CN109361236A - 一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统新能源消纳领域，基于源荷互动调整的新能源消纳，具体是利用发电能源提供侧与用电负荷侧互动响应进行促进新能源消纳的方法。本发明包括：出力预测、优化计算以及结果处理三大步骤。本发明在结合新能源电力系统电源和负荷模型的基础上，源荷互动提高新能源消纳的程度，根据新能源大点出力预测，结合新能源发电波动特性制定各时段稳定出力值，并在此基础之上研究了基于需求侧响应的源荷互动机制，不仅解决了大规模新能源接入电力系统稳定性问题，而且大大提高促进了新能源发电的消纳率。
Description
技术领域
本发明属于电力系统新能源消纳领域，基于源荷互动调整的新能源消纳，具体是利用发电能源提供侧与用电负荷侧互动响应进行促进新能源消纳的方法。
背景技术
目前，我国可再生能源产业增长势头强劲，截止2017年，风电累计并网装机容量达到1.29亿千瓦，全球第一；光伏累计并网装机容量也于2017年底达到4318万千瓦，超越德国位居全球第一，规模化可再生能源消纳困难是当前面临的重大现实问题。电网在接纳风电和光伏发电时必须付出相应的代价，部分地区由于当地由于缺乏灵活调节的电源使得电网接纳能力不足，出现弃风弃光限电问题，造成大量资源浪费。传统新能源消纳策略表明，单纯依靠供给侧资源的模式要满足新能源电力系统安全、经济、高效运行的要求是十分困难的，因此越来越多的研究开始挖掘新的可用资源。
源荷互动并不是凭空出现的概念，而是以往调度思想的继承和发展。目前的研究技术下，基于源荷互动的新能源消纳策略中主要在以下几个方面：电动汽车、大用户直购电、价格型需求响应/可中断负荷这几种方法。
如现有技术1，利用电动汽车的储能电池在闲置时通过充电基础设施直接接入电网，既可以在一段时间内作为电力系统的负荷充电，也可以在另外一些时间作为储能设备向电网反向放电(肖湘宁等《可再生能源与电动汽车充放电设施在微电网中的集成模式与关键问题》电工技术学报，2013)。电动汽车的蓄电池配置在用电侧，能够有效的平抑可再生能源和负荷出力的波动，减少其随机波动对电网调度的影响。当前研究成果主要集中在电动汽车充电设施与可再生能源的集成模式；电动汽车与可再生能源的协同调度；电动汽车换电站的容量配置等方面。但电动汽车的发展将使得换电站需求的增加，组件的容量变化趋势、大规模充电功率对电力系统的影响都将对城市基础设施建设带来更高的挑战。
现有技术2，通过经济措施激励电力大用户调整生产班制及用电需求，积极参与可再生能源消纳。大用户直购电交易通常是基于电力市场的双边交易模式，交易的关键因素包括各时段的合约电量、合约电价以及能源波动时所需电网提供的辅助服务(张文韬等《大规模风电接入下含大用户直购电的电力系统调度模型研究》中国电机工程学报，2015)。但由于常规发电机组调节能力有限，作为电力市场改革进程中开放售电侧竞争的重要环节，不同场景下大用户直购电对电网调度运行稳定性和经济性的影响也需决策者权衡。
根据以上目前研究技术的缺陷及问题，本发明针对利用源荷互动调整的策略进行新能源的消纳，在本发明中主要的发明方法是的源荷互动消纳新能源的策略，下面将从源荷互动作为切入点介绍本发明方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提出了一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其目的是利用源荷互动调整的策略进行促进新能源消纳的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，包括以下步骤：
步骤1：出力预测；出力预测是指在电力系统调度过程中，依据先进的测量装置以及历史数据分析对未来时间段内新能源的出力规律和负荷需求分布规律进行预测以及常规发电机组的启停；
步骤2：优化计算；即基于源荷互动响应的调整策略，依据资源和需求的分布规律，计算不同时间尺度下源荷互动的参与能力，包括可再生能源在各时段的稳定出力值，各类需求侧响应资源的转移、平移、削减负荷容量，以及常规发电机组各时段的调节能力极限；再以调度控制中心根据不同时间尺度下的源荷互动参与能力，制定调度计划，本发明的调整策略目标以新能源发电的利用率和整体发电经济性为约束；
步骤3：结果处理；是指各控制系统对调度指令的执行，对新能源电力系统互动需求响应策略的执行，包括对新能源发电进行合理的弃核弃风弃光以及常规发电机组的最优组合，已达到对新能源电源的最大化消纳。
所述出力预测包括：
(1)新能源发电的出力功率预测曲线，主要考虑新能源出力的波动性对各时段出力值的影响；
(2)常规机组的日发电启停计划，主要考虑常规发电机组在各时段的出力调节能力；
(3)不同响应特性的用电负荷预测曲线，主要考虑在各时段互动调整中可转移、可中断及可削减的负荷容量。
所述新能源，其电力系统电源出力预测通过公式(1)进行描述如下：
P(t,α(t))＝{λ1p1(t,α(t)),λ2p2(t,α(t)),…,λMpM(t,α(t))} (1)；
在公式(1)中：
P(t,α(t))→M表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；
M为供给侧所有电源种类的数目；
t为电网运行划分的时段，本发明方法中将一天分为24个时段，时间间隔Δt为1小时，即t∈{0,1,2…23}；
α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量；
λi为新能源电力系统电源受到天气等外部条件干扰的系数值，不同的新能源电源形式受到的干扰系数值不同，需要根据历史数据而定。
