CN109449987A - 新能源发电并网的电力系统模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电网规划技术领域，提供一种新能源发电并网的电力系统模拟方法及系统，方法包括：获取新能源发电并网的电力系统模拟数据；根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数，从而通过对未来新能源发电并网的电力系统的有效模拟，实现对未来电力系统的运行效率的估计和评价。
Description
技术领域
本发明属于电网规划技术领域，尤其涉及一种新能源发电并网的电力系统模拟方法及系统。
背景技术
近年来，随着电力系统规模的不断增加，风电、太阳能等间歇性能源的加入，大规模跨流域多级水电站的建设，核电、抽水蓄能电站、燃气轮机等多种类型电源的接入以及电网远距离交直流混合输电的格局等因素都极大增加了电网运行的复杂度。如何在复杂电源电网环境下优化系统运行，提高系统的节能经济性、降低系统排放强度成为电网规划面临的重要问题。
电网的运行优化涉及系统调峰、复杂电源结构协调、线路断面潮流安全等多方面的因素，针对典型运行方式的分析往往仅能实现对系统安全性的评价，而对于系统能耗、成本以及排放而言过于粗略，需要对电网长时间范围内的运行模拟才能够精细化评价不同调度运行方案的节能性、经济性以及碳排放强度。
电网系统调度运行模拟是电力系统一类重要的分析技术，其原理是：根据电力系统电网规划方案及电源装机规划，结合系统负荷预测、一次能源情况形成电力系统运行边界条件，选择一定的调度目标，在一系列运行约束下模拟系统一段时间的运行过程，根据系统运行模拟结果评估系统规划方案或系统运行方式。在大规模新能源接入的新形势下，传统的电力规划决策思路与方法难以全面的考虑系统面临的各种运行方式。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种新能源发电并网的电力系统模拟方法，旨在解决现有技术中在大规模新能源接入的新形势下，传统的电力规划决策思路与方法难以全面的考虑系统面临的各种运行方式的问题。
本发明所提供的技术方案是：新能源发电并网的电力系统模拟方法，所述方法包括下述步骤：
获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数；
根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；
根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
作为一种改进的方案，所述依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作的步骤具体包括下述步骤：
基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修；
根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划；
根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列；
根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
作为一种改进的方案，所述基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修的步骤具体包括下述步骤：
从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据；
根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据，并使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正；
根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正；
从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划，并使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线；
从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件，并使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正，生成并输出优化后的检修数据。
作为一种改进的方案，所述根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线的步骤具体包括下述步骤：
根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：
预先生成水电出力运行模型和新能源出力运行模型，其中：
所述预先生成水电出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法；
建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列；
利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列；
所述预先生成新能源出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
本发明的另一目的在于提供新能源发电并网的电力系统模拟系统，所述系统包括：
电力系统模拟数据获取模块，用于获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数；
时序负荷曲线生成模块，用于根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线；
模拟运行模块，用于依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作；
计算模块，用于根据所述模拟运行模块的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；
评价指标参数生成输出模块，用于根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
作为一种改进的方案，所述模拟运行模块具体包括：
机组检修模拟模块，用于基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修；
