CN105703395B - 一种风电消纳能力分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风电消纳能力分析方法，包括以下步骤：1)采集电力系统数据；2)确定电力系统开机方式，并根据电力系统开机方式确定非风电机组的最小开机容量；3)计算各主要输电通道的热稳定极限和暂态稳定极限和每一主要输电通道的最大输送能力；4)计算每小时提供的最大风电出力；5)计算基于网络约束的风电出力；6)计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间；7)计算风电实际出力和每一主要输电通道的最大输送能力，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力；8)计算风电发电量，计算风电限电量；9)计算弃风电量比例。本发明能够直观、准确地表征电力系统消纳风电的能力。

Description

一种风电消纳能力分析方法
技术领域
本发明涉及风电并网技术领域，特别是涉及一种风电消纳能力分析方法。
背景技术
风电是具有可再生性的绿色能源，近年来随着我国能源结构的调整，绿色能源愈发得到重视。为保障能源安全和推动环境保护，我国推出了一系列新能源发展政策，鼓励风电的大规模开发利用。我国于2010年风电装机容量超过美国成为世界风电装机容量最大的国家，截至2014年底，我国风电装机容量已达到9581万千瓦，根据我国可再生能源发展“十二五”规划，2020年风电装机容量预计达到2亿千瓦。然而，国内的风电发展极不平衡，受风能资源的限制，风电开发主要集中分布在东北、西北和华北地区，一方面由于风电的规划和建设周期短，开发风电过程中往往没有详细考虑到当地电网、电源和负荷的现实情况；另一方面风电基地所在地区电网负荷较小，负荷中心位于东部沿海，致使目前“三北”地区风电消纳面临很大困难。
国内外相关研究主要集中在电网不限制风电出力情况下的最大允许风电装机容量，最大允许风电装机容量用来表征电网消纳风电的能力，其中影响风电消纳能力的关键因素是电网输送能力和系统调峰能力，因此分析风电消纳能力的主要方法是从电网输送能力的角度和系统调峰能力出发。现有技术中虽然存在最大消纳风电能力的计算方法，但是没有考虑允许限制部分风电出力的情况。实际上，对于风电装机容量较大的风电基地，风电出力超过80％的概率一般仅在3％以下，如果某一时段风电出力过大，而系统调峰能力或者输送能力不足时，可采取限制部分风电出力的措施来避免发生电网安全稳定问题；相反，在系统调峰能力或输送能力充足时，在保障系统安全稳定运行前提下，应全额消纳风电。
目前，国内多个地区的风电装机容量已经超过了消纳风电能力，以风电电力衡量消纳风电能力已失去意义，电量消纳成为风电发展的最终目标，而通过限制部分风电尖峰出力来提高风电电量消纳能力已成必然趋势。因此，选择风电发电量和风电限电量来直观表征系统消纳风电能力尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种风电消纳能力分析方法，能够直观、准确地表征电力系统消纳风电的能力。
为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：一种风电消纳能力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电力系统数据，其中，电力系统数据包括网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL；2)根据网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL确定电力系统开机方式，并根据电力系统开机方式确定非风电机组的最小开机容量PiMin；3)基于电力系统开机方式计算得到各主要输电通道的热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr；并根据热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，分别对应计算每一主要输电通道的最大输送能力Pimax；4)根据全网风电装机容量Piw和风电出力同时率γ计算每小时提供的最大风电出力Piwmax；5)根据各主要输电通道的最大输送能力Pimax进行潮流计算得到基于网络约束的风电出力Piwnet；6)根据计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc；7)根据基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc和基于网络约束的风电出力Piwnet计算得到风电实际出力Pia，根据风电实际出力Pia和每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力Pix；8)根据风电实际出力Pia计算风电发电量EWT，根据每一主要输电通道的受限出力Pix计算风电限电量EWX；9)根据风电发电量EWT和风电限电量EWX计算弃风电量比例，根据弃风电量比例和电网的实际运行情况判断风电消纳能力的大小。
所述步骤3)基于电力系统开机方式，采用电力系统分析综合程序或者PSD-BPA(Power System Department-Bonneville Power Administration)程序仿真计算得到各主要输电通道的热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr；并根据热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，分别对应计算每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，其中主要输电通道的最大输送能力Pimax计算公式如下：Pimax＝min(Pith，Pitr)式中，Pimax表示主要输电通道的最大输送能力；Pith表示该主要输电通道的热稳定极限；Pitr表示该主要输电通道的暂态稳定极限。
所述步骤4)根据全网风电装机容量Piw和风电出力同时率γ计算每小时提供的最大风电出力Piwmax，其中每小时提供的最大风电出力Piwmax的计算公式如下：Piwmax＝γ×Piw式中，Piwmax表示每小时提供的最大风电出力；γ表示风电出力同时率；Piw表示风电装机容量。
所述步骤5)根据各主要输电通道的最大输送能力Pimax，采用电力系统分析综合程序或者PSD-BPA程序进行潮流计算得到基于网络约束的风电出力Piwnet。
所述步骤6)根据计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc，其中基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc计算公式如下：Piwc＝PiL-PiMin式中，Piwc表示基于系统调峰能力的风电接纳空间；PiL表示计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值；PiMin表示非风电机组的最小开机容量。
