CN105490309A - 一种基于电网调峰能力的风电消纳评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电消纳能力评估方法，尤其是能计算出区域电网单日或年可接纳最大风电容量的评估方法。该方法基于一套数学公式，为了得到公式的各项指标，进行负荷评估，不参与调峰电厂出力评估，参与调峰电厂出力评估，联络线功率评估，并引入国家政策影响因子进行评估。最后根据上述各功率评估结果，通过数学公式计算得出最大风电消纳容量，从而为电网规划部门确定新能源并网发电中风电所占比例，制定发电计划提供依据。与已有方案相比，该发明具有基于调峰电厂与不调峰电厂的划分，引入国家政策影响因子，评估方法更加简单明确，能够快速得到单个区域电网一定条件下最大风电消纳容量等优点。

Description

一种基于电网调峰能力的风电消纳评估方法

技术领域

本发明涉及一种风电消纳能力评估方法，尤其是能计算出区域电网单日或年可接纳最大风电容量的评估方法。

背景技术

伴随着风电的快速发展，风能的随机性和间歇性对电网运行提出新的要求，风能作为一种清洁能源不能得到有效的消纳。电网中开始出现大规模弃风现象，这对电网的安全、稳定、经济运行造成影响。针对这个问题，人们提出了各种解决策略，其中，孔涛等在专利“一种电网风电消纳能力的确定方法及系统”(申请号201210019317.0，公开号103219748A)中提出通过采集负荷数据、机组数据、外来电功率，并对机组出力进行调整，最后统一优化，得到风电出力的最优解；孟庆天等在专利“一套计算电网风电消纳能力的方法”(申请号201210414582.9，公开号102915396A)中提出建立两个数学模型计算风电消纳能力，并建立一个实际电网仿真系统来验证模型结果，合格即采用。黎静华等在专利“电力系统风电消纳能力评估方法”(申请号201410006421.5，公开号103810535A)中提出根据历史风电和负荷数据挖掘风电和负荷的随机统计规律从而建立三维曲面模型和求解方法。李琰等在专利“一种区域电网风电发展的规划方法”(申请号201410139069.2，公开号103955862A)中提出在连续时间序列上分析风电电量消纳情况及常规电源运行情况。张爽等在专利“一种新能源发电在线接纳能力评估方法”(申请号201410456673.8，公开号104201673A)中提出通过确定目标函数和各种约束函数建立评估模型，通过输入在线数据，计算出每个新能源发电站的电网接纳能力，以及电网消纳所有新能源发电站的能力总和。

上述发明专利侧重点各有不同，首先，上述发明专利均未从调峰电厂与不调峰电厂所占比重这一角度对风电消纳容量进行计算。事实上，风电消纳能力在很大程度上取决于调峰电厂与不调峰电厂的出力情况。在风电大量并网条件下，电网必须具备足够的调峰能力，才能平抑风电机组出力波动，保障风电及电网可靠运行。参与调峰电厂越多，机组容量越大，消纳风电的能力就越强。其次，上述专利所提方法均未考虑国家政策因素对风电消纳能力的影响。事实上，国家政策对风电消纳能力的影响也是存在的，例如2009年《可再生能源法》修订时，国务院能源主管部门根据可再生能源的规划，确定在规划期内应当达到的可再生能源发电量占全部发电量的比重，电网要按照这个比重，优先调度和全额收购可再生能源发电，这直接影响着风电消纳的比重。最后，上述发明专利所涉及的流程均过于复杂。事实上，在初始建立评估模型环节就可做到优化，其他各个环节也可以适当简化。

发明内容

为了克服现有计算风电消纳能力算法的不足，有效评估电网消纳风电容量的能力，计算出区域电网单日或年可以接纳的最大风电容量，为电网相关部门制定发电计划提供明确的依据，本发明提供一种基于电网调峰能力的风电消纳评估方法。与已有方案相比，该发明具有基于调峰电厂与不调峰电厂的划分，引入国家政策影响因子，评估流程简单明确，能够快速得到一定条件下最大风电消纳容量等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种风电消纳能力评估方法，包括负荷评估，不参与调峰电厂出力评估，参与调峰电厂出力评估，联络线功率评估，最后结合上述评估结果，根据算法公式进行风电消纳能力评估。

