CN108429249A - 一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法及系统，基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量，计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本和新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本。本发明考虑新能源电站参与电力系统调峰的弃风、弃光电量，计算其经济性；考虑新能源发电参与电力系统调频的备用空间和附加投资，忽略参与调频的电量损失，计算其经济性。在电力系统无法全额消纳新能源发电的现状前提下，新能源电站主动参与电力系统调峰调频辅助辅助，给出了合理的社会经济成本测算依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源发电技术的计算方法及系统，具体涉及一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法及系统。
背景技术
据统计，截至2016年底，风电累计装机1.5亿千瓦、光伏发电累计装机7742万千瓦，在个别地区，新能源发电渗透率已经超过30％，成为主力电源之一。为了保障电网充分消纳新能源发电，火电机组出力被不断压低，在部分地区甚至减少火电开机数量，这使得系统惯性下降，调峰调频能力不足。
新能源出力具有随机性和波动性。为维持电力电量实时平衡、确保电网安全稳定运行，需要为新能源接入系统提供大量的调峰、调频等辅助服务，增加了电力系统运行成本。
因此，在保障电网安全稳定的情况下，有必要评估新能源发电参与系统调峰、调频辅助服务的社会经济性，有必要充分发挥新能源的辅助服务能力。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法及系统，引入模新能源发电参与电力系统调峰、调频，提出新能源参与辅助服务的社会经济成本，有益于优化电网结构和电源结构，完善新能源并网运行管理，降低辅助服务成本，提高电力系统运行经济性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法，其改进之处在于：
基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量，计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本和新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本。
进一步地：所述新能源电站理论发电量用下式表示：
式中，P为新能源电站理论发电量，k为新能源发电单元类型编号，K为新能源发电单元的数量，Mk为k型号新能源发电单元的样板数量，Nk为k型号新能源发电单元的开机运行总数量，Pk,m为新能源电站k型号新能源发电单元第m台样板的实际功率。
进一步地：所述参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量包括：
确定时刻保持平衡的系统有功功率；
根据系统有功功率计算新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量。
进一步地：所述时刻保持平衡的系统有功功率用下式表示：
式中，为△t时刻m个常规发电机组的有功功率之和；为△t时刻n个新能源电站的有功功率之和；为△t时刻k’个负荷的有功功率之和；∑Ploss为△t时刻系统总有功损耗；PGi为△t时刻第i台常规发电机组的有功功率；m表示常规发电机组的台数；PREi′为△t时刻第i'个新能源电站的有功功率；n为新能源电站的个数；PLi″为△t时刻第i″个负荷的有功功率；k'为负荷的个数；Ploss△t时刻电网的有功损耗；PREi′为△t时刻第i'个新能源电站理论发电量，△t为时间分辨率。
进一步地：所述新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量用下式表示：
式中，δPLt为系统的负荷变化量，E为△t时刻新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量，P′REi′为△t时刻第i'个新能源电站实际发电功率，δPLt表示负荷变化率；PLt为t时刻的负荷功率。
进一步地：所述新能源电站参与系统调峰的社会经济成本用下式表示：
式中，TU为新能源电站参与系统调峰的社会经济成本；Cre为电网收购新能源发电电价。
进一步地：所述计算新能源参与电力系统调频的经济性，包括：
计算新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；或
计算新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。
进一步地：所述新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本用下式表示：
式中，TU'为新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；Cre为电网收购新能源发电电价；E为△t时刻新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量；PN为新能源电站额定功率；△t为时间分辨率；β表示设置新能源电站在理论发电量基础上，作为调频备用的输出功率下调量。
进一步地：所述新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本用下式表示：
TU″＝Cstorageβ％·PN
式中，TU″为新能源电站参与系统调频的社会经济成本；Cstorage为单位储能电池建设和运行成本。
本发明还提供一种新能源发电参与系统调峰调频的社会经济效益计算系统，其改进之处在于：包括：
计算模块，用于基于计算的新能源电站理论发电量，计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益；
所述计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益包括计算新能源电站参与电力系统调峰社会经济成本和计算新能源参与电力系统调频的社会经济成本。
进一步地：所述计算模块包括：
调峰经济性计算子模块，用于计算新能源电站参与电力系统调峰经济性；
调频经济性计算子模块，用于计算新能源参与电力系统调频的经济性。
进一步地：所述调峰经济性计算子模块，包括：
确定单元，用于确定时刻保持平衡的系统有功功率；
第一计算单元，用于根据系统有功功率计算新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量；
第二计算单元，用于根据弃风弃光电量计算新能源电站参与系统调峰的社会经济成本。
进一步地：所述调频经济性计算子模块，包括：
第三计算单元，用于计算新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；或
