CN110365011B - 一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法 - Google Patents

一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法 Download PDF

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CN110365011B CN201910585628.5A CN201910585628A CN110365011B CN 110365011 B CN110365011 B CN 110365011B CN 201910585628 A CN201910585628 A CN 201910585628A CN 110365011 B CN110365011 B CN 110365011B
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Abstract

本发明公开了一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法。本发明在供区电力出现缺口场景下，将原调峰电厂、甚至原基荷电厂运行方式改变为共同承担电力缺口场景下总典型日负荷曲线中的基荷，而将剩余的典型日负荷曲线由储能电站承担；提出最小方式改变的判别依据，获取两类调整方式和储能电站配置参数：一类为保持原基荷电厂运行方式不变、原调峰电厂调整为基荷的运行方式，另一类为原基荷电厂、原调峰电厂均进行调整的运行方式；并计算获取可保持日运行特性的储能电站运行曲线，以及储能电站功率配置、能量配置的计算方法。本发明快速、有效解决了满足电力缺口的供区电厂、储能运行方式及储能电站配置计算问题。

Description

一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体地说是一种满足供区电力缺口场景下的电厂与储能电站运行方式及其配置快速计算方法。
背景技术
在电网向目标网架发展的过渡阶段，由于政策处理困难或施工难度较大等问题，部分项目投产时间晚于原规划预期，或局部地区因经济、政策变动等原因，负荷出现爆发式增长，高于原规划预期，预期建设的电源或外省引入电力不足，或电源、电网工程延期，或供区某些电源或电网工程出现长时期故障，不能满足增长的负荷，从而导致未来一定时期内的局部电网的电力电量平衡被破坏。
目前以电化学为主的储能技术，可以采取预制或集装箱方式，可以快速部署，并且具有可移动的方式，兼容临时部署或长期部署，因此非常适合解决供区电力缺口的供电问题。根据储能的资源条件，以及原供区担任调峰负荷的调峰电厂(含外部输入电力的调峰电厂，下同)资源和担任基荷的常规电厂及外部输入电力(统称为基荷电厂)的资源，重新安排调峰电厂、基荷电厂的运行方式和发电典型日负荷曲线，以及储能电站的典型日负荷曲线以及储能电站配置参数，可以缓解电网过渡阶段的供电能力不足的问题。
发明内容
本发明提供一种基于供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰电厂总典型日负荷曲线、原基荷电厂总典型日负荷曲线，以及供区原有调峰电厂、基荷电厂资源，通过计算，提出最小方式改变的判别依据，获取两类调整方式和储能电站配置参数：一类为保持原基荷电厂运行方式不变、原调峰电厂调整为基荷的运行方式，另一类为原基荷电厂、原调峰电厂均进行调整的运行方式；并计算获取可保持日运行特性的储能电站运行曲线，以及储能电站功率配置、能量配置的计算方法。
为此，本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其包括步骤：
1)收集负荷资料并计算供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰电厂总典型日负荷曲线、原基荷电厂典型日负荷曲线，并计算各自的峰值及平均值；
2)计算电力缺口场景下的总典型日负荷曲线，并计算其平均值；
3)计算电力缺口典型日负荷曲线与原供区调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线，并计算其平均值；
4)确定电厂与储能电站运行方式调整的原则；
5)确定储能电站运行方式的原则；
6)若原调峰电厂的机组容量能满足电力缺口典型日负荷曲线与原供区调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，保持原基荷电厂运行方式不变，进行原调峰电厂、储能电站运行曲线的求解；
7)若原调峰电厂的机组容量不能满足电力缺口典型日负荷曲线与原供区调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，进行原基荷电厂、原调峰电厂和储能电站运行曲线的求解；