进一步地，所述负荷分为小地区负荷，大地区负荷，典型月份和季度负荷；风电出力和水电出力分类方式也分为上述三类以达到负荷参数统计的最优化。

进一步地，规定不参与调峰电厂包括常规水电机组和已并网风电机组。特别的，在北方供热期，一般每年的11月至次年3月，供热火电机组不参与调峰。

进一步地，参与调峰电厂出力评估中对参与调峰电厂出力最小值数据提取的方法是，提取系统不同时刻的启停状态，对应不同时段按照各机组启停情况将属于各地区的所有启动的可调峰电厂对应的常规调峰值进行求和计算，得到不同时段的调峰能力。

进一步地，联络线功率评估时分别计算联络线进入该区域的输入功率和该区域的输出功率，其中，地区联络线最大外送能力等于某时刻联络线首端地区为该地区的对应功率上限之和减去末端为该地区的功率下限之和。

进一步地，在对算法输入参数的时候，必须先进行国家政策对风电消纳影响评估，并根据评估结果调整调峰电厂出力在计算公式中占的比例，在计算公式中引入参数P_x来体现这一点。

其中，确定最大消纳风电容量的算法是：

P_G＝P_L+P_out-P_in(1)

P_G＝P′_G+P″_G(2)

p′_G＝P₁+P₂(3)

P″_G＝P₃+P₄(4)

上述式子中，P_G为主网内部电源有功出力，P_L为负荷，P_out为联络线输出功率，P_in为联络线输入功率，P′_G为参与调峰电源，P″_G为不参与调峰电源，P₁为常规火电机组出力，P₂为抽水蓄能机组出力，P₃为已并网风电机组出力，P₄一般为常规水电机组出力，但供热期，其调整为常规水电机组出力和不参与调峰的供热火电机组出力之和。

进一步地，每一时刻系统可接纳最大风电容量为

P_max＝P_L-P_G.min+P_out.max-P_in.in(5)

发电厂有功出力最小为

P_G.min＝P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄(6)

目标值最大消纳风电容量为

P_max＝P_L-(P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄)+P_out.max-P_in.min(7)

上式中，P_x为可变出力，根据国家政策要求进行调整；P_out.max为联络线输出功率最大，P_in.min为联络线输入功率最小，P_1.min为常规火电机组出力最小，P_2.min为抽水蓄能机组出力最小。

日可接纳最大风电容量为：

$P_{day}=\underset{t=1}{\overset{24}{\Σ}}{P}_{max}^t---\left(8\right)$

年可接纳最大风电容量为

$P_{year}=\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Σ}}{\mathrm{month}}^j.day\×P_{day}}{T}---\left(9\right)$

式(9)中，month^j.day为第j个月份的天数，T为年利用小时数。

具体的评估方法为：首先进行负荷评估，将负荷分别划分为小负荷区域，大负荷区域以及典型负荷区域，其中，小负荷区域按照地市来划分，大负荷区域则按照风带划分，一般会包括若干个市区，典型负荷则分为典型月份和季度负荷。将小地区和大地区负荷按照典型月份或季度对应一天24个时段做平均，即可得到各个区域典型24小时的有功负荷数据；其次，进行不参与调峰电厂的出力评估，将不参与调峰电厂划分为常规水电、风电部分，分别统计出力数据，风电作为一种不可控能源，可视为所有风电均不参与调峰，在北方供暖期，供热火电机组由于承担供热任务而不参与调峰。进行水电、风电出力统计时同样将其划分为三类负荷区域；然后，进行参与调峰电厂出力评估，风电消纳主要依靠具有快速调节的火电机组和调峰能力强的抽水蓄能机组，对参与调峰的火电机组和抽水蓄能机组进行参数提取，根据不同时刻的启停状态，进行求和计算，得到不同时段的调峰能力，同时将机组调峰数据按照月份或季度对应一天24个时段做平均，就得到该月份典型24小时调峰机组最小出力；接着，进行联络线功率评估，对应于不同时刻，分别计算联络线进入该区域的输入功率和该区域的输出功率；最后，根据国家相关政策规定的风电消纳比重，对参与调峰机组和不参与调峰机组出力情况进行调整；综合以上参数数据，根据所提出的风电消纳能力评估公式，可快速计算出区域单日或年可接纳的最大风电容量。

