CN105825435A - 一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，包括：计算电网运营效率指标，对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，所述指标包括新能源消纳率、外来电消纳率、阻塞成本增长率、输电线损率、线路利用率以及重过载线路比率；按照设定的规则对各指标进行评定分数，并根据所述分数绘制雷达图。从发电侧、输电侧两个角度建立电网运营效率评估指标集，能够对电力系统运行状况进行多维考察。利用时序运行模拟技术再现电力系统全年8760小时的运行状态，能够精确给出评估指标。

Description

一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析领域，尤其涉及一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法。

背景技术

1、电力系统时序运行模拟技术

电力系统时序运行模拟是根据电源的出力特性、电网的拓扑特性、负荷分布特性等边界条件，以经济性最优为目标，以安全运行为约束的模拟实际电力系统运行的机组组合与经济调度模型。

在对电源特性的处理上，支持火电、燃机、水电、抽蓄、风电、核电、热电等多种电源的运行方式，并支持机组制定曲线与指定开停机状态，适应多种边界条件。

时间尺度上，电力系统时序运行模拟可以实现全年8760小时的模拟，再现规划方案中的电力系统在未来的运行状况，包括各个小时的电源出力，线路和变压器上的潮流等重要信息。

时序运行模拟的技术细节详见1、NingZhang,ChongqingKang,Daniel.S.Kirschen,WeiminXi,JunhuiHuangandQianZhang.Thermalgenerationoperatingcostvariationswithwindpowerintegration.Proceedingsof2011IEEEPower&EnergySocietyGeneralMeeting,Detroit,USA,2011,Jul.23-27.以及2、NingZhang,ChongqingKang,DanielS.Kirschen,QingXia,WeiminXi,JunhuiHuang,QianZhang.Planningpumpedstoragecapacityforwindpowerintegration.IEEETransactionsonSustainableEnergy,2013,4(2):393-401.

2、面向电力规划的网损估算方法

针对电力规划中的系统进行网损评估，即基于直流潮流的网损评估方法，已有研究，并且有专利公开。

详见专利：国家电网公司.一种面向电力规划的电力系统网损评估方法:中国，CN105046573A，2015-11-11.

3、电网运营效率

目前电网运营效率并没有公认的定义以及统一的评价方法，电网运营效率受到电源、电网、负荷等多方面因素的影响，多种因素的作用机理比较复杂。从空间角度，电源布局、负荷的分布将影响系统潮流的分布，电网的阻塞将会影响系统的发电成本以及线损；从时间角度，负荷的波动、间歇性能源将影响机组开机方式进而影响系统成本；此外，电网的运营中并非单纯追求经济性，对系统安全性、设备利用率、新能源的消纳、外来电的接纳都反映了电网运行精益化水平。可见，电网运营效率并非单纯的经济性评价，而是多维度的评价问题。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提出一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，具体由以下技术方案实现：

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，包括：

1)计算电网运营效率指标，对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，所述指标包括新能源消纳率、外来电消纳率、阻塞成本增长率、输电线损率、线路利用率以及重过载线路比率；

2)按照设定的规则对各指标进行评定分数，并根据所述分数绘制雷达图。

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，所述步骤1)中对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，包括

A)获取目标年的电力系统规划数据，所述数据包括负荷、电源以及网络拓扑；

B)设定不考虑网络约束的时序运行模拟方案为A方案，设定考虑网络约束的时序运行模拟方案为A+方案，通过运行模拟得到每个方案中全年各机组各线路运行结果；

其中，A方案结果中各机组运行成本A⁺方案结果中各机组发电功率新能源机组可发电功率新能源机组上网功率外来电通道送电功率各机组运行成本各线路潮流各变压器潮流其中，L_line是系统中输电线路个数；L_trans是系统中变压器个数；N_o是外来电送电通道个数；N_w是风电场数目。

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据A⁺方案运行模拟结果中新能源机组全年订费对方的可发电功率以及上网功率根据式(1)、(2)计算新能源的发电量E_gen以及上网电量E_net；

$E_{gen}=\underset{i=1}{\overset{N_w}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^{wg}---\left(1\right)$

$E_{net}=\underset{i=1}{\overset{N_w}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^{wn}---\left(2\right)$

根据式(3)计算新能源消纳率η；

$\mathrm{\η}=\frac{E_{net}}{E_{gen}}\×100\%---\left(3\right).$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(4)计算外来电消纳率ξ；其中，为电力系统规划方案获取每个外来电通道额定送电量；为A⁺方案运行模拟的结果中外来电全年的送电功率，

$\mathrm{\ξ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_o}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^o}{\underset{i=1}{\overset{N_o}{\Σ}}{E}_i^{on}}\×100\%---\left(4\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(5)得到无网络约束的系统发电成本C_pure，为A方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

$C_{pure}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{C}_{i,t}^A---\left(5\right)$

根据式(6)计算考虑系统线路/断面潮流安全约束的系统发电成本C_grid，为A⁺方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