所述步骤7)所述根据基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc和基于网络约束的风电出力Piwnet计算得到风电实际出力Pia，根据风电实际出力Pia和每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力Pix，其中，风电实际出力Pia的计算公式如下：Pia＝min{Piwc，min(Piwmax，Piwnet)}式中，Pia表示风电实际出力；Piwc表示基于系统调峰能力的风电接纳空间；Piwmax表示最大风电出力；Piwnet表示基于网络约束的风电出力；主要输电通道的受限出力Pix的计算公式如下：Pix＝Pimax-Pia式中，Pix表示主要输电通道的受限出力；Pimax表示主要输电通道的最大输送能力；Pia表示风电实际出力。
所述步骤8)根据风电实际出力Pia计算风电发电量EWT，根据每一主要输电通道的受限出力Pix计算风电限电量EWX，其中，风电发电量EWT的计算公式如下：式中，EWT表示风电发电量；Pia表示风电实际出力；风电限电量EWX的计算公式如下：式中，EWX表示风电限电量；Pix表示主要输电通道的受限出力。
所述步骤9)根据风电发电量EWT和风电限电量EWX计算弃风电量比例，根据弃风电量比例和电网的实际运行情况判断风电消纳能力的大小，具体判断过程为：当弃风电量比例小于5％时，表示风电消纳情况良好，当弃风电量比例大于10％时，表示风电消纳能力不足，其中，弃风电量比例的计算公式如下：式中，η表示弃风电量比例；EWX表示风电限电量；EWT表示风电发电量。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明由于通过风电发电量和风电限电量表征电力系统消纳风电的能力，且在风电发电量和风电限电量的计算过程中考虑到网络约束和系统调峰能力，使得风电消纳能力更贴近实际，因此能够直观、准确地表征电力系统消纳风电的能力，进而为区域电网风电规划提供重要依据。本发明设计步骤简单，操作方便，容易实现，具有比较高的实用性，可以广泛应用于区域电网风电规划的过程中。
附图说明
图1是本发明的风电消纳能力分析方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的风电消纳能力分析方法，包括以下步骤：
1、采集电力系统数据，其中，电力系统数据包括网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL；
2、根据网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL确定电力系统开机方式，并根据电力系统开机方式确定非风电机组的最小开机容量PiMin，其中确定电力系统开机方式可以采用现有方法进行确定，在此不再赘述；
3、基于电力系统开机方式，采用电力系统分析综合程序(Power System AnalysisSoftware Package，PSASP)或者PSD-BPA(Power System Department-Bonneville PowerAdministration)程序仿真计算得到各主要输电通道的热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，其中，主要输电通道包括风电外送通道、省间联络线断面和电网薄弱断面；并根据热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，分别对应计算每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，其计算公式如下：
Pimax＝min(Pith，Pitr)
式中，Pimax表示主要输电通道的最大输送能力；Pith表示该主要输电通道的热稳定极限；Pitr表示该主要输电通道的暂态稳定极限；
4、根据全网风电装机容量Piw和风电出力同时率γ计算每小时提供的最大风电出力Piwmax，其计算公式如下：
Piwmax＝γ×Piw
式中，Piwmax表示每小时提供的最大风电出力；γ表示风电出力同时率；Piw表示风电装机容量；
5、根据各主要输电通道的最大输送能力Pimax，采用电力系统分析综合程序或者PSD-BPA程序进行潮流计算，得到基于网络约束的风电出力Piwnet，其中，基于网络约束即基于各主要输电通道的最大输送能力Pimax的约束；
6、根据计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc，其中，基于系统调峰能力即基于计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin，基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc计算公式如下：
Piwc＝PiL-PiMin
式中，Piwc表示基于系统调峰能力的风电接纳空间；PiL表示计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值；PiMin表示非风电机组的最小开机容量；
7、根据基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc和基于网络约束的风电出力Piwnet计算得到风电实际出力Pia，根据风电实际出力Pia和每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力Pix，其中，风电实际出力Pia的计算公式如下：
Pia＝min{Piwc，min(Piwmax，Piwnet)}
式中，Pia表示风电实际出力；Piwnet表示基于网络约束的风电出力；
主要输电通道的受限出力Pix的计算公式如下：
Pix＝Pimax-Pia
式中，Pix表示主要输电通道的受限出力；
8、根据风电实际出力Pia计算风电发电量EWT，根据每一主要输电通道的受限出力Pix计算风电限电量EWX，其中，风电发电量EWT的计算公式如下：
式中，EWT表示风电发电量；
风电限电量EWX的计算公式如下：
式中，EWX表示风电限电量；
9、根据风电发电量EWT和风电限电量EWX计算弃风电量比例，根据弃风电量比例和电网的实际运行情况，分析风电消纳能力的大小，通常当弃风电量比例小于5％时，表示风电消纳情况良好，当弃风电量比例大于10％时，表示风电消纳能力不足，其中，弃风电量比例的计算公式如下：
式中，η表示弃风电量比例。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施方法的各步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种风电消纳能力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集电力系统数据，其中，电力系统数据包括网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL；
2)根据网架结构、全网总装机容量Piz、全网风电装机容量Piw和计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL确定电力系统开机方式，并根据电力系统开机方式确定非风电机组的最小开机容量PiMin；
