CN106856333A - 一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，所述风光火打捆外送系统通过直流输电线路和交流输电线路与其它电网相联，风光火电力主要通过直流输电线路送外受端电网，所述方法包括：确定风电场、光伏电站和火电电厂的出力范围；制定风电场、光伏电站和火电电厂的出力安排；计算当前风光火外送系统调峰容量需求，并制定分配方案。本发明技术方案可综合考虑风光火打捆直流外送系统接入系统强度、风电和光伏外送需求、配套火电以及联网交流系统调峰能力等多种因素，制定合理的调峰容量分配方案。

Description

一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体涉及一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法。

背景技术

我国能源资源与用电需求在地理上具有逆势分布特征。风能资源多集中分布于西部、北部和东部沿海“三北”地区，如新疆哈密、甘肃酒泉、蒙东蒙西等地区都是风能资源较丰富的地区，非常适合进行大基地集中式开发。太阳能资源主要分布在光照资源丰富的西北地区、以及北方和沿海等多个地区，具备广泛应用光伏发电技术的地理条件。煤电基地主要集中在“三北”地区，三种能源分布地区重叠，均呈现出大规模集中接入、远距离输送的特点。上述风电、光伏、火电能源基地与东部、中部负荷中心之间的距离超过2000km以上，直流输电作为成熟、可靠的技术是承担远距离、大容量、低损耗输电的主要手段。因此，采用风电和光伏与附近火电打捆并通过直流外送的方式，不仅可满足大规模传统能源和可再生能源外送的基本要求，而且可以保证直流输电通道输送功率的安全稳定运行。

目前多数研究集中在风火打捆外送系统的调峰分配上，而风电、光伏、火电打捆外送系统的调峰问题较风火打捆外送系统更为复杂，迫切需要对既包含风电和火电，又包含光伏发电的打捆外送系统的调峰分配方案进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，可综合考虑风光火打捆直流外送系统接入系统强度、风电和光伏外送需求、配套火电以及联网交流系统调峰能力等多种因素，制定合理的调峰容量分配方案。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，所述风光火打捆外送系统通过直流输电线路和交流输电线路与其它电网相联，风光火电力主要通过直流输电线路送外受端电网，所述方法包括：

确定风电场、光伏电站和火电电厂的出力范围；

制定风电场、光伏电站和火电电厂的出力安排；

计算当前风光火外送系统调峰容量需求，并制定分配方案。

所述风电场出力范围根据所在地区风力变化情况确定；所述光伏电站出力范围均根据所在地区太阳辐射变化情况确定；所述火电电厂出力范围根据火电机组自身运行特性以及风光火外送系统接入强度需求确定；出力安排的原则为依据电力平衡原理，在保证外送系统稳定运行的条件下，考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性和满足新能源送出需求；调峰容量需求根据风电场和光伏电站出力波动特性确定，分配方案根据火电调峰能力和联网交流系统调峰能力确定。

风电场出力范围由所在地区风力情况确定：P_Wi∈[α₁,α₂]P_WN；其中，P_Wi为风电场当前出力，P_WN为风电场额定出力，α₁为根据地区环境风电场最小出力占额定出力的比例，α₂为根据地区环境风电场最大出力占额定出力的比例；

光伏电站出力范围由所在地区光照情况确定：P_Pi∈[β₁,β₂]P_PN；其中，P_Pi为光伏电站当前出力，P_PN为光伏电站额定出力，β₁为根据地区环境光伏电站最小出力占额定出力的比例，β₂为根据地区环境光伏电站最大出力占额定出力的比例；

火电厂出力范围由火电机组出力特性确定：在全部机组投运情况下，P_Ti∈[γ₁,γ₂]P_TN；其中，P_Ti为火电厂当前出力，P_TN为火电厂额定出力，γ₁为根据机组特性火电厂最小出力占额定出力的比例，γ₂为根据机组特性火电厂最大出力占额定出力的比例。

