CN105515062B - 基于风电和水电的电力系统调峰方法 - Google Patents

基于风电和水电的电力系统调峰方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于风电和水电的电力系统调峰方法，包括获取风电出力特性曲线并修正；对等效负荷曲线进行分布校验，得到等效负荷曲线的密度分布函数；计算调峰改善因子曲线；计算容量影响因子曲线；以弃风功率为变量，计算调峰改善因子曲线和容量影响因子曲线的非零交点，并计算非零交点对应的弃风功率值；以弃风功率值为最大弃风功率，以优先选择弃风、其次选择弃水为调峰准则，进行电力系统调峰。本发明提出了调峰改善因子和容量影响因子，针对弃风成本函数的特性，合理地分配风电与水电的弃电量，计算得到成本最低的弃风、弃水功率值，保证电力系统的稳定运行以及最优成本运行。本发明方法简单可靠，计算简便，易于推广。

Description

基于风电和水电的电力系统调峰方法
技术领域
本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种基于风电和水电的电力系统调峰方法。
背景技术
近年来，国内的风电发展迅猛。由于风电具有波动性、随机性、间歇性和反调峰等特性，目前风电预测的方法也不能较为精准地对风电的出力进行预测，使得大规模的风电接入对电网的规划与运行带来了严峻的挑战，系统备用、电力电量平衡以及调峰等问题日益突出。为了保证系统的安全稳定运行，有必要对系统提供足够的调峰容量以接纳大规模的风电。在系统无法完全消纳风电的情形下，适当的弃风有利于缓解系统的调峰压力，但是这会导致发电容量的浪费以及风电成本的增加。这个问题在水电富集的地区尤为突出。
水电是一种廉价的清洁能源，能够给系统提供较多的调峰容量，抽水蓄能电站也被认为是最具潜力的调峰电源，系统的调峰容量通过风电和水电的联合运行来进行优化。它可以减小弃风的频率，但需要更加有效的风电水电联合运行方法。经过研究和计算发现，弃风对风力发电的成本上升并不是一条线性曲线，而是类似指数曲线的方式上升，即弃风量越大，风电场的发电单位成本上升速度越快，但在弃风量增大初期，弃风造成的单位电价上升增长相对缓慢。虽然目前已有大量关于风电水电联合运行方法用于提高系统的调峰容量，但是弃风弃水现象实际运行中仍然很常见，造成了大量的成本的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够合理分配弃风、弃水容量，从而达到电力系统最优化运行目的的基于风电和水电的电力系统调峰方法。
本发明提供的这种基于风电和水电的电力系统调峰方法，包括如下步骤：
S1.获取电力系统的风电出力特性曲线，并对该系统的日负荷曲线采用以下算式进行修正：
Leq＝Lor-Pwo
式中Leq为修正后的等效负荷，Lor为原始负荷曲线，Pwo为系统风电出力特性曲线；
S2.对步骤S1得到的等效负荷曲线进行分布校验，得到等效负荷曲线服从的概率分布，从而得到等效负荷曲线的密度分布函数；
S3.采用以下算式计算调峰改善因子曲线I：
其中，Pmp为系统在一段时间内的最大调峰容量，Pηmax为一段时间内弃风功率的最大值，Pηmin为一段时间内弃风功率的最小值，I′为改善因子曲线主体部分，采用如下算式进行计算：
式中Pwa为此刻的弃风功率，Pη为系统在一段时间内弃风功率的平均值，ξ1为调峰收益因子的比例常数，代表水力发电在电网内的发电比例；
S4.采用以下算式计算容量影响因子曲线V：
式中f(x)为步骤S2中得出的等效负荷曲线的概率密度函数，Leql为一段时间内等效负荷的最小值，ξ2为容量影响因子的比例常数，代表风电在电网内的发电比例，且ξ1+ξ2＝1；
S5.以弃风功率Pwa为变量，计算调峰改善因子曲线I和容量影响因子曲线V的非零交点，并计算非零交点对应的弃风功率值Woc；
S6.以步骤S5得到的弃风功率值Woc为最大弃风功率进行电力系统调峰。
步骤S3所述的调峰改善因子曲线，为在系统负荷过小且风速过大的情况下进行弃风。
步骤S5所述的计算调峰改善因子曲线I和容量影响因子曲线V的非零交点，具体包括如下步骤：
1)以弃风功率为横坐标，将调峰改善因子曲线I的曲线画出；
2)在同一坐标轴上将容量影响因子曲线V的曲线画出；
3)由于调峰改善因子曲线I曲线必定为一条直线，容量影响因子曲线V为一条斜率逐渐上升的曲线，故除去在零点的交点以外，两条曲线必然有且只有一个交点，求出该交点的对应的弃风功率值Woc。
步骤S6所述的电力系统调峰，是以弃风功率值Woc为最大弃风功率，以优先选择弃风、其次选择弃水为调峰原则进行电力系统调峰。
