CN110350521A - 一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法及装置，方法包括：(1)基于系统备用调度建立南北调峰互济引起过江输电通道阻塞的阻塞分析模型；(2)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域；(3)分别根据两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域，计算得到每种备用方式下的受端电网阻塞发生概率。本发明可以得到准确的受端电网阻塞发生概率，指导调整未来备用运行方式。

Description

一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方 法及装置

技术领域

本发明涉及电力技术，尤其涉及一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法及装置。

背景技术

随着可再生能源的大量并网，远距离跨区输送的规模也持续增长，中国部分经济发达地区开始呈现出明显的高比例区外来电馈入和本地大量新能源接入的受端电网特征。当前，这种电源特性的转变正在给受端系统的安全稳定和调峰备用方面带来诸多问题。由于高比例区外来电的落点和受端网络负荷中心的不一致，以及本地新能源出力的间歇性，使得受端电网的安全运行压力增加，尤其是通过影响调峰需求引起的重要输电断面阻塞现象时有发生。阻塞预测对于如今的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网显得尤为重要。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法及装置，可以得到准确的受端电网阻塞发生概率。

技术方案：本发明所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法包括：

(1)基于系统备用调度建立南北调峰互济引起过江输电通道阻塞的阻塞分析模型；

(2)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域；

(3)分别根据两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域，计算得到每种备用方式下的受端电网阻塞发生概率。

进一步的，步骤(1)建立的阻塞分析模型具体为：

式中，f为目标函数，下标i表示发电机i的对应值，下标t表示时刻t时的对应值，P_Gi,t、D_i,t、R_i,t分别为t时刻发电机i的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率；a_i,b_i分别为发电机i成本曲线系数；p_i，β_i，γ_i分别为发电机i的常温启动成本、下备用成本、上备用成本；Y_i,t为t时刻发电机i的开停机0-1状态；N_T为仿真时间分段数；N_G为发电机总数量；

所述阻塞分析模型中约束条件包括：

a.系统功率平衡约束：

式中：P_o,t，P_wf,t，P_Lf,t分别为区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

b.爬坡约束：

式中：分别是发电机的最大向下爬坡速率和最大向上爬坡速率；

c.出力约束：

式中：分别为发电机i的最大、最小出力；

d.网络约束：

式中：P_l ^max为线路l的输送功率上限；为t时刻节点m的注入功率；G_l,m为支路l关于节点m的功率转移因子，G(m)是节点m所连机组的集合，P_inf,m,t、P_wf,m,t、P_Lf,m,t分别为t时刻节点m的区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

e.最小开停机约束：

(Y_i,t-Y_i,t-1)+(Y_i,t+τ-1-Y_i,t+τ)≤1

(Y_i,t-1-Y_i,t)+(Y_i,t+π-Y_i,t+π-1)≤1

式中：T_ON，T_OFF分别是发电机的最小开停机时间；τ，π是中间变量；

f.运行备用约束：

YR_i,t≤Y_i,t

YD_i,t≤Y_i,t

式中：λ^u，λ^d分别是系统总的上备用和下备用系数；YR_i,t，YD_i,t为0-1变量，分别是t时刻发电机i的运行备用状态，分别为发电机i的上备用容量和下备用容量。

进一步的，步骤(2)具体包括：

(2-1)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下发电机组各时刻的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率以及提供备用的机组；

(2-2)根据步骤(2-1)得到的数据计算得到各时刻的过江断面潮流裕度；

(2-3)获取实际运行中各时刻需要跨区提供的备用需求量；

(2-4)根据步骤(2-2)得到的各时刻过江断面潮流裕度和步骤(2-3)得到的各时刻需要跨区提供的备用需求量，得到过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域。

进一步的，步骤(2)中的系统总备用方式为调度安排时仅考虑系统总的负荷备用约束的方式，平均备用方式为调度安排时对江南江北分区留取相同备用。

进一步的，步骤(3)中所述受端电网阻塞发生概率计算公式为：

式中：H_M是系统实际运行的备用需求概率密度函数；H_S，H_L分别是可再生能源和系统负荷的预测误差概率分布函数；A表示过江断面裕度不足的功率和时间区域。

本发明所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测装置，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述方法。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以得到过江断面阻塞的量化分析结果，为存在输电阻塞压力的受端电网未来的备用运行方式和电源布局规划提供一定的参考。能够有效指导电力企业合理优化配置资源，从而缓解区域输电阻塞问题。