8)根据储能电站运行曲线求解储能电站的功率配置和能量配置；
所述的原调峰电厂即原供区担任调峰负荷的常规机组或常规电厂，含外部输入电力；原基荷电厂即原供区内担任基荷的常规电厂，含外部输入电力。
进一步的，步骤1)中，
①假设原调峰电厂承担调峰的典型日负荷曲线为Ppc0(t)，其峰值为Ppcm0，平均值为
Figure GDA0002669716120000021
②假设原基荷电厂典型日负荷曲线为Ppp0(t)，其峰值为Pppm0，平均值为
Figure GDA0002669716120000022
③假设电力缺口典型日负荷曲线为Psrt(t)，其峰值为Psrtm，平均值为
Figure GDA0002669716120000023
进一步的，步骤2)中，
电力缺口状况下的总典型日负荷曲线Pgr(t)为：
Pgr(t)＝Ppp0(t)+Ppc0(t)+Psrt(t)，
假设以上所有典型日负荷曲线采取的是离散时间，因此总典型日负荷曲线的平均值为：
Figure GDA0002669716120000024
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数；若离散时间间隔为1小时，则Tday为24；若离散时间间隔为15分钟，则Tday为96。
进一步的，步骤3)中，所述的合成负荷曲线为Pps(t)：
Pps(t)＝Ppc0(t)+Psrt(t)，
其平均值为：
Figure GDA0002669716120000031
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
进一步的，步骤4)中，运行方式调整的原则包括：
①原供区调峰电厂将承担基荷，假设其发电曲线为Ppc1(t)；
②原供区基荷电厂仍承担基荷，假设其发电曲线为Ppp1(t)；
③假设储能电站的运行曲线为Pesse(t)；
则有：
Pgr(t)＝Ppp1(t)+Ppc1(t)+Pesse(t)，
即它们要满足电力缺口状况下的总典型日负荷曲线。
进一步的，步骤5)中，储能电站运行方式的原则包括：
储能电站的运行必须日调节性，即其日初、日末的总电荷状态SOC一致，或满足充电总能量和放电总能量平衡：
Figure GDA0002669716120000032
其中ηd、ηc为储能的放电、充电等效效率；Δt是时间间隔；
Figure GDA0002669716120000033
为储能电站放电、充电对应时段的功率；Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
进一步的，步骤6)中，原调峰电厂、储能电站的运行方式及配置计算如下：
原调峰电厂的发电曲线为：
Figure GDA0002669716120000034
储能电站运行曲线为：
Pesse(t)＝Pps(t)-Ppc1(t)。
进一步的，步骤7)中，原调峰电厂的发电曲线为：
Ppc1(t)＝Ppcm0，
即调峰电厂改为其最大出力进行发电安排；安排后的剩余负荷为：
Prest(t)＝Pgr(t)-Ppcm0
＝Ppp0(t)+Ppc0(t)+Psrt(t)-Ppcm0，
其平均值为：
原基荷电厂的发电曲线为：
Figure GDA0002669716120000042
储能电站运行曲线为：
Pesse(t)＝Pgr(t)-Ppp1(t)-Ppcm0。
进一步的，步骤8)的具体内容包括：
1)储能电站的功率配置为最大储能电站出力的1/0.9，具体值为：
Figure GDA0002669716120000043
2)储能电站的能量配置计算如下：
假设储能电站的日运行日初和日末的电荷状态SOC为：
SOC(t＝0)＝SOC(t＝Tday)＝0.1SOCm，
其中SOCm为储能电站的能量配置值，则储能电站的电荷状态SOC(t)满足以下方程：
Figure GDA0002669716120000044
由于Pesse(t)已知，且SOC(t＝0)已知，根据以上公式求出储能电站的电荷状态SOC(t)；假设SOC(t)的最大值率定为储能电站最大SOC值的1/0.9，即：
Figure GDA0002669716120000045
根据以上公式，求出储能电站的能量配置值SOCm。
本发明具有的优点及有益效果为：
