CN106485593A - 一种电网侧新能源发电受限原因分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，电网侧新能源发电受限原因包括纯调峰受限、纯网架受限以及调峰‑网架受限；通过新能源生产模拟仿真平台分别分析纯调峰受限、纯网架受限和调峰‑网架受限。本发明利用新能源生产模拟仿真平台仿真计算同一电网在理想网架、实际网架下的新能源发电限电结果，将电网调度范围内的新能源发电受限电量区分为因调峰受限的电量和因网架受限的电量，从而得到两种受限原因分别对电网新能源发电受限的影响程度及权重。使得政府管理部门和电网调度机构能够明晰电网新能源发电受限的真实原因并采取针对性措施减少电网新能源受限电量，以帮助提高电网新能源发电消纳水平和利用率，最大程度利用清洁能源。

Description

一种电网侧新能源发电受限原因分析方法

技术领域

本发明涉及一种分析方法，具体涉及一种电网侧新能源发电受限原因分析方法。

背景技术

电力系统是一个复杂的动态系统，其安全稳定运行本质上要求发电与负荷需求之间必须时刻保持平衡。电力系统如果不能进行有效调节而出现供需失衡，将影响负荷的可靠用电甚至可能引起系统大范围的停电事故。

风力发电和光伏发电为代表的新能源发电已成为我国重要的能源形式，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态环境等方面发挥着重要作用。然而，大规模新能源发电也因其固有的间歇性和波动性特点给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的压力。电力系统中其他稳定电源必须像跟踪负荷一样，随时调节其发电出力进行调峰以平衡新能源发电的波动。

我国以煤为主的资源禀赋，决定了以火电为主的电源结构。在新能源发电富集的“三北”地区电源结构单一，能有效适应新能源发电波动的可灵活调节电源比重不足3％，占总装机比重达76％的火电机组一半以上是供热机组，冬季为了满足供热需求，供热火电机组的调峰能力十分有限。当系统中的新能源发电波动超出其他电源的调节能力范围，则系统调峰能力不足，电网调度机构必须对超过负荷需求的新能源发电进行限制，以保证系统供需平衡，电网安全稳定运行，因此部分地区存在新能源发电因电力系统调峰能力约束而受阻的情况；另一方面，我国在风力发电、光伏发电的高速发展过程中偏重资源规划，没有与电网规划相协调，造成配套的电网建设工程难以跟进，加之我国风能、太阳能资源主要分布在偏远地区，当地电网结构本就薄弱，电力送出能力十分有限，无法满足大规模新能源发电并网的需要。当系统中的新能源发电超出了输电线路的送出能力，则电网调度机构必须对超出的新能源发电进行限制，以保证电网输电线路安全，因此部分地区存在新能源发电受电网网架受限而送出受阻的现象。

因系统调峰能力不足受限和电网网架送出能力不足受限是目前我国新能源发电受限的两大主因。在新能源发电高速发展、限电情况愈演愈烈的现状下，通过分析新能源发电受限背后的真实原因而采取有效应对措施减少或者缓解新能源发电受限情况，是当前政府管理部门和电网调度机构的当务之急。然而在我国部分地区的新能源发电并网运行中两种受限原因交织并存，即新能源发电同时受系统调峰能力和电网网架的双重约束。两种限电因素交织影响导致无法从最终的新能源发电实际限电量本身评估两种限电原因所占的权重和影响程度，因而政府管理部门和电网调度机构也无从制定合理的应对措施来有效减少对新能源发电的限制，不利于清洁能源的充分利用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，通过虚拟理想的电网网架情境，并考虑电网实际网架，利用新能源生产模拟仿真平台仿真计算同一电网在理想网架、实际网架下的新能源发电限电结果，将电网调度范围内的新能源发电受限电量区分为因调峰受限的电量和因网架受限的电量，从而得到两种受限原因分别对电网新能源发电受限的影响程度及权重。使得政府管理部门和电网调度机构能够明晰电网新能源发电受限的真实原因并采取针对性措施减少电网新能源受限电量，以帮助提高电网新能源发电消纳水平和利用率，最大程度利用清洁能源。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，所述电网侧新能源发电受限原因包括纯调峰受限、纯网架受限以及调峰-网架受限；所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯调峰受限；