通过确定火电厂最小出力，保证外送系统稳定运行；所述确定火电厂最小出力的过程包括：

根据火电厂不同开机台数[1...m...n]安排运行方式，并在直流送端换流站交流母线处做短路冲击故障，得到火电厂不同开机台数下直流送端换流站交流母线处的短路电流[I₁...I_m...I_n]；其中，m为火电厂开机台数，n为火电厂最大开机台数；I₁为火电厂开机1台时对应的短路电流，I_m为火电厂开机m台时对应的短路电流，I_n为火电厂开机n台时对应的短路电流；

根据直流送端换流站交流母线短路电流最小要求I_min确定火电厂最小开机台数k，需要满足如下条件：

I_k>I_min且I_k-1<I_min

其中，I_k为最小开机台数k对应的直流送端换流站交流母线处的短路电流，I_k-1为开机台数k-1时对应的直流送端换流站交流母线处的短路电流；

根据火电厂最小出力台数k以及所确定的火电厂出力范围P_Ti∈[γ₁,γ₂]P_TN，确定火电厂最小出力

考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性，确定直流输送的电力范围P_DCi∈[η₁,η₂]P_DCN；其中，η₁为受端电网所需最小直流电力占直流额定功率的比例，η₂为受端电网所能接受的最大直流电力占直流额定功率的比例，P_DCN为直流额定功率；

确定风电场、光伏电站和火电电厂的出力过程包括；

根据电力平衡原理，直流外送功率由风电场、光伏电站和火电电厂的出力组成，即P_DCi＝P_Wi+P_Pi+P_Ti；

当新能源大发时，为保证新能源能尽量多送电，则需直流按最大电力输送功率，火电厂按最小出力运行，其余电力由风电和光伏电力按比例运行，则最终出力安排为：

P_DCi＝P_DCimax＝η₂·P_DCN

当新能源小发时，优先保证新能源送出，剩余电量由配套火电厂提供，则最终出力安排为：

P_DCi＝P_DCimax＝η₂·P_DCN

P_Wi＝α₀·P_WN

P_Pi＝β₀·P_PN

P_Ti＝P_DCi-P_Wi-P_Pi

式中，α₀为根据地区环境风电场实际出力占额定出力的比例，β₀为根据地区环境光伏电站实际出力占额定出力的比例。

确定风电场和光伏电站需要的调峰容量包括：

确定风电场需要的下调峰容量为：ΔP_Wi-down＝α₂·P_WN-P_Wi；风电场需要的上调峰容量为：ΔP_Wi-up＝P_Wi-α₁·P_WN；

确定光伏电站需要的下调峰容量为：ΔP_Pi-down＝β₂·P_PN-P_Pi；光伏电站需要的上调峰容量为：ΔP_Pi-up＝P_Pi-α₁·P_PN。

确定火电机组的调峰能力包括：

确定火电机组的下调峰能力：

确定火电机组的上调峰能力：ΔP_Ti-up＝P_Timax-P_Ti＝γ₂·P_TN-P_Ti。

确定最终的调峰分配方案包括：

确定下调峰容量分配方案，为：

(1)若ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down≤ΔP_Ti-down，则下调峰容量全部由配套火电提供，为ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down；

(2)若ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down＞ΔP_Ti-down，则说明配套火电下调峰能力不足，需要系统提供支援，其中配套火电提供的下调峰容量为ΔP_Ti-down，系统提供的下调峰支援容量为ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down-ΔP_Ti-down；

确定上调峰容量分配方案，为：

(1)若ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up≤ΔP_Ti-up，则下调峰容量全部由配套火电提供，为ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up；

(2)若ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up＞ΔP_Ti-up，则说明配套火电下调峰能力不足，需要系统提供支援，其中配套火电提供的下调峰容量为ΔP_Ti-up，系统提供的下调峰支援容量为ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up-ΔP_Ti-up。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案在传统风火打捆外送系统的基础上，进一步考虑光伏出力的随机性对系统调峰的影响，并考虑打捆外送系统接入系统强度、新能源出力尽量大、系统调峰能力等综合因素的最优调峰分配方案；