水电运行模拟模块，用于根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划；
新能源模拟运行模块，用于根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列；
逐日运行模拟模块，用于根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
作为一种改进的方案，所述机组检修模拟模块具体包括：
原始检修数据获取模块，用于从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据；
水电机组检修数据生成模块，用于根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据；
第一修正模块，用于使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正；
第二修正模块，用于根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正；
取联络线送电计划获取模块，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划；
第三修正模块，用于使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线；
约束条件获取模块，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件；
第四修正模块，用于使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正；
检修数据生成输出模块，用于根据所述第一修正模块、第二修正模块、第三修正模块以及第四修正模块对所述原始检修数据的修正，生成并输出优化后的检修数据。
作为一种改进的方案，所述时序负荷曲线生成模块具体包括：
数据获取模块，用于根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
构造模块，用于根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
作为一种改进的方案，所述机组检修模拟模块还包括：
水电出力运行模型生成模块，用于预先生成水电出力运行模型；
新能源出力运行模型生成模块，用于预先生成新能源出力运行模型
所述水电出力运行模型生成模块具体包括：
关键指标提出模块，用于根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法；
风速时间序列生成模块，用于建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列；
出力时间序列生成模块，用于利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列；
所述新能源出力运行模型生成模块具体包括：
分开建模控制模块，用于根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
上限值计算模块，用于针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
随机部分模拟值计算模块，用于对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
新能源出力时间序列生成模块，用于通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
在本发明实施例中，获取新能源发电并网的电力系统模拟数据；根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数，从而通过对未来新能源发电并网的电力系统的有效模拟，实现对未来电力系统的运行效率的估计和评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的新能源发电并网的电力系统模拟方法的实现流程图；
图2是本发明提供的依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作的实现流程图；
图3是本发明提供的基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修的实现流程图；
图4是本发明提供的预先生成水电出力运行模型的实现流程图；
图5是本发明提供的预先生成新能源出力运行模型的实现流程图；
图6是本发明提供的根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线的实现流程图；
图7是本发明提供的新能源发电并网的电力系统模拟系统的结构框图；
图8是本发明提供的水电出力运行模型生成模块的结构框图；
图9是本发明提供的模拟运行模块的结构框图；
图10是本发明提供的机组检修模拟模块的结构框图；
图11是本发明提供的新能源出力运行模型生成模块的结构框图；
图12是本发明提供的时序负荷曲线生成模块的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明提供的新能源发电并网的电力系统模拟方法的实现流程图，其具体包括下述步骤：
在步骤S101中，获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数。
在步骤S102中，根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数，所述运行数据参数包块机组出力、线路潮流等参数。
在步骤S103中，根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
在该实施例中，电力系统调度运行模拟技术是电力系统规划评价的重要手段，其思路是：基于时序负荷曲线，分别进行新能源的出力模拟、电源检修安排、跨流域梯级水电调度，在此基础上考虑电网的一系列运行约束与调度规则，进行考虑多类型电源相互协调的机组组合计算，实现对电网长时间运行层面进行精细化的逐日小时级连续的“全景”模拟，根据逐日运行模拟结果计算系统运行成本、燃料消耗以及污染物排放，实现对未来系统的运营效率评价。
在本发明实施例中，如图2所示，所述依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S201中，基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修。