第四计算单元，用于计算新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
本发明基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量，计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本和新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本，有益于优化电网结构和电源结构，完善新能源并网运行管理，降低辅助服务成本，提高电力系统社会经济效益。
考虑新能源电站参与电力系统调峰的弃风、弃光电量，计算其经济性；考虑新能源发电参与电力系统调频的备用空间和附加投资，忽略参与调频的电量损失，计算其经济性。在电力系统无法全额消纳新能源发电的现状前提下，新能源电站主动参与电力系统调峰调频辅助辅助，给出了合理的社会经济成本测算依据。
附图说明
图1是本发明提供的新能源发电参与系统调峰调频的效益计算方法的流程图；
图2是本发明提供的具体实施例的新能源发电参与系统调峰调频的效益计算的功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一、
评估新能源发电参与系统调峰调频的社会经济性，从两方面开展：一方面，新能源由于参与系统调峰调频而引起的弃风、弃光现象，由此带来的社会成本浪费；另一方面，为避免弃风、弃光现象发生，新能源电站引入的储能系统的造价及运行成本。评估新能源发电参与系统调峰调频的社会经济效益，如图1所示，包括：
基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量，计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本和新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本。
基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量包括：
步骤1：新能源电站理论发电量计算方法。依据新能源电站内的样本发电单元，估算理论发电量如下：
其中，P为新能源电站理论发电功率(可用发电功率)，k为新能源发电单元类型编号，K为k新能源发电单元的数量，Mk为型号k型号新能源发电单元的样板数量，Nk为k型号新能源发电单元的开机运行总数量，Pj,k,m为新能源电站k型号发电单元第m台样板的实际功率。
步骤2：计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本。
步骤2-1：系统的有功功率时刻保持平衡，设系统内有m个常规发电机节点，n个新能源电站节点，k个负荷节点，即：
式中，为当前时刻常规发电机组的有功功率之和，MW；为当前时刻新能源电站的有功功率之和，MW；为当前时刻负荷的有功功率之和，MW；∑Ploss为当前时刻系统总有功损耗，MW；PGi为当前时刻第i台常规发电机组的有功功率；m表示常规发电机组的台数；PREi′为当前时刻第i'个新能源电站的有功功率；n为新能源站的个数；PLi″为当前时刻第i″个负荷的有功功率；k'为负荷的个数；Ploss当前时刻电网的有功损耗
步骤2-2：计算弃风弃光电量。△t时刻，系统的负荷减少了|δPLt|，忽略系统总有功损耗的变化，机组组合在常规机组已达到出力最小值情况下，调整新能源电站有功出力为计算新能源电站参与系统调峰的弃风弃光电量：
式中，|δPLt|为系统的负荷，E为△t时刻新能源电站参与系统调峰的弃风弃光电量，P′REi′为△t时刻第i'个新能源电站理论发电功率，P″REi′为△t时刻第i'个新能源电站实际发电功率，△t为时间分辨率；δ是符号△的另一种写法，δPLt表示负荷变化率；PLt为t时刻的负荷功率。
步骤2-3：计算社会经济损失。弃风弃光的经济性主要体现在电网对应的接收常规电源发电，按照燃煤标杆电价计算弃风弃光经济性，则一段时间内经济损失如下：
式中，TU为新能源电站参与系统调峰的社会经济成本，元；Cre为电网收购新能源发电电价；E为△t时刻新能源电站参与系统调峰的弃风弃光电量；△t为时间分辨率。
步骤3：计算新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本。评价因素以备用空间或投资运行储能成本为主，忽略调频过程中的社会经济成本。
步骤3-1：新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本。设置新能源电站在理论发电功率可达到额定功率的α％时，输出功率下调β％做为调频备用(α％>2*β％+新能源电站最小出力)，则新能源参与系统调频的社会经济成本为：
式中，TU'为新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；Cre为电网收购新能源发电电价；E为△t时刻新能源电站参与系统调频的弃风弃光电量；PN为新能源电站额定功率；△t为时间分辨率；β表示设置新能源电站在理论发电量基础上，作为调频备用的输出功率下调量。
步骤3-2：新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。新能源电站长期处于最大功率跟踪状态运行，为新能源电站配置其额定功率β％的储能电池，参与系统调频，忽略由于过频吸收电能和欠频输出电能的储能电量经济成本，则新能源参与系统调频的社会经济成本为：
TU″＝Cstorageβ％·PN
式中，TU″为新能源电站参与系统调频的社会经济成本；Cstorage为单位储能电池建设和运行成本。
实施例二、
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
步骤1：某光伏电站由同一型号光伏逆变器构成，设置两台逆变器为样本机，通过理论发电量计算公式(1)，计算光伏电站的实时理论发电量，如图2实线曲线。
步骤2：光伏电站参与电力系统调峰辅助服务的社会经济成本，中午13:00～15:00，区域负荷降低，该光伏电站参与系统调峰服务，出力减小至图2点虚线曲线，设燃煤标杆电价0.21元/千瓦时，根据式(2)计算光伏电站参与系统调峰的弃光社会经济成本：
步骤3：光伏电站参与电力系统调频辅助服务的社会经济成本，设定在理论发电功率可达到额定功率的30％时(α％＝30％)，输出功率下调β％做为调频备用(β％＝10％)，如图2所示的长虚线曲线，设燃煤标杆电价0.21元/千瓦时，根据式(5)计算新能源参与电力系统调频的社会经济成本：
实施例三、
基于同样的发明构思，本发明还提供一种新能源发电参与系统调峰调频的效益计算系统，包括：
计算模块，用于基于计算的新能源电站理论发电量，计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益；
所述计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益包括计算新能源电站参与电力系统调峰社会经济成本和计算新能源参与电力系统调频的社会经济成本。