2、本发明技术方案基于复杂的多变量因素，提出了多目标协调优化调峰分配方案，为保障大规模传统能源和可再生能源外送需求；

3、本发明技术方案为直流输电通道和联网交流系统的安全稳定运行奠定基础；

4、本发明技术方案通过制定合理的调峰容量分配方案，保证了清洁能源的最大送出，以及打捆外送系统的稳定运行；

5、本发明技术方案既可以应用于规划阶段风电和新能源的打捆比例，又能用于运行阶段制定打捆系统外送方式。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的风光火打捆外送系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，如图1所示：该方法包括下述步骤：

A、确定风电场、光伏电站、火电电厂出力范围。其中风电场、光伏电站的出力范围根据所在地区风力、太阳辐射变化情况确定，火电电厂出力范围根据火电机组自身运行特性以及风光火外送系统接入强度需求确定。

B、制定风电、光伏、火电出力安排。安排原则为依据电力平衡原理、保证外送系统稳定运行、考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性、尽量满足新能源送出需求。

C、计算当前风光火外送系统调峰容量需求，并制定分配方案。其中调峰容量需求根据风电场和光伏电站出力波动特性确定，分配方案根据火电调峰能力和联网交流系统调峰能力确定。

图2为本发明的风光火打捆外送系统，其中火电基地装机容量为6600MW，由10台单机容量660MW的机组组成；风电装机容量4000MW；配套光伏装机容量1250MW。风光火打捆电力经一回额定容量为8GW特高压直流输电系统远距离送往受端负荷中心。风光火外送系统通过交流线路与交流系统相联。

实施步骤：

第一步：

确定风电场出力范围：根据西北电网风电运行经验，风电场出力范围为P_Wi∈[0.1,0.5]P_WN；P_WN为4000MW，则40MW≤P_Wi≤2000MW。

确定光伏电站出力范围：根据西北电网光伏电站运行经验，P_Pi∈[0,0.9]P_PN；P_PN为1250MW，则0MW≤P_PN≤1125MW。

确定火电厂出力范围：根据火电机组出力特性，在全部机组投运情况下，P_Ti∈[0.5,1.0]P_TN；P_TN为6600MW，则3300MW≤P_PN≤6600MW。

第二步：

1、为保证外送系统稳定运行，确定火电厂最小出力。

(1)火电机组共10台，计算火电厂不同开机台数下，在直流送端换流站交流母线处做短路冲击故障，得到换流站交流母线短路电流如表1所示。

表1不同开机方式下换流站交流母线短路电流

开机台数(台)	0	2	4	6
					短路电流(kA)	10.31	14.25	20.18	24.43

(2)根据直流送端换流站交流母线短路电流最小要求I_min＝16.7kA确定火电厂最小开机台数为4台。

(3)根据火电厂最小出力台数4以及步骤A所确定的火电厂出力范围P_Ti∈[0.5,1.0]P_TN确定火电厂最小出力

2、考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性，确定直流输送的电力范围P_DCi∈[0.5,1.0]P_DCN；P_DCN为8000MW，则4000MW≤P_DCi≤8000MW。

3、确定风电、光伏、火电出力。

根据电力平衡原理，直流外送功率由风电、光伏和火电电力组成，即P_DCi＝P_Wi+P_Pi+P_Ti。

这里考虑直流满功率8000MW运行需求，以西北某地区四个季节午高峰时段风电和光伏出力情况，安排打捆外送系统电力分配方案如表2所示。

表2午高峰时段打捆外送系统机组出力分配方案

以春季为例，P_DCi＝8000MW，P_Wi＝α₀·P_WN＝48％·4000＝1920MW，P_Pi＝β₀·P_PN＝60％·1250＝750MW，P_Ti＝P_DCi-P_Wi-P_Pi＝8000-1920-750＝5330MW。

第三步：

1、确定风电场和光伏电站需要的调峰容量，如表3所示。

表3风电场和光伏电站需要的调峰容量

以春季为例：

风电场需要的下调峰容量为(下调峰指需要系统减出力)：ΔP_Wi-down＝α₂·P_WN-P_Wi＝2000-1920＝80MW；风电场需要的上调峰容量为(上调峰指需要系统增出力)：ΔP_Wi-up＝P_Wi-α₁·P_WN＝1920-40＝1880MW；