$C_{grid}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{C}_{i,t}^{A^{+}}---\left(6\right)$

根据式(7)计算阻塞成本增长率ζ，

$\mathrm{\ζ}=\frac{C_{grid}-C_{pure}}{C_{pure}}\×100\%---\left(7\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(8)计算输电线损率α，其中，E_loss为A⁺方案中的估算损耗电量，E_loss由运行模拟结果中各线路及变压器的潮流通过面向电力规划的网损估算方法得到；E_use为总用电量，

$\mathrm{\α}=\frac{E_{loss}}{E_{use}}\×100\%---\left(8\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(9)计算各线路利用率为各线路经济电流密度对应的输电容量，为各线路潮流，

${\mathrm{\β}}_i^{line}=\frac{\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}\left|f_{i,t}^{line}\right|}{5000C_i^{line}}---\left(9\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(10)计算变压器利用率其中获取各变压器额定容量，根据A⁺方案运行模拟结果中各变压器t时刻潮流

${\mathrm{\β}}_j^{trans}=\frac{\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}\left|f_{j,t}^{trans}\right|}{8760C_j^{trans}}---\left(10\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(11)计算所有计算线路及变压器利用率β，其中根据为各线路利用率 为变压器利用率，

$\mathrm{\β}=\frac{\underset{i=1}{\overset{L_{line}}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_i^{line}+\underset{j=1}{\overset{L_{trans}}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_j^{trans}}{L_{line}+L_{trans}}---\left(11\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，根据式(12)计算重过载线路比率γ，其中n_all为线路与变压器总数，n_heavy为重过载线路与变压器的数量，

$\mathrm{\γ}=\frac{n_{heavy}}{n_{all}}\×100\%---\left(12\right)$

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法的进一步设计在于，所述步骤2)中按照表1计算η、ξ、ζ、α、β、γ6个指标评定分数，建立雷达图，

通过雷达图的面积比较电网规划的运营效率。

表1电网运行效率评分体系

本发明的优点如下：

1、从发电侧、输电侧两个角度建立电网运营效率评估指标集，能够对电力系统运行状况进行多维考察。

2、利用时序运行模拟技术再现电力系统全年8760小时的运行状态，能够精确给出评估指标。

3、针对指标集建立打分体系，综合各个指标，利用雷达图直观地展现电网运营效率。

附图说明

图1是去除与保留晋北直流江苏电网运营效率指标评分雷达图。

具体实施方式

下面对本发明方案进行详细说明。

所述基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，包括：

1)计算电网运营效率指标，对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，所述指标包括新能源消纳率、外来电消纳率、阻塞成本增长率、输电线损率、线路利用率以及重过载线路比率；

2)按照设定的规则对各指标进行评定分数，并根据所述分数绘制雷达图。

所述步骤1)中对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，包括

A)获取目标年的电力系统规划数据，所述数据包括负荷、电源以及网络拓扑；

B)设定不考虑网络约束的时序运行模拟方案为A方案，设定考虑网络约束的时序运行模拟方案为A+方案，通过运行模拟得到每个方案中全年各机组各线路运行结果；

其中，A方案结果中各机组运行成本A+方案结果中各机组发电功率新能源机组可发电功率新能源机组上网功率外来电通道送电功率各机组运行成本各线路潮流各变压器潮流

根据A⁺方案运行模拟结果中新能源机组全年订费对方的可发电功率以及上网功率根据式(1)、(2)计算新能源的发电量E_gen以及上网电量E_net；

$E_{gen}=\underset{i=1}{\overset{N_w}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^{wg}---\left(1\right)$

$E_{net}=\underset{i=1}{\overset{N_w}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^{wn}---\left(2\right)$

根据式(3)计算新能源消纳率η；

$\mathrm{\η}=\frac{E_{net}}{E_{gen}}\×100\%---\left(3\right).$

根据式(4)计算外来电消纳率ξ；其中，为电力系统规划方案获取每个外来电通道额定送电量；为A⁺方案运行模拟的结果中外来电全年的送电功率，

$\mathrm{\ξ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_o}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{P}_{i,t}^o}{\underset{i=1}{\overset{N_o}{\Σ}}{E}_i^{on}}\×100\%---\left(4\right)$

根据式(5)得到无网络约束的系统发电成本C_pure，为A方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

$C_{pure}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{C}_{i,t}^A---\left(5\right)$

根据式(6)计算考虑系统线路/断面潮流安全约束的系统发电成本C_grid，为A⁺方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

$C_{grid}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}{C}_{i,t}^{A^{+}}---\left(6\right)$

根据式(7)计算阻塞成本增长率ζ，

$\mathrm{\ζ}=\frac{C_{grid}-C_{pure}}{C_{pure}}\×100\%---\left(7\right)$

根据式(8)计算输电线损率α，其中，E_loss为A⁺方案中的估算损耗电量，E_loss由运行模拟结果中各线路及变压器的潮流通过面向电力规划的网损估算方法得到；E_use为总用电量，