所述调整策略通过公式(2)和(3)描述如下：
在公式(2)和(3)中：
为源荷互动调整时协调调度下电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；M为供给侧所有电源种类的数目；α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量；λi为新能源电力系统电源受到外部条件干扰的系数值；t为电网运行划分的时段；T为日负荷曲线周期，取为24小时；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数。
所述结果处理，通过以下公式描述如下：
在公式(4)中：
g(ti,α(t))为系统经过互动响应策略调整后，整个系统除常规机组外所有核电、风电、光电及其他新能源形式发电运行状态；t为电网运行划分的时段；α(t)为整个电网运行的相关动态参数；M为供给侧所有电源种类的数目；T为日负荷曲线周期，取为24小时；f表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数；Fave电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；为整个系统在经过源荷互动调整后运行的波动函数。
所述系统，通过源荷互动的调度策略保证了对整个电网运行的稳定性，并通过源荷互动调整的策略促进新能源发电的消纳最大化和常规发电机组的优化运行，当电网中所有常规发电机组的运行状态在协调控制状态下均以达到最优状态时，再通过与整个电网运行状态协调下进行新能源的摒弃。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明在结合新能源电力系统电源和负荷模型的基础上，源荷互动提高新能源消纳的程度，根据新能源大点出力预测，结合新能源发电波动特性制定各时段稳定出力值，并在此基础之上研究了基于需求侧响应的源荷互动机制，不仅解决了大规模新能源接入电力系统稳定性问题，而且大大提高促进了新能源发电的消纳率。
附图说明
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1为本发明一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法的流程图。
具体实施方式
本发明是一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，源荷中的“源”是指供给侧各类电源的总和，即可再生能源与不可再生能源的总和；源荷中的“荷”是指电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。发明的整体设计思路由出力预测、优化计算和结果处理组成。如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：出力预测。
出力预测是指在电力系统调度过程中，依据先进的测量装置以及历史数据分析对未来时间段内新能源的出力规律和负荷需求分布规律进行预测以及常规发电机组的启停等。在本发明中电力系统的出力预测主要考虑以下三点：
1)新能源发电的出力功率预测曲线，其主要考虑的是新能源出力的波动性对各时段出力值的影响。
2)常规机组的日发电启停计划，其主要考虑的是常规发电机组在各时段的出力调节能力。
3)不同响应特性的用电负荷预测曲线，其主要考虑的是在各时段互动调整中可转移、可中断、可削减的负荷容量。
新能源电力系统电源出力预测可通过公式(1)将问题进行描述：
P(t,α(t))＝{λ1p1(t,α(t)),λ2p2(t,α(t)),…,λMpM(t,α(t))} (1)；
在公式(1)中：
P(t,α(t))→M表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；
M为供给侧所有电源种类的数目；
t为电网运行划分的时段，本发明方法中将一天分为24个时段，时间间隔Δt为1小时，即t∈{0,1,2…23}；
α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量。
λi为新能源电力系统电源受到天气等外部条件干扰的系数值，不同的新能源电源形式受到的干扰系数值不同，需要根据历史数据而定。
步骤2：优化计算。
优化计算即基于源荷互动响应的调整策略，依据资源和需求的分布规律，计算不同时间尺度下源荷互动的参与能力，包括可再生能源在各时段的稳定出力值，各类需求侧响应资源的转移、平移、削减负荷容量，以及常规发电机组各时段的调节能力极限。再以调度控制中心根据不同时间尺度下的源荷互动参与能力，制定调度计划，本发明的调整策略目标以新能源发电的利用率和整体发电经济性为约束。调整策略通过公式(2)和(3)进行描述：
在公式(2)和(3)中：
为源荷互动调整时协调调度下电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；M为供给侧所有电源种类的数目；α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量；λi为新能源电力系统电源受到外部条件干扰的系数值；t为电网运行划分的时段；T为日负荷曲线周期，取为24小时；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数。
步骤3：结果处理。