进一步地：所述计算模块包括：
调峰经济性计算子模块，用于计算新能源电站参与电力系统调峰经济性；
调频经济性计算子模块，用于计算新能源参与电力系统调频的经济性。
进一步地：所述调峰经济性计算子模块，包括：
确定单元，用于确定时刻保持平衡的系统有功功率；
第一计算单元，用于根据系统有功功率计算新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量；
第二计算单元，用于根据弃风弃光电量计算新能源电站参与系统调峰的社会经济成本。
进一步地：所述调频经济性计算子模块，包括：
第三计算单元，用于计算新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；或
第四计算单元，用于计算新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。
本发明考虑新能源电站参与电力系统调峰的弃风、弃光电量，计算其经济性；考虑新能源发电参与电力系统调频的备用空间和附加投资，忽略参与调频的电量损失，计算其经济性。在电力系统无法全额消纳新能源发电的现状前提下，新能源电站主动参与电力系统调峰调频辅助辅助，给出了合理的社会经济成本测算依据。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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 (13)
1.一种电力系统调峰调频的社会经济效益计算方法，其特征在于：
基于新能源电站理论发电量和参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量，计算新能源电站参与电力系统调峰的社会经济成本和新能源电站参与电力系统调频的社会经济成本。
2.如权利要求1所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述新能源电站理论发电量用下式表示：
式中，P为新能源电站理论发电量，k为新能源发电单元类型编号，K为新能源发电单元的数量，Mk为k型号新能源发电单元的样板数量，Nk为k型号新能源发电单元的开机运行总数量，Pk,m为新能源电站k型号新能源发电单元第m台样板的实际功率。
3.如权利要求1所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述参与电力系统调峰调频后的弃风弃光电量包括：
确定时刻保持平衡的系统有功功率；
根据系统有功功率计算新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量。
4.如权利要求3所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述时刻保持平衡的系统有功功率用下式表示：
式中，为△t时刻m个常规发电机组的有功功率之和；为△t时刻n个新能源电站的有功功率之和；为△t时刻k’个负荷的有功功率之和；∑Ploss为△t时刻系统总有功损耗；PGi为△t时刻第i台常规发电机组的有功功率；m表示常规发电机组的台数；PREi'为△t时刻第i'个新能源电站的有功功率；n为新能源电站的个数；PLi”为△t时刻第i”个负荷的有功功率；k'为负荷的个数；Ploss△t时刻电网的有功损耗；PREi'为△t时刻第i'个新能源电站理论发电量，△t为时间分辨率。
5.如权利要求4所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量用下式表示：
式中，|δPLt|为系统的负荷变化量，E为△t时刻新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量，P'REi'为△t时刻第i'个新能源电站实际发电功率，δPLt表示负荷变化率；PLt为t时刻的负荷功率。
6.如权利要求1、2或5所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述新能源电站参与系统调峰的社会经济成本用下式表示：
式中，TU为新能源电站参与系统调峰的社会经济成本；Cre为电网收购新能源发电电价。
7.如权利要求1所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述计算新能源参与电力系统调频的经济性，包括：
计算新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；或
计算新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。
8.如权利要求5或7所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本用下式表示：
式中，TU'为新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；Cre为电网收购新能源发电电价；E为△t时刻新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量；PN为新能源电站额定功率；△t为时间分辨率；β表示设置新能源电站在理论发电量基础上，作为调频备用的输出功率下调量。
9.如权利要求5或7所述的社会经济效益计算方法，其特征在于：所述新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本用下式表示：
TU”＝Cstorageβ％·PN
式中，TU”为新能源电站参与系统调频的社会经济成本；Cstorage为单位储能电池建设和运行成本。
10.一种新能源发电参与系统调峰调频的社会经济效益计算系统，其特征在于：包括：
计算模块，用于基于计算的新能源电站理论发电量，计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益；
所述计算新能源电站参与电力系统调峰调频的经济效益包括计算新能源电站参与电力系统调峰社会经济成本和计算新能源参与电力系统调频的社会经济成本。
11.如权利要求10所述的社会经济效益计算系统，其特征在于：所述计算模块包括：
调峰经济性计算子模块，用于计算新能源电站参与电力系统调峰经济性；
调频经济性计算子模块，用于计算新能源参与电力系统调频的经济性。
12.如权利要求11所述的社会经济效益计算系统，其特征在于：所述调峰经济性计算子模块，包括：
确定单元，用于确定时刻保持平衡的系统有功功率；
第一计算单元，用于根据系统有功功率计算新能源电站参与系统调峰调频的弃风弃光电量；
第二计算单元，用于根据弃风弃光电量计算新能源电站参与系统调峰的社会经济成本。
13.如权利要求11所述的社会经济效益计算系统，其特征在于：所述调频经济性计算子模块，包括：
第三计算单元，用于计算新能源电站保留备用空间调频模式的社会经济成本；或
第四计算单元，用于计算新能源电站配置储能调频模式的社会经济成本。
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