在步骤S202中，根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划。
在步骤S203中，根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列。
在步骤S204中，根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
其中，如图3所示，基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S301中，从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据。
在步骤S302中，根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据，并使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正。
在步骤S303中，根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正。
在步骤S304中，从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划，并使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线。
在步骤S305中，从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件，并使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正，生成并输出优化后的检修数据。
其中，生成的优化后的检修数据中，年度各日备用率差别尽可能小，满足下述数学计算式：
式中：NT为检修优化周期内时段总数；分别为i,j时段的系统备用率。
在本发明实施例中，在执行上述步骤S101之前还需要执行下述步骤：
预先生成水电出力运行模型和新能源出力运行模型；
其中，如图4所示，所述预先生成水电出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S401中，根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法。
在步骤S402中，建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列。
在步骤S403中，利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列。
在该实施例中，风电出力运行模拟的模拟思路：首先根据多风电场历史实测风速数据(也可通过风电场历史出力数据转化得到)拟合风速Weibull分布的尺度参数与形状参数、风电场风速序列自相关系数、多风电场之间风速相关系数矩阵；同时根据多风电场历史实测风速数据，考虑风电场风速的季节性与日内的规律性，拟合风电场的日内各小时平均风速标幺曲线，与各月平均风速标幺曲线。然后，采用随机微分方程这一关键技术，考虑风速的随机特性以及空间相关性，建立随机微分方程模拟模型，模拟生成符合历史数据随机特征的风速时间序列。接着，同时考虑风电机组的功率特性曲线以及随机停运，从而生成各风电场风机的出力时间序列。
利用随机微分方程模拟生成风电场出力时间序列的方法叙述如下：
如果概率密度函数f(x)是在其定义域(l,u)中非负、连续且方差有限，其数学期望E(x)＝u，对于随机微分方程
其中θ≥0，Wt为标准布朗运动，v(Xt)是定义在(l,u)上的非负函数：
则有如下结论：
随机过程X是各态经历的(ergodic)且概率密度函数为f(x)。
随机过程X是均值回归的(mean-reverting)且其自相关函数符合：
corr(Xs+t,Xs)＝e-θt,s,t≥0
利用该方法模拟风速的时间序列，设风速符合尺度参数与形状参数分别为c和k的Weibull分布：
则，u为平均风速：
其中，F(x)是f(x)对应的分布函数，Γ(a)为伽马函数，θ取为风电场的自相关衰减系数：
Γ(x,a),x≥0为不完全伽马函数：
若生成多个风速相关的风电场风速，则需首先生成多维相关的布朗运动Wt，各维Wt均为标准布朗运动，各维之间相关系数矩阵等于风电场风速相关系数矩阵。之后，再利用Wt各维分量生成各风电场风速序列。
风电场风速序列并非完全随机过程，对由于气候原因，不同季节风电场所在地区风速水平不同，且具有一定规律(如冬天小、夏天大)，在日内，由于风电场所在地区地表温度的不同而引起日内不同时刻平均风速不同(如晚上大，白天小)，为考虑风电场风速的季节性与日内的规律性，对随机生成的风速序列进行修正。最终风电场出力可由下式确定：
其中：Pit为风电场i在t时刻的出力；nit为风电场i在t时刻的可用风机率；ηi为风电场尾流效应系数；Ci(g)为风电机组出力特性曲线；kih和kim分别为风速的日特性与季节特性修正系数。
Ci(g)通常由下式得出：
其中，vin，vrated与vout分别为风电机组切入风速、额定风速与切出风速。R为风电额定出力。
在本发明实施例中，如图5所示，预先生成新能源出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S501中，根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
在步骤S502中，针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
在步骤S503中，对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
在步骤S504中，通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
其中，新能源出力模型为：