3)基于电力系统开机方式计算得到各主要输电通道的热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr；并根据热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，分别对应计算每一主要输电通道的最大输送能力Pimax；
4)根据全网风电装机容量Piw和风电出力同时率γ计算每小时提供的最大风电出力Piwmax；
5)根据各主要输电通道的最大输送能力Pimax进行潮流计算得到基于网络约束的风电出力Piwnet；
6)根据计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc；
7)根据基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc和基于网络约束的风电出力Piwnet计算得到风电实际出力Pia，根据风电实际出力Pia和每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力Pix；
8)根据风电实际出力Pia计算风电发电量EWT，根据每一主要输电通道的受限出力Pix计算风电限电量EWX；
9)根据风电发电量EWT和风电限电量EWX计算弃风电量比例，根据弃风电量比例和电网的实际运行情况判断风电消纳能力的大小。
2.如权利要求1所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤3)基于电力系统开机方式，采用电力系统分析综合程序或者PSD-BPA(Power System Department-Bonneville Power Administration)程序仿真计算得到各主要输电通道的热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr；并根据热稳定极限Pith和暂态稳定极限Pitr，分别对应计算每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，其中主要输电通道的最大输送能力Pimax计算公式如下：
Pimax＝min(Pith，Pitr)
式中，Pimax表示主要输电通道的最大输送能力；Pith表示该主要输电通道的热稳定极限；Pitr表示该主要输电通道的暂态稳定极限。
3.如权利要求1所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤4)根据全网风电装机容量Piw和风电出力同时率γ计算每小时提供的最大风电出力Piwmax，其中每小时提供的最大风电出力Piwmax的计算公式如下：
Piwmax＝γ×Piw
式中，Piwmax表示每小时提供的最大风电出力；γ表示风电出力同时率；Piw表示风电装机容量。
4.如权利要求2所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤5)根据各主要输电通道的最大输送能力Pimax，采用电力系统分析综合程序或者PSD-BPA程序进行潮流计算得到基于网络约束的风电出力Piwnet。
5.如权利要求1或2或3或4所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤6)根据计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值PiL和非风电机组的最小开机容量PiMin计算得到基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc，其中基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc计算公式如下：
Piwc＝PiL-PiMin
式中，Piwc表示基于系统调峰能力的风电接纳空间；PiL表示计算期间电力系统每小时的平均负荷预测值；PiMin表示非风电机组的最小开机容量。
6.如权利要求1或2或3或4所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤7)所述根据基于系统调峰能力的风电接纳空间Piwc和基于网络约束的风电出力Piwnet计算得到风电实际出力Pia，根据风电实际出力Pia和每一主要输电通道的最大输送能力Pimax，分别对应计算电力系统内每一主要输电通道的受限出力Pix，其中，风电实际出力Pia的计算公式如下：
Pia＝min{Piwc，min(Piwmax，Piwnet)}
式中，Pia表示风电实际出力；Piwc表示基于系统调峰能力的风电接纳空间；Piwmax表示最大风电出力；Piwnet表示基于网络约束的风电出力；
主要输电通道的受限出力Pix的计算公式如下：
Pix＝Pimax-Pia
式中，Pix表示主要输电通道的受限出力；Pimax表示主要输电通道的最大输送能力；Pia表示风电实际出力。
7.如权利要求5所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤8)根据风电实际出力Pia计算风电发电量EWT，根据每一主要输电通道的受限出力Pix计算风电限电量EWX，其中，风电发电量EWT的计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>8760</mn> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow>
式中，EWT表示风电发电量；Pia表示风电实际出力；
风电限电量EWX的计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>X</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>8760</mn> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow>
式中，EWX表示风电限电量；Pix表示主要输电通道的受限出力。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述一种风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述步骤9)根据风电发电量EWT和风电限电量EWX计算弃风电量比例，根据弃风电量比例和电网的实际运行情况判断风电消纳能力的大小，具体判断过程为：
当弃风电量比例小于5％时，表示风电消纳情况良好，当弃风电量比例大于10％时，表示风电消纳能力不足，其中，弃风电量比例的计算公式如下：
<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>X</mi> </mrow> </msub> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>X</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>
式中，η表示弃风电量比例；EWX表示风电限电量；EWT表示风电发电量。
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