计算出来的基于电网装机的风电消纳适应性评价指数β_P小于1。

具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一所述的电力系统消纳风电能力的评估方法的进一步限定，本实施方式中，S_BR主要考虑风电接入电网的变电容量，由于风电场主要在35千伏及以上电压等级接入，所以有下面计算公式：

S_BR＝S₃₅+S_110(66)+S₂₂₀+S_500(330)+S₇₅₀(8)

式中S₃₅、S_110(66)、S₂₂₀、S_500(330)、S₇₅₀分别为电网35千伏变电容量、110千伏或66千伏变电容量、220千伏变电容量、500千伏或330千伏变电容量、750千伏变电容量。

在计算得到变电容量后，即可求得基于电网规模的风电消纳适应性评价指数β_S，通常计算出来的β_S小于1。

具体实施方式四：本实施方式是对实施方式一所述的电力系统消纳风电能力的评估方法的进一步限定，本实施方式中，步骤一中加权因子a₁、a₂及a₃采用德尔菲法获得。

Claims (4)

1.电力系统消纳风电能力的评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定以下参数：厂用电率K_Gen、网损率K_Loss、全网总备用容量P_resver、全网用电负荷P_Load、联络线功率P_Trans、联络线最小保证功率P_Transmin、联络线可传输最大功率P_Transmax、电网区域内的电源类型数量n、各型电源在相应运行方式下的开机容量P_i、各类型电源的调峰深度K_depth.i、负荷曲线加联络线最大可变化功率P_f、电网日平均负荷P_Lave、风电预测出力P_wf、电网的等效装机容量P_D、电网的变电容量S_BR、电网日平均负荷P_Lave，i＝1,2,……,n；

步骤二、计算调峰容量P_peakload：

$\{\begin{array}{c}{P}_{peakload}=P_{GN}-P_{GN.\min }\\ P_{GN}=(P_{G.real,\max }+P_{resrve})\\ P_{G.real.\max }=(P_{Load.\max }+P_{Trans\min })/\&lsqb;(1-K_{Loss})(1-K_{Gen})\&rsqb;\\ P_{GN.\min }=P_{GN}\&times;(1-K_{G.adjust})\end{array}---\left(1\right)$

步骤三、计算调峰裕度P_m：

P_m＝P_peakload-P_load+ΔP_Trans(2)

其中，

ΔP_Trans＝P_Transmax-P_Transmin(3)

步骤四、计算风电消纳量P_W：

$\left\{\begin{array}{cc}{P}_w=P_m& P_{wf}\&GreaterEqual;P_f\\ P_w=P_{Wf}& P_{wf}<P_f\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤五、计算评价指标，所述评价指标包括β_P、β_S、β_L及电网对风电消纳的适应度Ψ，根据Ψ来评价电力系统消纳风电的能力，

${\mathrm{\&beta;}}_P=\frac{P_W}{P_D}---\left(5\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_S=\frac{P_W}{S_{BR}}---\left(7\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_L=\frac{P_W}{P_{Lave}}---\left(9\right)$

Ψ＝a₁β_P+a₂β_S+a₃β_L(10)

其中a₁、a₂、a₃为加权因子。

2.根据权利要求1所述的电力系统消纳风电能力的评估方法，其特征在于，步骤一中的电网的等效装机容量P_D的获得方法为：

P_D＝2P_C+P_S+0.7P_Q+0.5P_M+0.2P_R(6)

式中：P_C为电网内抽水蓄能机组装机容量；

P_S为电网内水电机组装机容量；

P_Q为电网内燃油或内燃气机组装机容量；

P_M为电网内燃煤机组装机容量；

P_R为电网内供热机组装机容量。

3.根据权利要求1所述的电力系统消纳风电能力的评估方法，其特征在于，步骤一中的电网的变电容量S_BR的获得方法为：

S_BR＝S₃₅+S_110(66)+S₂₂₀+S_500(330)+S₇₅₀(8)

式中S₃₅、S_110(66)、S₂₂₀、S_500(330)、S₇₅₀分别为电网35千伏变电容量、110千伏或66千伏变电容量、220千伏变电容量、500千伏或330千伏变电容量、750千伏变电容量。

4.根据权利要求1所述的电力系统消纳风电能力的评估方法，其特征在于，步骤一中加权因子a₁、a₂及a₃采用德尔菲法获得。