附图说明

图1为某省份受端电网受端电网简洁化网架图；

图2为江南江北调峰差异图；

图3为系统总备用方式下系统运行情况示意图；

图4为系统总备用方式下机组上备用情况示意图；

图5为系统平均备用方式下系统运行情况示意图；

图6为系统平均备用方式下机组下备用情况示意图。

具体实施方式

本实施例公开了一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，包括以下步骤：

(1)基于系统备用调度建立南北调峰互济引起过江输电通道阻塞的阻塞分析模型。

其中，建立的阻塞分析模型具体为：

式中，f为目标函数，下标i表示发电机i的对应值，下标t表示时刻t时的对应值，P_Gi,t、D_i,t、R_i,t分别为t时刻发电机i的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率；a_i,b_i分别为发电机i成本曲线系数；p_i，β_i，γ_i分别为发电机i的常温启动成本、下备用成本、上备用成本；Y_i,t为t时刻发电机i的开停机0-1状态；N_T为仿真时间分段数；N_G为发电机总数量,系统是指电力系统；

所述阻塞分析模型中约束条件包括：

a.系统功率平衡约束：

式中：P_o,t，P_wf,t，P_Lf,t分别为区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

b.爬坡约束：

式中：分别是发电机的最大向下爬坡速率和最大向上爬坡速率；

c.出力约束：

式中：分别为发电机i的最大、最小出力；

d.网络约束：

式中：P_l ^max为线路l的输送功率上限；为t时刻节点m的注入功率；G_l,m为支路l关于节点m的功率转移因子，G(m)是节点m所连机组的集合，P_inf,m,t、P_wf,m,t、P_Lf,m,t分别为t时刻节点m的区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

e.最小开停机约束：

(Y_i,t-Y_i,t-1)+(Y_i,t+τ-1-Y_i,t+τ)≤1

(Y_i,t-1-Y_i,t)+(Y_i,t+π-Y_i,t+π-1)≤1

式中：T_ON，T_OFF分别是发电机的最小开停机时间；τ，π是中间变量；

f.运行备用约束：

YR_i,t≤Y_i,t

YD_i,t≤Y_i,t

式中：λ^u，λ^d分别是系统总的上备用和下备用系数；YR_i,t，YD_i,t为0-1变量，分别是t时刻发电机i的运行备用状态，分别为发电机i的上备用容量和下备用容量。

(2)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域。

该步骤具体包括：

(2-1)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下发电机组各时刻的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率以及提供备用的机组；其中，系统总备用方式为调度安排时仅考虑系统总的负荷备用约束的方式，平均备用方式为调度安排时对江南江北分区留取相同备用；

(2-2)根据步骤(2-1)得到的数据计算得到各时刻的过江断面潮流裕度；具体计算为现有技术，不作要求；

(2-3)获取实际运行中各时刻需要跨区提供的备用需求量；

(2-4)根据步骤(2-2)得到的各时刻过江断面潮流裕度和步骤(2-3)得到的各时刻需要跨区提供的备用需求量，得到过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域。

(3)分别根据两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域，计算得到每种备用方式下的受端电网阻塞发生概率。

其中，所述受端电网阻塞发生概率计算公式为：

式中：H_M是系统实际运行的备用需求概率密度函数，通过备用需求量求得；H_S，H_L分别是可再生能源和系统负荷的预测误差概率分布函数；A表示过江断面裕度不足的功率和时间区域。

本发实施例还提供了一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述方法。

下面采用具体例子进行描述。

基于简洁的网架说明我国某东部发达省份受端电网过江断面的阻塞机理。以IEEE-14节点代替该受端电网，节点1-节点5代表江北，节点6-节点14代表江南，线路5-6，4-7，4-9代表过江断面输电通道，如图1。借鉴华东某受端电网的电源和负荷分布结构，南北功率分配情况如表1，江南机组运行和备用成本略低于江北机组。过江通道总容量为27000MW，负荷和可再生能源预测偏差均设定为6％。设置系统总备用和平均备用两种备用方式作为对比方案。系统总备用方式，在调度安排时仅考虑系统总的负荷备用约束，系统总的上备用系数λ^u设为3％，下备用系数λ^d设为3％。系统平均备用方式，在调度安排时分区域备用，对江南江北分别设置相同的备用系数，上备用系数λ^u设为3％，下备用系数λ^d设为3％。