本发明由于提出了调峰改善因子和容量影响因子两个指标，针对弃风成本函数的特性，对发电容量和调峰比例的改善情况进行分析，能够合理地分配风电与水电的弃电量，计算得到成本最低的弃风、弃水功率值，从而保证了电力系统的稳定运行以及最优成本运行。本发明方法简单可靠，计算简便，易于推广。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明具体实施例的等效负荷概率密度曲线图。
图3为本发明具体实施例的等效负荷曲线图。
图4为本发明具体实施例的调峰改善因子和容量影响因子曲线图。
图5为本发明具体实施例的优化调峰结果图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的方法流程图：本发明提供的这种基于风电和水电的电力系统调峰方法，包括如下步骤：
S1.获取系统的风电出力特性曲线，并对该系统的日负荷曲线采用以下算式进行修正：
Leq＝Lor-Pwo
式中Leq为修正后的等效负荷，Lor为原始负荷曲线，Pwo为系统风电出力特性曲线；
S2.对步骤S1得到的等效负荷曲线进行分布校验，得到等效负荷曲线的服从的概率分布，从而得到等效负荷曲线的密度分布函数；
S3.采用以下算式计算调峰改善因子曲线I：
其中，Pmp为系统在一段时间内的最大调峰容量，Pηmax为一段时间内弃风功率的最大值，Pηmin为一段时间内弃风功率的最小值，其构成因子的修正部分。I′为改善因子曲线主体部分，其表达式如下所示，其与其他修正参数共同构成改善因子曲线I：
式中Pwa为此刻的弃风功率，Pη为系统在一段时间内弃风功率的平均值，ξ1为调峰收益因子的比例常数；
所述的调峰改善因子曲线，为在系统负荷过小且风速过大的情况下进行弃风；
S4.采用以下算式计算容量影响因子曲线V：
式中f(x)为步骤S2中得出的等效负荷曲线的概率密度函数，Leql为一段时间内等效负荷的最小值，ξ2为容量影响因子的比例常数，代表风电在电网内的发电比例，且ξ1+ξ2＝1；
调峰改善因子的比例常数ξ1和容量影响因子的比例常数ξ2，具体的选择方法包括如下步骤：
1)如果系统内的国家政策要求更多的接收风电，则调峰改善因子的比例常数ξ1应适当减小，容量影响因子的比例常数ξ2应适当变大；
2)如果系统内的国家政策要求更多的接收水电，则调峰改善因子的比例常数ξ1应适当变大，容量影响因子的比例常数ξ2应适当减小；
S5.以弃风功率Pwa为变量，计算调峰改善因子曲线I和容量影响因子曲线V的非零交点，并计算非零交点对应的弃风功率值Woc；
所述的计算调峰改善因子曲线I和容量影响因子曲线V的非零交点，具体包括如下步骤：
1)以弃风功率为横坐标，将调峰改善因子曲线I的曲线画出；
2)在同一坐标轴上将容量影响因子曲线V的曲线画出；
3)由于调峰改善因子曲线I曲线必定为一条直线，容量影响因子曲线V为一条斜率逐渐上升的曲线，故除去在零点的交点以外，两条曲线必然有且只有一个交点，求出该交点的对应的弃风功率值Woc。
S6.以步骤S5得到的弃风功率值Woc为最大弃风功率，以优先选择弃风、其次选择弃水为调峰准则，进行电力系统调峰。
弃风功率值Woc的即为最大的弃风功率值，一旦弃风功率大于该弃风功率值，则风电场的发电单位成本上升速度将明显的极具加快。
以下结合一个具体实施例对本发明进行进一步说明：
选取湖南省某地区的相关数据进行实例说明。该地区系统装机总容量为5GW，风电装机容量约为1GW。
A：使用曲线拟合，对按步骤1所述方法得到的等效负荷曲线进行分布检验，其检验结果如图2所示，从图中可以看出，该地区的等效负荷曲线服从Weibull分布。因此通过概率学知识求出等效负荷概率密度分布函数如下式所示，其原始等效负荷曲线如图3所示；
特别的，在本实施例中，根据拟合结果，Weibull分布常数a和b分别为50.3226和21.0812。
B：计算调峰改善因子，用于量化弃风对系统调峰和发电容量影响，之后如步骤5所述，绘制出调峰改善因子的曲线，如图4中实线所示；
C：计算容量影响因子。用于计算发电容量和弃风容量之间的关系，如步骤5所示，绘制出容量影响因子的曲线，如图4中虚线所示；
D：使用调峰改善因子和容量影响因子来研究弃风功率对系统发电容量和调峰比例的改善情况，从图4中，可以看到，调峰改善因子和容量影响因子这两条曲线有一个交点，该点的值即为本实例的最佳弃风容量值，约为180MW。
E：当系统面临调峰容量不足的情况时，优先选择弃风，设定弃风的最大容量为180MW。如果弃风容量达到180MW，仍然存在调峰容量不足的情况，则根据调峰总容量和奇峰容量确定弃水量，直到满足调峰需求。其优化结果如图5所示，相比于图3中的结果，可以明显的看出，当发生弃风时，风电场的弃风量总是处于最佳弃风点。
进一步的，在本实例中，参数ξ1和ξ2取值均为0.5。