光伏电站需要的下调峰容量为：ΔP_Pi-down＝β₂·P_PN-P_Pi＝1125-750＝375MW；光伏电站需要的上调峰容量为：ΔP_Pi-up＝P_Pi-α₁·P_PN＝750-0＝750MW。

2、确定火电机组的调峰能力，如表4所示。

表4火电厂调峰容量

季节	火电厂调峰容量(MW)
		春季	-4010～1270
夏季	-3860～1420
		秋季	-4020～1260
冬季	-4970～310

以春季为例：

火电机组的下调峰能力(即减出力)：

火电机组的上调峰能力(即增出力)：

ΔP_Ti-up＝P_Timax-P_Ti＝γ₂·P_TN-P_Ti＝6600-5330＝1270MW。

3、根据新能源调峰需求、火电机组调峰能力，确定最终的调峰分配方案，如表5所示。

表5不同情况下调峰分配方案

以春季为例：

下调峰容量分配方案为：

由于ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down≤ΔP_Ti-down即80+375<4010，则下调峰容量全部由配套火电提供，为ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down，即445MW；

上调峰容量分配方案为：

由于ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up＞ΔP_Ti-up即1880+750>1270，则说明配套火电下调峰能力不足，需要系统提供支援，其中配套火电提供的下调峰容量为ΔP_Ti-up即1270MW，系统提供的下调峰支援容量为ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up-ΔP_Ti-up即1880+750-1270＝1360。

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尽管参照上述实施例应当理解：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 (8)

1.一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，所述风光火打捆外送系统通过直流输电线路和交流输电线路与其它电网相联，风光火电力主要通过直流输电线路送外受端电网，其特征在于：所述方法包括：

确定风电场、光伏电站和火电电厂的出力范围；

制定风电场、光伏电站和火电电厂的出力安排；

计算当前风光火外送系统调峰容量需求，并制定分配方案。

2.如权利要求1所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：所述风电场出力范围根据所在地区风力变化情况确定；所述光伏电站出力范围均根据所在地区太阳辐射变化情况确定；所述火电电厂出力范围根据火电机组自身运行特性以及风光火外送系统接入强度需求确定；出力安排的原则为依据电力平衡原理，在保证外送系统稳定运行的条件下，考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性和满足新能源送出需求；调峰容量需求根据风电场和光伏电站出力波动特性确定，分配方案根据火电调峰能力和联网交流系统调峰能力确定。

3.如权利要求1或2所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：风电场出力范围由所在地区风力情况确定：P_Wi∈[α₁,α₂]P_WN；其中，P_Wi为风电场当前出力，P_WN为风电场额定出力，α₁为根据地区环境风电场最小出力占额定出力的比例，α₂为根据地区环境风电场最大出力占额定出力的比例；

光伏电站出力范围由所在地区光照情况确定：P_Pi∈[β₁,β₂]P_PN；其中，P_Pi为光伏电站当前出力，P_PN为光伏电站额定出力，β₁为根据地区环境光伏电站最小出力占额定出力的比例，β₂为根据地区环境光伏电站最大出力占额定出力的比例；

火电厂出力范围由火电机组出力特性确定：在全部机组投运情况下，P_Ti∈[γ₁,γ₂]P_TN；其中，P_Ti为火电厂当前出力，P_TN为火电厂额定出力，γ₁为根据机组特性火电厂最小出力占额定出力的比例，γ₂为根据机组特性火电厂最大出力占额定出力的比例。

4.如权利要求3所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：通过确定火电厂最小出力，保证外送系统稳定运行；所述确定火电厂最小出力的过程包括：

根据火电厂不同开机台数[1...m...n]安排运行方式，并在直流送端换流站交流母线处做短路冲击故障，得到火电厂不同开机台数下直流送端换流站交流母线处的短路电流[I₁...I_m...I_n]；其中，m为火电厂开机台数，n为火电厂最大开机台数；I₁为火电厂开机1台时对应的短路电流，I_m为火电厂开机m台时对应的短路电流，I_n为火电厂开机n台时对应的短路电流；