表1电源负荷江南江北分配比例

首先分析区外来电与可再生能源由于地理分布不同产生的南北调峰差异，如图2。江南江北的净负荷峰谷差相较于原始负荷曲线均被拉大，江南净负荷面临的上调峰压力增加明显，而江北净负荷则是面临的下调峰压力增加明显。

然后利用南北调峰互济引起过江通道阻塞分析模型，计算在考虑系统总备用和平均备用两种备用方式下的系统运行情况以及机组备用情况，并得到两种备用方式下的阻塞发生概率。

(1)系统总备用方式

图3给出了系统总备用方式下系统运行情况：系统总备用方式下的过江断面的潮流裕度和平稳无波动的区外来电、本地可再生能源注入下的过江断面潮流裕度以及实际运行中江南所需江北提供的上备用量。如图3过江断裕度曲线，过江断面呈现“北电南送”状态，夜间过江断面裕度较大，白天过江断面裕度较小。过江断面裕度相比于未考虑平稳无波动的区外来电、本地可再生能源注入下的过江断面潮流裕度曲线明显波动剧烈，在负荷向上爬坡时段过江断面裕度明显要低于平稳功率注入的过江断面裕度。尤其是在时段5点-10点过江断面裕度最低达到360MW。原因在于，该时段区外来电和本地可再生能源的注入增加大了系统峰谷差，而江南地区自身无法完全满足该时段的上调峰，必须通过过江通道调用江北机组增加出力，由此使得该时段过江断面潮流增加，裕度急剧下降。

图4是系统总备用方式下各机组提供上备用的情况。图4和图3中的过江断面裕度曲线与实际运行中江南所需江北提供的上备用需求量曲线结合，系统的上备用均由江北的机组1和机组2承担。若此时考虑实际运行中江南地区负荷的预测偏差，江南所需的运行上备用只能由江北通过过江通道提供。图3中的实际运行中江南所需江北提供的上备用曲线在时段6点-22点之间明显大于过江断面裕度曲线，系统实际运行过程中面临过江断面裕度不足问题。

计算该裕度不足区域阻塞发生概率B为0.6216，发生阻塞的可能性较大。系统总备用方式下，由于区外来电和本地新能源的接入导致江南地区在高峰负荷期(尤其是负荷上爬坡时段)过江断面裕度明显减少，使得过江断面裕度难以完全满足实际运行中江南所需江北提供的运行上备用需求而可能发生输电阻塞的情况。

(2)系统平均备用方式

图5为系统平均备用方式下系统运行情况。如图5中的过江断裕度曲线，其整体分布与总备用方式下的过江断面裕度曲线相似，过江断面呈现“北电南送”状态，夜间过江断面裕度较大，白天过江断面裕度较小。过江断面裕度相比于未考虑平稳无波动的区外来电、本地可再生能源注入下的过江断面潮流裕度曲线，同样由于区外来电、本地可再生能源拉大净负荷峰谷差，使得过江断面裕度曲线波动更为剧烈。在时段10点-14点，系统负荷存在一个较大的向下调峰需求，此时恰好处于区外来电和本地可再生能源大发时段，由于这些不可控电源大部分集中在江北，江北需要借用过江通道输送功率，实现向下爬坡，这将使得该时段过江断面裕度明显下降。

图6为系统平均备用方式下各机组提供下备用的情况。图6和图5中的过江断面裕度曲线与实际运行中江南所需江北提供的上备用曲线结合，在系统平均备用方式下江南江北各自负责自身的负荷备用需求，此时江南下备用主要由机组4承担，江北的下备用主要由机组2和机组3承担。而在实际运行中考虑江北负荷和大量可再生能源预测值的最大偏差情况，江北预留的机组运行下备用量将不足，必须通过过江通道调用江南的下备用。在这种情况下，如图5实际运行中江北所需江南提供的下备用曲线，江北所需江南提供的下备用在11点-13点大于过江断面裕度，系统实际运行过程中存在过江断面裕度不足问题。