Pstc是太阳能电池板的额定出力，其定义为标准条件下太阳能电池板的出力(标准条件下的太阳辐射强度Istc＝1000W/m2，温度Tstc＝25℃)，由太阳能电池板额定出力的定义可知，当实际的太阳辐射强度大于标准条件下的太阳辐射强度时，太阳能电池板的出力会大于其额定出力；I0t代表在不考虑大气层对阳光的散射作用以及云层遮挡等随机因素对太阳辐照强度的削弱作用的情况下，大气层外平面太阳辐照，仅随太阳与地球的相对位置变化有关。kt为晴空指数，定义为地表平面总辐射It与大气层外平面太阳辐射强度I0t之间的比值：kt＝It/I0t，其中，It为第t时段地表平面的辐照强度(包括直射和散射)。kt主要受到云层遮挡、天气变化以及海拔等因素的影响。Rt表示第t时段倾斜面上的太阳辐射强度与地表平面的总辐照强度的比值，其数值约等太阳在斜面上的入射角的余弦值以及地面平面太阳入射角的余弦值之比，其变化规律与光伏板放置倾斜角度、光伏板追踪方式(固定式、水平追踪、倾斜轴追踪或双轴追踪)有关；I(Rt,kt,I0t)表示考虑太阳辐照(直射、散射以及反射)、晴空指数以及光伏板跟踪类型等因素后光伏板上的总辐照。T代表大气度，αT是太阳能电池板的功率温度系数。
新能源出力模拟的关键在于对I0t、kt、Rt和T的模拟。水平面无遮挡光照I0t与太阳能光伏板地理位置以及季节与日内时刻等有关，可由全球太阳辐照模型进行计算，晴空指数kt主要受到云层遮挡、天气变化以及海拔等因素的影响，具有很强的间歇性与随机性，是光伏出力不确定性的主要来源，需要采用随机模拟实现。同时，地理位置相近的多个光伏电站的晴空指数具有很强的相关性，因此将采用随机微分方程模型进行考虑相关性的采样。Rt主要由光伏板自身的放置与追踪方式有关，需要推导光伏板不同追踪方式下太阳光的入射角。温度T具有一定的随机性，但其模拟和收集资料较困难，而且αT的值一般较小，因此温度对光伏出力的影响也相对较小，在本文提出的模型中，将忽略温度对光伏出力的影响。
提出新能源出力的模拟思路如下：
1)数据获取，光区基本信息包括光区的地理信息，太阳辐射强度的自相关系数，晴空指数概率模型的基本参数等。
2)设有N个光区，生成包含不同光区间相关性以及各光区自相关性的多个非独立正态分布时间序列Xm(t)＝xm1,t,xm2,t,L,xmN,t，其中m表示模拟的次数。
3)首先获得各光区日类型的概率分布，以及不同日类型所对应的最大晴空指数。根据日类型的概率分布进行采样，得到不同光区的晴空指数时间序列Kth,m(t)＝km1,t,km2,t,L,kmN,t，根据晴空指数的概率模型计算出不同晴空指数下的太阳辐射强度的CDF，用表示。
4)利用Xm(t)和进行采样，得到不同光区太阳辐射强度的时间序列Im(t)＝im1,t,im2,t,L,imN,t。
5)利用Im(t)根据不同类型光伏阵列的出力公式计算出各光区的光伏电站出力。
6)重复上述流程，直到模拟次数m等于给定的次数M。求M次计算结果的平均值PAV(t)，取最接近平均值的一组计算结果作为最终的模拟结果P(t)进行输出。
在本发明实施例中，所述检修计划的约束条件包括检修约束、系统运行安全约束以及等备用率约束，其中：
(1)检修约束包括检修申报约束、检修资源约束、检修互斥约束、检修同时约束以及检修次数约束；
(2)系统运行安全约束包括系统备用约束、分区备用约束、系统调峰约束、分区调峰约束。
检修需要考虑不同区域检修计划的空间协调以及不同类型电源检修安排的时间协调优化问题。简而言之，检修结果在空间尺度上需要保证不同省份的机组备用容量充足；在时间尺度上丰水期避免安排水电机组检修，避免弃水；冬春季风电出力较大时，应保证足够的调峰机组容量。
如图6所示，根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S601中，根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
在步骤S602中，根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
在本发明实施例中，以日为单位模拟系统的调度运行能够考虑多种类型的发电机组。支持火电、燃机、水电、抽蓄、风电、核电、热电等多种电源运行方式。包括火电最小开停机时间约束、最小出力约束；燃机考虑日内启停调峰方式；水电考虑日电量约束以及受阻出力和强迫出力；抽水蓄能考虑蓄抽蓄发出力约束、转换效率约束以及蓄水量约束；风电考虑其模拟出力曲线并为其留取正负备用；核电机组与热点机组按满出力带基荷处理，对于所有机组支持支持机组指定出力曲线与指定开停机状况。
在时序运行模拟中应引入机组组合模型详细考虑系统的运行约束，基于时序负荷曲线，引入以一日为单位的机组组合与经济调度模型，使规划评估与系统实际运行紧密的结合。模型能够考虑系统调度运行中的各种约束条件如机组调峰约束、机组的启停约束、网络约束等。体现电力系统实际运行的约束。
应能够适用于多区域互联系统。在运行模拟模型中，既考虑到系统内区域间交换功率的约束，又考虑了各个区域的外来协议送电约束，并对其进行经济性进行评估分析。
运行模拟中充分考虑系统调峰问题，运行模型是基于时序负荷曲线，较为容易地引入调峰约束，并且考虑到火电机组的运行特性、启停机组的启停费用等，对每天的模拟做出经济性最优的合理的机组组合，可为电力系统的调峰电源的规划与评估以及效益分析提供科学的依据。另外加上多区域互联特点，可以为不同地区电源结构的互补性、不同地区之间的负荷错峰效益等做出评估。
引入可再生能源切除机制，在机组组合与经济调度模型中引入切除可再生能源的机制，使模型在可再生能源极端出力情况下系统无法提供调峰容量，或可再生能源送出受阻情况下，切除部分可再生能源出力。该机制的引入使模型能够真实反映系统承载承载大规模可再生能源的能力。利用该模型，能够实现大规模可再生能源接入情况下电源与电网适应性与经济性的全面评估。
图7示出了本发明提供的新能源发电并网的电力系统模拟系统的结构框图，为了便于说明，图中仅给出与本发明实施例相关的部分。
新能源发电并网的电力系统模拟系统包括：
电力系统模拟数据获取模块29，用于获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数；
时序负荷曲线生成模块30，用于根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线；
模拟运行模块31，用于依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作；
计算模块32，用于根据所述模拟运行模块的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；
评价指标参数生成输出模块33，用于根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
其中，如图9所示，所述模拟运行模块31具体包括：
机组检修模拟模块34，用于基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修；
水电运行模拟模块35，用于根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划；