本发明的有益效果是提供了一种计算区域电网单日或年可接纳最大风电容量的方法，从而为电网规划部门确定新能源并网发电中风电所占比例，制定发电计划提供依据。与已有方案相比，该发明具有基于调峰电厂与不调峰电厂的划分，引入国家政策影响因子，评估模型非常简单明确等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是该风电消纳能力评估方法流程图。

具体实施方式

在图1中，首先进行负荷评估，将负荷分别划分为小负荷区域，大负荷区域以及典型负荷区域，其中，小负荷区域按照地市来划分，大负荷区域则按照风带划分，一般会包括若干个市区，典型负荷则分为典型月份和季度负荷。将小地区和大地区负荷按照典型月份或季度对应一天24个时段做平均，即可得到各个区域典型日24小时的有功负荷数据；进行不参与调峰电厂出力评估，将不参与调峰电厂划分为水电、风电部分分别统计出力数据，风电作为一种不可控能源，可视为所有风电均不参与调峰，在北方供暖期，供热火电机组由于承担供热任务而不参与调峰。进行水电、风电出力统计时同样将其划分为三类负荷区域；进行参与调峰电厂出力评估，风电消纳主要依靠具有快速调节的火电机组和调峰能力强的抽水蓄能机组，对参与调峰的机组进行参数提取，根据不同时刻的启停状态，进行求和计算，得到不同时段的调峰能力，同时将机组调峰数据按照月份或季度对应一天24个时段做平均，就得到该月份典型24点调峰机组最小出力；进行联络线功率评估，分别计算联络线进入该区域的输入功率和该区域的输出功率，其中，该区域联络线最大输出功率等于某时刻联络线首端地区为该地区的对应功率上限之和减去末端为该地区的功率下限之和；最后根据国家相关政策规定的风电消纳比重，对参与调峰机组和不参与调峰机组出力情况进行调整；综合以上参数数据，根据所提出的风电消纳能力评估模型公式，可快速计算出区域单日或年可接纳的最大风电容量。

其中，确定最大消纳风电容量的算法是：

P_G＝P_L+P_out-P_in(1)

P_G＝P′_G+P″_G(2)

P′_G＝P₁+P₂(3)

P″_G＝P₃+P₄(4)

上述式子中，P_G为主网内部电源有功出力，P_L为负荷，P_out为联络线输出功率，P_in为联络线输入功率，P′_G为参与调峰电源，P″_G为不参与调峰电源，P₁为常规火电机组出力，P₂为抽水蓄能机组出力，P₃为已并网风电机组出力，P₄一般为常规水电机组出力，但供热期，其调整为常规水电机组出力和不参与调峰的供热火电机组出力之和。

进一步地，每一时刻系统可接纳最大风电容量为

P_max＝P_L-P_G.min+P_out.max-P_in.min(5)

发电厂有功出力最小为

P_G.min＝P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄(6)

目标值最大消纳风电容量为

P_max＝P_L-(P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄)+P_out.max-P_in.min(7)

上式中，P_x为可变出力，根据国家政策要求进行调整；P_out.max为联络线输出功率最大，P_in.min为联络线输入功率最小，P_1.min为常规火电机组出力最小，P_2.min为抽水蓄能机组出力最小。

日可接纳最大风电容量为：

$P_{day}=\underset{t=1}{\overset{24}{\Σ}}{P}_{max}^t---\left(8\right)$

年可接纳最大风电容量为

$P_{year}=\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Σ}}{\mathrm{month}}^j.day\×P_{day}}{T}---\left(9\right)$