步骤2：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯网架受限；

步骤3：通过新能源生产模拟仿真平台分析调峰-网架受限。

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤1-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有调峰受限的电网，C₁即为纯调峰受限电量。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤2-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有网架受限的电网，C₁即为纯网架受限电量。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤3-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和实际网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₁，对于同时具有调峰受限和网架受限的电网，C₁包括调峰受限电量和网架受限电量都存在的调峰-网架受限电量；

步骤3-3：在相同的边界条件下，假设网架结构为理想网架，通过新能源生产模拟仿真平台计算理想网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₂和理想网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₂,C₂即为电网侧新能源发电因调峰受限的电量C_r；

步骤3-4：C₁与C₂之间的差值即为电网侧新能源发电因网架受限的电量C_g，从而分析出电网侧新能源发电受限原因，并最终得到C_r、C_g及二者的比例。

所述边界条件包括：

1)电力系统备用容量表示为：

其中，N表示电网个数，n＝1,2,…,N；J表示电网n中机组类型数，j＝1,2,…,J；P_j,max(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力上限，P_j,min(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力下限；S_j(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的开机台数，P_w(t,n)表示电网n中风力发电在t时刻的出力，P_pv(t,n)表示电网n中光伏发电在t时刻的出力，P_l(t,n)表示电网n在t时刻的电力负荷；P_re表示正旋转备用容量，N_re表示负旋转备用容量；

2)火电机组开机方式表示为：

0≤ΔP_i(t,n)≤[P_i,max(t,n)-P_i,min(t,n)]·S_j(t,n) (2)

P_i(t,n)＝P_i,min(t,n)·S_j(t,n)+ΔP_i(t,n) (3)

其中，ΔP_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力变化量，P_i,max(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力上限，P_i,min(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力下限，P_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力；且有：

P_i(t+1,n)-P_i(t,n)≤ΔP_i,up(n) (4)

P_i(t,n)-P_i(t+1,n)≤ΔP_i,down(n) (5)

其中，P_i(t+1,n)表示电网n中第i台火电机组在t+1时刻的出力，ΔP_i,up(n)表示电网n中第i台火电机组的上爬坡率，ΔP_i,down(n)表示电网n中第i台火电机组的下爬坡率；

3)水电机组发电量约束表示为：

其中，W_s为水电机组初始可发电量，W_s+1为下一周期水电机组初始可发电量，W_in为流入的可发电量，表示水电机组在t时刻的出力，W_min为水电机组的最小可发电量，W_max为水电机组的最大可发电量；

4)设定流入区域电流为正方向，流出区域电流为负方向，于是联络线原则表示为：

-L_k,max≤L_k(t)≤L_k,max (7)

其中，L_k(t)表示第k条传输线传输容量，L_k,max表示第k条传输线传输容量上限。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.允许假定电网网架为理想状态，即不存在电网中新能源发电因网架约束而导致的限电情况的情景，计算得到电网中新能源发电调峰受限电量；否则在新能源发电同时受系统调峰能力和电网网架双重约束的电网中无法准确得到新能源发电调峰受限电量；

2.允许计算两次同一个电网不同网架情境下的新能源发电限电量，充分利用了新能源生产模拟仿真平台的计算边界条件灵活的特点；

3.基于新能源生产模拟仿真平台，通过模拟电力系统实际生产过程进行计算，更为接近电力系统实际运行情况；

4.基于新能源发电功率预测结果进行分析计算，有利于电网调度机构优先调度新能源发电，提高电力系统消纳新能源发电的水平；

5.在考虑电网安全稳定约束的前提下计算分析电网新能源发电受限原因，有利于提高电网安全性；

6.以分析计算电网新能源发电限电原因，找出限制电网新能源发电的最敏感因素，从而有针对性的采取措施减少电网新能源发电限电为原则，增加电网中清洁能源比例，使得电力系统更为低碳、环保。

附图说明

图1是本发明实施例中电网侧新能源发电接纳能力评估方法示意图；

图2是本发明实施例中电网侧新能源发电受限原因分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，假设电网网架为理想状态，从而可以基于新能源生产模拟仿真平台(REPS)进行电力系统生产模拟仿真，通过计算两次同一个电网不同网架情境下的新能源发电限电量，对比分析该电网新能源发电受限电量中调峰受限与网架受限的电量及各自比例，从而挖掘出电网新能源发电受限的确切原因及影响程度。