$\mathrm{\α}=\frac{E_{loss}}{E_{use}}\×100\%---\left(8\right)$

根据式(9)计算各线路利用率为各线路经济电流密度对应的输电容量，为各线路潮流，

${\mathrm{\β}}_i^{line}=\frac{\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}\left|f_{i,t}^{line}\right|}{5000C_i^{line}}---\left(9\right)$

根据式(10)计算变压器利用率其中获取各变压器额定容量，根据A⁺方案运行模拟结果中各变压器t时刻潮流

${\mathrm{\β}}_j^{trans}=\frac{\underset{t=1}{\overset{8760}{\Σ}}\left|f_{j,t}^{trans}\right|}{8760C_j^{trans}}---\left(10\right)$

根据式(11)计算所有计算线路及变压器利用率β，其中根据为各线路利用率为变压器利用率，

$\mathrm{\β}=\frac{\underset{i=1}{\overset{L_{line}}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_i^{line}+\underset{j=1}{\overset{L_{trans}}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_j^{trans}}{L_{line}+L_{trans}}---\left(11\right)$

根据式(12)计算重过载线路比率γ，其中n_all为线路与变压器总数，n_heavy为重过载线路与变压器的数量，

$\mathrm{\γ}=\frac{n_{heavy}}{n_{all}}\×100\%---\left(12\right)$

所述步骤2)中按照表1计算η、ξ、ζ、α、β、γ6个指标评定分数，建立雷达图，通过雷达图的面积比较电网规划的运营效率。

表2电网运行效率评分体系

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述：

对江苏电网2018年是否建设晋北直流两个规划方案进行计算，结果如表2所示，画成雷达图如图1所示。

表3去除与保留晋北直流江苏电网运营效率指标得分

去除晋北直流之后重过载线路比率、阻塞成本增长率、输电线损率均表现更佳，只有线路利用率还是保持低位。表明晋北直流带来经济效益的同时也一定程度上降低了电网运营效率。

Claims (10)

1.一种基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于包括：

1)计算电网运营效率指标，对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，所述指标包括新能源消纳率、外来电消纳率、阻塞成本增长率、输电线损率、线路利用率以及重过载线路比率；

2)按照设定的规则对各指标进行评定分数，并根据所述分数绘制雷达图。

2.根据权利要求1所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于所述步骤1)中对目标水平年规划方案进行时序运行模拟，包括A)获取目标年的电力系统规划数据，所述数据包括负荷、电源以及网络拓扑；

B)设定不考虑网络约束的时序运行模拟方案为A方案，设定考虑网络约束的时序运行模拟方案为A+方案，通过运行模拟得到每个方案中全年各机组各线路运行结果；

其中，A方案结果中各机组运行成本A⁺方案结果中各机组发电功率新能源机组可发电功率新能源机组上网功率外来电通道送电功率各机组运行成本各线路潮流各变压器潮流其中，L_line是系统中输电线路个数；L_trans是系统中变压器个数；N_o是外来电送电通道个数；N_w是风电场数目。

3.根据权利要求1所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据A⁺方案运行模拟结果中新能源机组全年订费对方的可发电功率以及上网功率根据式(1)、(2)计算新能源的发电量E_gen以及上网电量E_net；

根据式(3)计算新能源消纳率η；

4.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据式(4)计算外来电消纳率ξ；其中，为电力系统规划方案获取每个外来电通道额定送电量；为A⁺方案运行模拟的结果中外来电全年的送电功率，

。

5.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据式(5)得到无网络约束的系统发电成本C_pure，为A方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

根据式(6)计算考虑系统线路/断面潮流安全约束的系统发电成本C_grid，

为A⁺方案运行模拟结果中各机组8760小时的运行成本，

根据式(7)计算阻塞成本增长率ζ，

。

6.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于，根据式(8)计算输电线损率α，其中，E_loss为A⁺方案中的估算损耗电量，E_loss由运行模拟结果中各线路及变压器的潮流通过面向电力规划的网损估算方法得到；E_use为总用电量，

根据式(9)计算各线路利用率为各线路经济电流密度对应的输电容量，为各线路潮流，

。

7.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据式(10)计算变压器利用率其中获取各变压器额定容量，根据A⁺方案运行模拟结果中各变压器t时刻潮流

。

8.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据式(11)计算所有计算线路及变压器利用率β，其中根据为各线路利用率为变压器利用率，

。

9.根据权利要求2所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于根据式(12)计算重过载线路比率γ，其中n_all为线路与变压器总数，n_heavy为重过载线路与变压器的数量，

。

10.根据权利要求1所述的基于时序运行模拟的电网运营效率评估方法，其特征在于所述步骤2)中按照表1计算η、ξ、ζ、α、β、γ6个指标评定分数，建立雷达图，通过雷达图的面积比较电网规划的运营效率。

表1电网运行效率评分体系

。