本发明提供了一种基于供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰电厂总典型日负荷曲线、原基荷电厂典型日负荷曲线，以及供区原有调峰电厂、基荷电厂资源，通过计算，提出最小方式改变的判别依据，获取两类调整方式和储能电站配置参数：一类为保持原基荷电厂运行方式不变、原调峰电厂调整为基荷的运行方式，另一类为原基荷电厂、原调峰电厂均进行调整的运行方式；并计算获取可保持日运行特性的储能电站运行曲线，以及储能电站功率配置、能量配置的计算方法。本发明简单，方便计算，可快速计算出满足供区电力缺口场景下的原有调峰电厂、基荷电厂的发电曲线，以及储能电站运行曲线和储能电站配置方案。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明由供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰典型日负荷曲线、原基荷典型日负荷曲线形成的电力缺口状况下的总典型日负荷曲线的层叠图。
图3为本发明由原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线层叠而成的典型日负荷曲线图，可以看出原调峰电厂最大出力大于原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线形成的典型日负荷曲线的平均值，因此原调峰电厂的机组容量可以满足缺口及峰荷合成曲线的基荷要求。
图4为本发明当原调峰电厂最大出力大于原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线形成的典型日负荷曲线的平均值情况下，原调峰电厂的发电典型日负荷曲线，和储能电站运行曲线图。
图5为本发明由原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线层叠而成的典型日负荷曲线图，可以看出原调峰电厂最大出力小于原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线形成的典型日负荷曲线的平均值，因此原调峰电厂的机组容量不满足缺口和峰荷合成曲线的基荷要求。
图6为本发明当原调峰电厂的机组容量不满足缺口和峰荷合成曲线的基荷要求时，调整后的基荷电厂、调峰电厂和储能电站的运行曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明在供区电力出现缺口场景下，采取一种新的供区电厂及储能电站运行方式，即将原调峰电厂、甚至原基荷电厂运行方式改变为共同承担电力缺口场景下总典型日负荷曲线中的基荷，而将剩余的典型日负荷曲线由储能电站承担；提供一种基于供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰典型日负荷曲线、原基荷典型日负荷曲线，以及供区原有调峰电厂、基荷电厂资源，通过计算，提出最小方式改变的判别依据，获取两类调整方式和储能电站配置参数：一类为保持原基荷电厂运行方式不变、原调峰电厂调整为基荷的运行方式，另一类为原基荷电厂、原调峰电厂均进行调整的运行方式；并计算获取可保持日运行特性的储能电站运行曲线，以及储能电站功率配置、能量配置的计算方法。
图1为本发明的流程，共分为8个步骤，以下进行一一介绍。
1)收集负荷资料并计算供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰电厂(含外部输入电力的调峰电厂，下同)总典型日负荷曲线、原基荷电厂(含外部输入电力的基荷电厂，下同)典型日负荷曲线，并计算各自的峰值及平均值。
①假设原来供区调峰的常规机组或常规电厂(简称原调峰电厂)，承担调峰典型日负荷曲线为Ppc0(t)，其峰值为Ppcm0，其均值为
Figure GDA0002669716120000061
②假设供区内担任基荷的常规电厂(简称原基荷电厂)的典型日负荷曲线为Ppp0(t)，其峰值为Pppm0，其均值为
Figure GDA0002669716120000062
③假设供区电力缺口典型日负荷曲线为Psrt(t)，其峰值为Psrtm，其均值为
Figure GDA0002669716120000063
图2是以上3条典型日负荷曲线的层叠图。
2)计算电力缺口场景下的总典型日负荷曲线，并计算其平均值。
电力缺口状况下的总典型日负荷曲线Pgr(t)为：
Pgr(t)＝Ppp0(t)+Ppc0(t)+Psrt(t)，
假设以上所有典型日负荷曲线采取的是离散时间，因此总典型日负荷曲线的平均值为：
Figure GDA0002669716120000064
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数；若离散时间间隔为1小时，则Tday为24；若离散时间间隔为15分钟，则Tday为96。
3)计算电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线，并计算其平均值。
计算原调峰典型日负荷曲线和缺口典型日负荷曲线合成的负荷曲线为Pps(t)：
Pps(t)＝Ppc0(t)+Psrt(t)，
其平均值为：
Figure GDA0002669716120000071