计算该裕度不足区域阻塞发生概率B为0.0039，存在发生输电阻塞的可能，但可能性相对较小。

系统平均备用方式下，由于区外来电和本地新能源的接入导致江北地区在负荷下爬坡时段过江断面剩余裕度明显减少，使得过江断面剩余裕度难以完全满足实际运行中江北所需江南提供的运行下备用需求而可能发生输电阻塞的情况。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，其特征在于该方法包括：

(1)基于系统备用调度建立南北调峰互济引起过江输电通道阻塞的阻塞分析模型；

(2)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域；

(3)分别根据两种备用方式下过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域，计算得到每种备用方式下的受端电网阻塞发生概率。

2.根据权利要求1所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，其特征在于：步骤(1)建立的阻塞分析模型具体为：

式中，f为目标函数，下标i表示发电机i的对应值，下标t表示时刻t时的对应值，P_Gi,t、D_i,t、R_i,t分别为t时刻发电机i的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率；a_i,b_i分别为发电机i成本曲线系数；p_i，β_i，γ_i分别为发电机i的常温启动成本、下备用成本、上备用成本；Y_i,t为t时刻发电机i的开停机0-1状态；N_T为仿真时间分段数；N_G为发电机总数量；

所述阻塞分析模型中约束条件包括：

a.系统功率平衡约束：

式中：P_o,t，P_wf,t，P_Lf,t分别为区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

b.爬坡约束：

式中：分别是发电机的最大向下爬坡速率和最大向上爬坡速率；

c.出力约束：

式中：分别为发电机i的最大、最小出力；

d.网络约束：

式中：P_l ^max为线路l的输送功率上限；为t时刻节点m的注入功率；G_l,m为支路l关于节点m的功率转移因子，G(m)是节点m所连机组的集合，P_inf,m,t、P_wf,m,t、P_Lf,m,t分别为t时刻节点m的区外来电注入功率、可再生能源预测发电功率、系统预测负荷；

e.最小开停机约束：

(Y_i,t-Y_i,t-1)+(Y_i,t+τ-1-Y_i,t+τ)≤1

(Y_i,t-1-Y_i,t)+(Y_i,t+π-Y_i,t+π-1)≤1

式中：T_ON，T_OFF分别是发电机的最小开停机时间；τ，π是中间变量；

f.运行备用约束：

YR_i,t≤Y_i,t

YD_i,t≤Y_i,t

式中：λ^u，λ^d分别是系统总的上备用和下备用系数；YR_i,t，YD_i,t为0-1变量，分别是t时刻发电机i的运行备用状态，分别为发电机i的上备用容量和下备用容量。

3.根据权利要求1所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：

(2-1)在系统总备用和平均备用两种备用方式下求解所述分析模型，得到两种备用方式下发电机组各时刻的输出功率、运行下备用功率、运行上备用功率以及提供备用的机组；

(2-2)根据步骤(2-1)得到的数据计算得到各时刻的过江断面潮流裕度；

(2-3)获取实际运行中各时刻需要跨区提供的备用需求量；

(2-4)根据步骤(2-2)得到的各时刻过江断面潮流裕度和步骤(2-3)得到的各时刻需要跨区提供的备用需求量，得到过江断面潮流裕度不足的功率区域和时间区域。

4.根据权利要求1所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，其特征在于：步骤(2)中的系统总备用方式为调度安排时仅考虑系统总的负荷备用约束的方式，平均备用方式为调度安排时对江南江北分区留取相同备用。

5.根据权利要求1所述的高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测方法，其特征在于：步骤(3)中所述受端电网阻塞发生概率计算公式为：

式中：H_M是系统实际运行的备用需求概率密度函数；H_S，H_L分别是可再生能源和系统负荷的预测误差概率分布函数；A表示过江断面裕度不足的功率和时间区域。

6.一种高比例可再生能源跨区互动消纳的受端电网阻塞预测装置，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任意一项所述的方法。