新能源模拟运行模块36，用于根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列；
逐日运行模拟模块37，用于根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
如图10所示，机组检修模拟模块具体包括：
原始检修数据获取模块11，用于从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据；
水电机组检修数据生成模块12，用于根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据；
第一修正模块13，用于使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正；
第二修正模块14，用于根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正；
取联络线送电计划获取模块15，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划；
第三修正模块16，用于使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线；
约束条件获取模块17，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件；
第四修正模块18，用于使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正；
检修数据生成输出模块19，用于根据所述第一修正模块、第二修正模块、第三修正模块以及第四修正模块对所述原始检修数据的修正，生成并输出优化后的检修数据。
在该实施例中，所述机组检修模拟模块还包括：
水电出力运行模型生成模块20，用于预先生成水电出力运行模型；
新能源出力运行模型生成模块21，用于预先生成新能源出力运行模型
如图8所示，
所述水电出力运行模型生成模块20具体包括：
关键指标提出模块22，用于根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法；
风速时间序列生成模块23，用于建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列；
出力时间序列生成模块24，用于利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列。
如图11所示，所述新能源出力运行模型生成模块21具体包括：
分开建模控制模块25，用于根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
上限值计算模块26，用于针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
随机部分模拟值计算模块27，用于对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
新能源出力时间序列生成模块28，用于通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
在本发明实施例中，如图12所示，时序负荷曲线生成模块具体包括：
数据获取模块38，用于根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
构造模块39，用于根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
其中，上述各个模块的功能如上述方法实施例所记载，在此不再赘述。
在本发明实施例中，获取新能源发电并网的电力系统模拟数据；根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数，从而通过对未来新能源发电并网的电力系统的有效模拟，实现对未来电力系统的运行效率的估计和评价。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.新能源发电并网的电力系统模拟方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数；
根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线，并依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；
根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
2.根据权利要求1所述的新能源发电并网的电力系统模拟方法，其特征在于，所述依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作的步骤具体包括下述步骤：
基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修；
根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划；
根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列；
根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
3.根据权利要求2所述的新能源发电并网的电力系统模拟方法，其特征在于，所述基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修的步骤具体包括下述步骤：
从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据；
根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据，并使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正；
根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正；
从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划，并使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线；