新能源生产模拟仿真平台(REPS)是研究具有波动特性的新能源参与电力系统运行的仿真工具，致力于解决电网企业新能源运行方式、协调全网资源最大化消纳新能源等问题，能够在给定的电力系统运行边界条件下，时序模拟各种电源运行状况和发用电平衡，评估计算电网消纳新能源能力。

如图1所示，一般来说，电网调度机构通过新能源生产模拟仿真平台(REPS)在给定的边界条件下计算某段时间内电网可接纳的新能源发电量及受限电量，从而评估分析电网运行新能源发电中存在的问题，预先调整电网运行方式，促进新能源发电充分消纳。

新能源生产模拟仿真平台(REPS)通过在给定的边界条件下模拟电力系统实际生产过程，同时在考虑电网安全稳定约束的前提下优化火电、水电等常规电源的机组组合来计算电网未来一段时间内最多可接纳的新能源发电量。其中，计算用基础数据、电网实际的网架约束和新能源发电功率预测是必要的计算边界条件和输入数据。电网新能源发电受限分为调峰受限和网架受限两个原因，即对于某一特定电网来说，根据其电网网架结构、电源运行状态及新能源发电的多寡等多种因素，存在三种新能源发电受限形式：①纯调峰原因受限；②纯网架原因受限；③调峰原因受限和网架原因受限交织并存。

本发明提供一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，所述电网侧新能源发电受限原因包括纯调峰受限、纯网架受限以及调峰-网架受限；所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯调峰受限；

步骤2：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯网架受限；

步骤3：通过新能源生产模拟仿真平台分析调峰-网架受限。

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤1-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有调峰受限的电网，C₁即为纯调峰受限电量。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤2-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有网架受限的电网，C₁即为纯网架受限电量。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤3-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和实际网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₁，对于同时具有调峰受限和网架受限的电网，C₁包括调峰受限电量和网架受限电量都存在的调峰-网架受限电量；

步骤3-3：在相同的边界条件下，假设网架结构为理想网架，通过新能源生产模拟仿真平台计算理想网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₂和理想网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₂,C₂即为电网侧新能源发电因调峰受限的电量C_r；

步骤3-4：C₁与C₂之间的差值即为电网侧新能源发电因网架受限的电量C_g，从而分析出电网侧新能源发电受限原因，并最终得到C_r、C_g及二者的比例。

所述边界条件包括：

1)电力系统备用容量表示为：

其中，N表示电网个数，n＝1,2,…,N；J表示电网n中机组类型数，j＝1,2,…,J；P_j,max(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力上限，P_j,min(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力下限；S_j(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的开机台数，P_w(t,n)表示电网n中风力发电在t时刻的出力，P_pv(t,n)表示电网n中光伏发电在t时刻的出力，P_l(t,n)表示电网n在t时刻的电力负荷；P_re表示正旋转备用容量，N_re表示负旋转备用容量；

2)火电机组开机方式表示为：

0≤ΔP_i(t,n)≤[P_i,max(t,n)-P_i,min(t,n)]·S_j(t,n) (2)

P_i(t,n)＝P_i,min(t,n)·S_j(t,n)+ΔP_i(t,n) (3)

其中，ΔP_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力变化量，P_i,max(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力上限，P_i,min(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力下限，P_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力；且有：

P_i(t+1,n)-P_i(t,n)≤ΔP_i,up(n) (4)

P_i(t,n)-P_i(t+1,n)≤ΔP_i,down(n) (5)

其中，P_i(t+1,n)表示电网n中第i台火电机组在t+1时刻的出力，ΔP_i,up(n)表示电网n中第i台火电机组的上爬坡率，ΔP_i,down(n)表示电网n中第i台火电机组的下爬坡率；

3)水电机组发电量约束表示为：

其中，W_s为水电机组初始可发电量，W_s+1为下一周期水电机组初始可发电量，W_in为流入的可发电量，表示水电机组在t时刻的出力，W_min为水电机组的最小可发电量，W_max为水电机组的最大可发电量；

4)设定流入区域电流为正方向，流出区域电流为负方向，于是联络线原则表示为：

-L_k,max≤L_k(t)≤L_k,max (7)

其中，L_k(t)表示第k条传输线传输容量，L_k,max表示第k条传输线传输容量上限。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电网侧新能源发电受限原因分析方法，其特征在于：所述电网侧新能源发电受限原因包括纯调峰受限、纯网架受限以及调峰-网架受限；所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯调峰受限；