Claims (3)

1.一种基于风电和水电的电力系统调峰方法，包括如下步骤：
S1.获取电力系统的风电出力特性曲线，并对该系统的日负荷曲线采用以下算式进行修正：
Leq＝Lor-Pwo
式中Leq为修正后的等效负荷，Lor为原始负荷曲线，Pwo为系统风电出力特性曲线；
S2.对步骤S1得到的等效负荷曲线进行分布校验，得到等效负荷曲线服从的概率分布，从而得到等效负荷曲线的密度分布函数；
S3.采用以下算式计算调峰改善因子曲线I：
<mrow> <mi>I</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <msup> <mi>I</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </mrow>
其中，Pmp为系统在一段时间内的最大调峰容量，Pηmax为一段时间内弃风功率的最大值，Pηmin为一段时间内弃风功率的最小值，I′为改善因子曲线主体部分，为采用如下算式进行计算：
<mrow> <msup> <mi>I</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>&amp;eta;</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中Pwa为此刻的弃风功率，Pmp为系统在一段时间内的最大调峰容量，ξ1为调峰收益因子的比例常数，代表水力发电在电网内的发电比例；Pη为系统在一段时间内弃风功率的平均值；
S4.采用以下算式计算容量影响因子曲线V：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow> </msubsup> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>x</mi> </mrow>
式中f(x)为步骤S2中得出的等效负荷曲线的概率密度函数，Leql为一段时间内等效负荷的最小值，ξ2为容量影响因子的比例常数，代表风电在电网内的发电比例，且ξ1+ξ2＝1；
S5.以弃风功率Pwa为变量，计算调峰改善因子曲线I和容量影响因子曲线V的非零交点，并计算非零交点对应的弃风功率值Woc；具体包括如下步骤：
1)以弃风功率为横坐标，画出调峰改善因子曲线I的曲线；
2)在同一坐标轴上画出容量影响因子曲线V的曲线；
3)由于调峰改善因子曲线I曲线必定为一条直线，容量影响因子曲线V为一条斜率逐渐上升的曲线，故除去在零点的交点以外，两条曲线必然有且只有一个交点，求出该交点的对应的弃风功率值Woc；
S6.以步骤S5得到的弃风功率值Woc为最大弃风功率进行电力系统调峰。
2.根据权利要求1所述的基于风电和水电的电力系统调峰方法，其特征在于步骤S3所述的调峰改善因子曲线，为在系统负荷过小且风速过大的情况下进行弃风。
3.根据权利要求1或2所述的基于风电和水电的电力系统调峰方法，其特征在于步骤S6所述的电力系统调峰，是以弃风功率值Woc为最大弃风功率，以优先选择弃风、其次选择弃水为调峰原则进行电力系统调峰。
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