根据直流送端换流站交流母线短路电流最小要求I_min确定火电厂最小开机台数k，需要满足如下条件：

I_k>I_min且I_k-1<I_min

其中，I_k为最小开机台数k对应的直流送端换流站交流母线处的短路电流，I_k-1为开机台数k-1时对应的直流送端换流站交流母线处的短路电流；

根据火电厂最小出力台数k以及所确定的火电厂出力范围P_Ti∈[γ₁,γ₂]P_TN，确定火电厂最小出力

5.如权利要求3所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：考虑直流受端系统负荷特性和电网适应性，确定直流输送的电力范围P_DCi∈[η₁,η₂]P_DCN；其中，η₁为受端电网所需最小直流电力占直流额定功率的比例，η₂为受端电网所能接受的最大直流电力占直流额定功率的比例，P_DCN为直流额定功率；

确定风电场、光伏电站和火电电厂的出力过程包括；

根据电力平衡原理，直流外送功率由风电场、光伏电站和火电电厂的出力组成，即P_DCi＝P_Wi+P_Pi+P_Ti；

当新能源大发时，为保证新能源能尽量多送电，则需直流按最大电力输送功率，火电厂按最小出力运行，其余电力由风电和光伏电力按比例运行，则最终出力安排为：

P_DCi＝P_DCimax＝η₂·P_DCN

$P_{Ti}=P_{Timin}=\frac{k}{n}\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_1\&CenterDot;P_{TN}$

$P_{Wi}=(P_{DCi}-P_{Ti})\&CenterDot;\frac{P_{WN}}{P_{WN}+P_{PN}}$

$P_{Pi}=(P_{DCi}-P_{Ti})\&CenterDot;\frac{P_{PN}}{P_{WN}+P_{PN}}$

当新能源小发时，优先保证新能源送出，剩余电量由配套火电厂提供，则最终出力安排为：

P_DCi＝P_DCimax＝η₂·P_DCN

P_Wi＝α₀·P_WN

P_Pi＝β₀·P_PN

P_Ti＝P_DCi-P_Wi-P_Pi

式中，α₀为根据地区环境风电场实际出力占额定出力的比例，β₀为根据地区环境光伏电站实际出力占额定出力的比例。

6.如权利要求3所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：

确定风电场和光伏电站需要的调峰容量包括：

确定风电场需要的下调峰容量为：ΔP_Wi-down＝α₂·P_WN-P_Wi；风电场需要的上调峰容量为：ΔP_Wi-up＝P_Wi-α₁·P_WN；

确定光伏电站需要的下调峰容量为：ΔP_Pi-down＝β₂·P_PN-P_Pi；光伏电站需要的上调峰容量为：ΔP_Pi-up＝P_Pi-α₁·P_PN。

7.如权利要求6所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：确定火电机组的调峰能力包括：

确定火电机组的下调峰能力： ${\mathrm{\&Delta;P}}_{Ti-down}=P_{Ti}-P_{Timin}=P_{Ti}-\frac{k}{n}\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_1\&CenterDot;P_{TN}$

确定火电机组的上调峰能力：ΔP_Ti-up＝P_Timax-P_Ti＝γ₂·P_TN-P_Ti。

8.如权利要求7所述的一种风光火打捆外送系统调峰容量分配确定方法，其特征在于：确定最终的调峰分配方案包括：

确定下调峰容量分配方案，为：

(1)若ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down≤ΔP_Ti-down，则下调峰容量全部由配套火电提供，为ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down；

(2)若ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down＞ΔP_Ti-down，则说明配套火电下调峰能力不足，需要系统提供支援，其中配套火电提供的下调峰容量为ΔP_Ti-down，系统提供的下调峰支援容量为ΔP_Wi-down+ΔP_Pi-down-ΔP_Ti-down；

确定上调峰容量分配方案，为：

(1)若ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up≤ΔP_Ti-up，则下调峰容量全部由配套火电提供，为ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up；

(2)若ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up＞ΔP_Ti-up，则说明配套火电下调峰能力不足，需要系统提供支援，其中配套火电提供的下调峰容量为ΔP_Ti-up，系统提供的下调峰支援容量为ΔP_Wi-up+ΔP_Pi-up-ΔP_Ti-up。