结果处理是指各控制系统对调度指令的执行，对新能源电力系统互动需求响应策略的执行，包括对新能源发电进行合理的弃核弃风弃光以及常规发电机组的最优组合，已达到对新能源电源的最大化消纳。
在公式(4)中：
g(ti,α(t))为系统经过互动响应策略调整后，整个系统除常规机组外所有核电、风电、光电及其他新能源形式发电运行状态；
t为电网运行划分的时段；α(t)为整个电网运行的相关动态参数；M为供给侧所有电源种类的数目；T为日负荷曲线周期，取为24小时；f表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数；Fave电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；为整个系统在经过源荷互动调整后运行的波动函数。
系统通过源荷互动的调度策略保证了对整个电网运行的稳定性。并通过源荷互动调整的策略促进新能源发电的消纳最大化和常规发电机组的优化运行，当电网中所有常规发电机组的运行状态在协调控制状态下均以达到最优状态时，再通过与整个电网运行状态协调下进行新能源的摒弃。
Claims (6)
1.一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：出力预测；出力预测是指在电力系统调度过程中，依据先进的测量装置以及历史数据分析对未来时间段内新能源的出力规律和负荷需求分布规律进行预测以及常规发电机组的启停；
步骤2：优化计算；即基于源荷互动响应的调整策略，依据资源和需求的分布规律，计算不同时间尺度下源荷互动的参与能力，包括可再生能源在各时段的稳定出力值，各类需求侧响应资源的转移、平移、削减负荷容量，以及常规发电机组各时段的调节能力极限；再以调度控制中心根据不同时间尺度下的源荷互动参与能力，制定调度计划，本发明的调整策略目标以新能源发电的利用率和整体发电经济性为约束；
步骤3：结果处理；是指各控制系统对调度指令的执行，对新能源电力系统互动需求响应策略的执行，包括对新能源发电进行合理的弃核弃风弃光以及常规发电机组的最优组合，已达到对新能源电源的最大化消纳。
2.根据权利要求1所述的一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：所述出力预测包括：
(1)新能源发电的出力功率预测曲线，主要考虑新能源出力的波动性对各时段出力值的影响；
(2)常规机组的日发电启停计划，主要考虑常规发电机组在各时段的出力调节能力；
(3)不同响应特性的用电负荷预测曲线，主要考虑在各时段互动调整中可转移、可中断及可削减的负荷容量。
3.根据权利要求2所述的一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：所述新能源，其电力系统电源出力预测通过公式(1)进行描述如下：
P(t,α(t))＝{λ1p1(t,α(t)),λ2p2(t,α(t)),…,λMpM(t,α(t))} (1)；
在公式(1)中：
P(t,α(t))→M表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；
M为供给侧所有电源种类的数目；
t为电网运行划分的时段，本发明方法中将一天分为24个时段，时间间隔Δt为1小时，即t∈{0,1,2…23}；
α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量；
λi为新能源电力系统电源受到天气等外部条件干扰的系数值，不同的新能源电源形式受到的干扰系数值不同，需要根据历史数据而定。
4.根据权利要求1所述的一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：所述调整策略通过公式(2)和(3)描述如下：
在公式(2)和(3)中：
为源荷互动调整时协调调度下电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；M为供给侧所有电源种类的数目；α(t)为整个电网运行的相关动态参数，在时间周期内为具有离散特性的变量，并认为在任一个划定的时间段中,α(k)为确定不变量；λi为新能源电力系统电源受到外部条件干扰的系数值；t为电网运行划分的时段；T为日负荷曲线周期，取为24小时；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数。
5.根据权利要求1所述的一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：所述结果处理，通过以下公式描述如下：
在公式(4)中：
g(ti,α(t))为系统经过互动响应策略调整后，整个系统除常规机组外所有核电、风电、光电及其他新能源形式发电运行状态；t为电网运行划分的时段；α(t)为整个电网运行的相关动态参数；M为供给侧所有电源种类的数目；T为日负荷曲线周期，取为24小时；f表示为电网中供给侧所有电源形式的运行状态；为各新能源电源在一定时间段内运行的波动函数；Fave电网中供给侧所有电源能提供的最低运行状态；为整个系统在经过源荷互动调整后运行的波动函数。
6.根据权利要求5所述的一种基于源荷互动调整的新能源消纳方法，其特征是：所述系统，通过源荷互动的调度策略保证了对整个电网运行的稳定性，并通过源荷互动调整的策略促进新能源发电的消纳最大化和常规发电机组的优化运行，当电网中所有常规发电机组的运行状态在协调控制状态下均以达到最优状态时，再通过与整个电网运行状态协调下进行新能源的摒弃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190219 |