步骤2：通过新能源生产模拟仿真平台分析纯网架受限；

步骤3：通过新能源生产模拟仿真平台分析调峰-网架受限。

2.根据权利要求1所述的电网侧新能源发电受限原因分析方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤1-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有调峰受限的电网，C₁即为纯调峰受限电量。

3.根据权利要求1所述的电网侧新能源发电受限原因分析方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤2-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和电网侧新能源发电受限电量C₁，对于仅有网架受限的电网，C₁即为纯网架受限电量。

4.根据权利要求1所述的电网侧新能源发电受限原因分析方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：确定边界条件，所述边界条件包括电力系统备用容量、电力系统负荷、水电机组开机方式、火电机组开机方式、火电机组最大技术出力、火电机组最小技术出力、水电机组发电量约束、风力发电年度不限电利用小时数、光伏发电年度不限电利用小时数和联络线原则；

步骤3-2：通过新能源生产模拟仿真平台计算实际网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₁和实际网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₁，对于同时具有调峰受限和网架受限的电网，C₁包括调峰受限电量和网架受限电量都存在的调峰-网架受限电量；

步骤3-3：在相同的边界条件下，假设网架结构为理想网架，通过新能源生产模拟仿真平台计算理想网架情况下电网侧新能源发电接纳电量E₂和理想网架情况下电网侧新能源发电受限电量C₂,C₂即为电网侧新能源发电因调峰受限的电量C_r；

步骤3-4：C₁与C₂之间的差值即为电网侧新能源发电因网架受限的电量C_g，从而分析出电网侧新能源发电受限原因，并最终得到C_r、C_g及二者的比例。

5.根据权利要求2-4任一所述的电网侧新能源发电受限原因分析方法，其特征在于：所述边界条件包括：

1)电力系统备用容量表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}(-P_{j,max}(t,n)\·S_j(t,n)-P_w(t,n)-P_{pv}(t,n\left)\right)\≤-\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_l(t,n)-P_{re}\\ \underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}\left(P_{j,\min }\right(t,n)\·S_j(t,n)+P_w(t,n)+P_{pv}(t,n\left)\right)\≤\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_l(t,n)-N_{re}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，N表示电网个数，n＝1,2,…,N；J表示电网n中机组类型数，j＝1,2,…,J；P_j,max(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力上限，P_j,min(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的出力下限；S_j(t,n)表示电网n中第j类机组在t时刻的开机台数，P_w(t,n)表示电网n中风力发电在t时刻的出力，P_pv(t,n)表示电网n中光伏发电在t时刻的出力，P_l(t,n)表示电网n在t时刻的电力负荷；P_re表示正旋转备用容量，N_re表示负旋转备用容量；

2)火电机组开机方式表示为：

0≤ΔP_i(t,n)≤[P_i,max(t,n)-P_i,min(t,n)]·S_j(t,n) (2)

P_i(t,n)＝P_i,min(t,n)·S_j(t,n)+ΔP_i(t,n) (3)

其中，ΔP_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力变化量，P_i,max(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力上限，P_i,min(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力下限，P_i(t,n)表示电网n中第i台火电机组在t时刻的出力；且有：

P_i(t+1,n)-P_i(t,n)≤ΔP_i,up(n) (4)

P_i(t,n)-P_i(t+1,n)≤ΔP_i,down(n) (5)

其中，P_i(t+1,n)表示电网n中第i台火电机组在t+1时刻的出力，ΔP_i,up(n)表示电网n中第i台火电机组的上爬坡率，ΔP_i,down(n)表示电网n中第i台火电机组的下爬坡率；

3)水电机组发电量约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{W}_s+W_{in}-\underset{t}{\Σ}{P}_t^{rese}\≥W_{s+1}\\ W_{\min }\≤W_s\≤W_{\max }\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，W_s为水电机组初始可发电量，W_s+1为下一周期水电机组初始可发电量，W_in为流入的可发电量，表示水电机组在t时刻的出力，W_min为水电机组的最小可发电量，W_max为水电机组的最大可发电量；

4)设定流入区域电流为正方向，流出区域电流为负方向，于是联络线原则表示为：

-L_k,max≤L_k(t)≤L_k,max (7)

其中，L_k(t)表示第k条传输线传输容量，L_k,max表示第k条传输线传输容量上限。