从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件，并使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正，生成并输出优化后的检修数据。
4.根据权利要求3所述的新能源发电并网的电力系统模拟方法，其特征在于，所述根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线的步骤具体包括下述步骤：
根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
5.根据权利要求3所述的新能源发电并网的电力系统模拟方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：
预先生成水电出力运行模型和新能源出力运行模型，其中：
所述预先生成水电出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法；
建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列；
利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列；
所述预先生成新能源出力运行模型的步骤具体包括下述步骤：
根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
6.新能源发电并网的电力系统模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
电力系统模拟数据获取模块，用于获取新能源发电并网的电力系统模拟数据，所述电力系统模拟数据包括系统负荷预测信息、联络线送受电计划、电源规划信息、机组运行技术参数、电网规划信息、线路与断面参数、风电场规划信息以及系统设定运行参数；
时序负荷曲线生成模块，用于根据输入的所述电力系统模拟数据，生成时序负荷曲线；
模拟运行模块，用于依据生成的所述时序负荷曲线进行包括新能源的出力模拟、机组检修计划安排以及逐日运行模拟在内的模拟操作；
计算模块，用于根据所述模拟运行模块的模拟操作，计算得到电力系统的运行数据参数；
评价指标参数生成输出模块，用于根据计算得到的所述电力系统的运行数据参数，生成并输出节能与经济评价指标参数。
7.根据权利要求6所述的新能源发电并网的电力系统模拟系统，其特征在于，所述模拟运行模块具体包括：
机组检修模拟模块，用于基于不同区域、不同类型电源检修安排之间的互补协调，同时根据系统负荷与系统检修规则模拟安排机组检修；
水电运行模拟模块，用于根据梯级水电站的拓扑关系以及来水情况，模拟多梯级跨流域互补的中长期水电发电计划；
新能源模拟运行模块，用于根据新能源资源的随机特性以及新能源装机情况，模拟新能源的随机运行方式，生成符合新能源出力随机性、波动性与时空相关性的一系列出力时间序列；
逐日运行模拟模块，用于根据输入的边界条件、机组检修计划、水电发电计划以及新能源随机运行方式，基于包括火电、水电、核电、燃机、热电、抽水蓄能以及新能源在内的多种类型机组的运行特性，以日为单位模拟系统的调度运行。
8.根据权利要求7所述的新能源发电并网的电力系统模拟系统，其特征在于，所述机组检修模拟模块具体包括：
原始检修数据获取模块，用于从预先生成的复杂电源电网规划方案中，获取发电机组的原始检修数据；
水电机组检修数据生成模块，用于根据不同区域的水库来水量，生成水电机组检修数据；
第一修正模块，用于使用生成的所述水电机组检修数据对所述原始检修数据进行修正；
第二修正模块，用于根据预先生成的水电出力运行模型和新能源出力运行模型中分别获取水电出力参数和新能源出力参数，对所述原始检修数据中等效符合曲线进行修正；
取联络线送电计划获取模块，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取联络线送电计划；
第三修正模块，用于使用获取到的联络线送电计划对所述原始检修数据中各区域负荷曲线；
约束条件获取模块，用于从所述复杂电源电网规划方案中获取各个区域的检修计划的约束条件；
第四修正模块，用于使用获取到的各个区域的检修计划的约束条件对所述原始检修数据进行修正；
检修数据生成输出模块，用于根据所述第一修正模块、第二修正模块、第三修正模块以及第四修正模块对所述原始检修数据的修正，生成并输出优化后的检修数据。
9.根据权利要求8所述的新能源发电并网的电力系统模拟系统，其特征在于，所述时序负荷曲线生成模块具体包括：
数据获取模块，用于根据一定的预测方法获得规划水平年的最高负荷和全年用电量；
构造模块，用于根据已知年的负荷曲线形状为基础，构造规划水平年全年8760时点的负荷，其中，负荷值的计算式为：
其中，Pi,t代表第i天t时段的负荷值，Pmax代表规划水平年的最高负荷预测值，代表全年最高负荷，代表全天最高负荷；α为日峰谷差变化系数，的取值范围为0到1之间；β为季特性系数，取值范围为0到1之间，γ为日特性系数。
10.根据权利要求8所述的新能源发电并网的电力系统模拟系统，其特征在于，所述机组检修模拟模块还包括：
水电出力运行模型生成模块，用于预先生成水电出力运行模型；
新能源出力运行模型生成模块，用于预先生成新能源出力运行模型
所述水电出力运行模型生成模块具体包括：
关键指标提出模块，用于根据风电场的历史运行数据分析风电出力随机特性与波动特性，提出风电场随机特性关键指标及其计算方法；
风速时间序列生成模块，用于建立风速随机性、波动性以及多区域之间的空间相关性模型，生成符合风速统计特征与空间相关性的风速时间序列；
出力时间序列生成模块，用于利用风电机组功率特性曲线，对风电场风机的出力特性进行建模，生成各风电场风机的出力时间序列；
所述新能源出力运行模型生成模块具体包括：
分开建模控制模块，用于根据实际的新能源系统的运行数据分析新能源出力的分布特性与随机特性，对太阳能新能源出力的确定性部分与随机性部分分开建模；
上限值计算模块，用于针对新能源出力的确定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，计算出新能源预测出力的上限值；
随机部分模拟值计算模块，用于对于新能源出力的随机部分，对新能源发电随机性部分进行建模，建立新能源遮挡因子的概率分布模型，得到新能源出力的随机部分模拟值；
新能源出力时间序列生成模块，用于通过叠加确定性与随机性部分的结果，生成新能源系统的出力时间序列。
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