式(9)中，month^j.day为第j个月份的天数，T为年利用小时数。

为了进一步说明评估模型，现引入一个实例结果进行说明，下表为按照本方法评估得到的东北某地区大负荷运行方式下的风电消纳能力。(单位MW)

Claims (9)

1.一种风电消纳能力评估方法，包括负荷评估，不参与调峰电厂出力评估，参与调峰电厂出力评估，联络线功率评估，最后结合上述评估结果，根据算法公式进行风电消纳能力评估。

2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于：优选的，所述负荷评估具体为，将负荷分别划分为小负荷区域，大负荷区域以及典型负荷区域，其中，小负荷区域按照地市来划分，大负荷区域则按照风带划分，一般会包括若干个市区，典型负荷则分为典型月份和季度负荷；将小地区和大地区负荷按照典型月份或季度对应一天24个时段做平均，即可得到各个区域24小时的有功负荷数据。

3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述不参与调峰电厂的出力评估具体为，将不参与调峰电厂划分为水电、风电部分，分别统计出力数据，风电作为一种不可控能源，可视为所有风电均不参与调峰，在北方供暖期，供热火电机组由于承担供热任务而不参与调峰；进行水电、风电出力统计时同样将其划分为小负荷区域，大负荷区域以及典型负荷区域。

4.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于：所述参与调峰电厂出力评估具体为，对参与调峰的火电机组和抽水蓄能机组进行参数提取，根据不同时刻的启停状态，进行求和计算，得到不同时段的调峰能力，同时将机组调峰数据按照月份或季度对应一天24个时段做平均，就得到该月份典型24点调峰机组最小出力。

5.根据权利要求4所述的评估方法，其特征在于：所述联络线功率评估具体为，对应于不同时刻分别计算联络线进入该区域的输入功率和该区域的输出功率，其中，该区域联络线最大输出功率等于某时刻联络线首端地区为该地区的对应功率上限之和减去末端为该地区的功率下限之和。

6.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于：在对算法输入参数的时候，必须先进行国家政策对风电消纳影响评估，并根据评估结果调整调峰电厂出力在计算公式中占的比例，在计算公式中引入参数P_x来调整。

7.根据权利要求6所述的评估方法，其特征在于：确定最大消纳风电容量的算法是：

P_G＝P_L+P_out-P_in(1)

P_G＝P′_G+P″_G(2)

P′_G＝P₁+P₂(3)

P″_G＝P₃+P₄(4)

上述式子中，P_G为主网内部电源有功出力，P_L为负荷，P_out为联络线输出功率，P_in为联络线输入功率，P′_G为参与调峰电源，P″_G为不参与调峰电源，P₁为常规火电机组出力，P₂为抽水蓄能机组出力，P₃为已并网风电机组出力，P₄一般为常规水电机组出力，但供热期，其调整为常规水电机组出力和不参与调峰的供热火电机组出力之和。

8.根据权利要求7所述的评估方法，每一时刻系统可接纳最大风电容量为

P_max＝P_L-P_G.min+P_out.max-P_in.min(5)

发电厂有功出力最小为

P_G.min＝P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄(6)

目标值最大消纳风电容量为

P_max＝P_L-(P_1.min+P_2.min+P_x+P₃+P₄)+P_out.max-P_in.min(7)

上式中，P_x为可变出力，根据国家政策要求进行调整；P_out.max为联络线输出功率最大，P_in.min为联络线输入功率最小，P_1.min为常规火电机组出力最小，P_2.min为抽水蓄能机组出力最小。

9.根据权利要求8所述的评估方法，其特征在于：日可接纳最大风电容量为

$P_{day}=\underset{t=1}{\overset{24}{\Σ}}{P}_{max}^t---\left(8\right)$

年可接纳最大风电容量为

$P_{year}=\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Σ}}{\mathrm{month}}^j.day\×P_{day}}{T}---\left(9\right)$

式(9)中，month^j.day为第j个月份的天数，T为年利用小时数。