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
4)确定电厂与储能电站运行方式调整的原则。
①原调峰电厂将承担基荷，假设其发电曲线为Ppc1(t)；
②原基荷电厂仍承担基荷，假设其发电曲线为Ppp1(t)；
③假设储能电站的运行曲线为Pesse(t)。
则有：
Pgr(t)＝Ppp1(t)+Ppc1(t)+Pesse(t)。
即它们要满足电力缺口状况下的总典型日负荷曲线。
5)确定储能电站运行方式的原则。
储能电站的运行必须日调节性，即其日初、日末的总电荷状态SOC一致，或满足充电总能量和放电总能量平衡：
Figure GDA0002669716120000072
其中ηd，ηc为储能的放电、充电等效效率；Δt是时间间隔；
Figure GDA0002669716120000073
为储能电站放电、充电对应时段的功率；Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
6)若原调峰电厂的机组容量能满足电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，保持原基荷电厂运行方式不变，进行原调峰电厂、储能电站运行曲线的求解。
为确保尽可能少的运行方式，企图保持原基荷电厂运行方式不变的条件为：
Figure GDA0002669716120000074
这个条件意味着原调峰电厂的机组容量可以满足缺口及峰荷合成曲线的基荷要求，具体的如图2所示；原调峰电厂、储能电站的运行方式及配置计算如下：
①原调峰电厂的基荷典型日负荷曲线如图3所示，计算方法为：
Figure GDA0002669716120000081
②储能电站运行曲线为如图3所示，计算方法为：
Pesse(t)＝Pps(t)-Ppc1(t)。
7)若原调峰电厂的机组容量不能满足电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，进行原基荷电厂、原调峰电厂和储能电站运行曲线的求解。
图4展示了该场景，即：
Figure GDA0002669716120000082
这个条件意味着原调峰电厂的机组容量不能满足缺口及峰荷合成曲线的基荷要求，则原基荷电厂、原调峰电厂均要进行运行曲线调整，相应的运行方式按以下计算，调整后的基荷电厂、调峰电厂和储能电站的运行曲线如图5：
①原调峰电厂的基荷典型日负荷曲线为：
Ppc1(t)＝Ppcm0，
即调峰电厂改为其最大出力进行发电安排；安排后的剩余负荷为：
Prest(t)＝Pgr(t)-Ppcm0
＝Ppp0(t)+Ppc0(t)+Psrt(t)-Ppcm0，
其平均值为
Figure GDA0002669716120000083
②原基荷电厂的基荷典型日负荷曲线为：
Figure GDA0002669716120000084
③储能电站运行曲线为：
Pesse(t)＝Pgr(t)-Ppp1(t)-Ppcm0。
8)根据储能电站运行曲线求解储能电站的功率配置和能量配置。
根据前面第6)、7)步已求得储能电站的运行曲线，根据该运行曲线，按以下求解得到储能电站的功率配置和能量配置。
①储能电站的功率配置为最大储能电站出力的1/0.9，具体值为：
Figure GDA0002669716120000091
②储能电站的能量配置计算如下：
假设储能电站的日运行日初和日末的电荷状态SOC为：
SOC(t＝0)＝SOC(t＝Tday)＝0.1SOCm
其中SOCm为储能电站的能量配置值，则储能电站的电荷状态SOC(t)满足以下方程：
Figure GDA0002669716120000092
由于Pesse(t)已知，且SOC(t＝0)已知，因此以上公式可以求出储能电站的电荷状态SOC(t)；假设SOC(t)的最大值率定为储能电站最大SOC值的1/0.9，即：
Figure GDA0002669716120000093
根据以上公式，可以求出储能电站的能量配置值SOCm。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，包括步骤：
1)收集负荷资料并计算供区电力缺口典型日负荷曲线、原调峰典型日负荷曲线、原基荷电厂典型日负荷曲线，并计算各自的峰值及平均值；
2)计算电力缺口场景下的总典型日负荷曲线，并计算其平均值；
3)计算电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线，并计算其平均值；
4)确定电厂与储能电站运行方式调整的原则；
5)确定储能电站运行方式的原则；
6)若原调峰电厂的机组容量能满足电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，保持原基荷电厂运行方式不变，进行原调峰电厂、储能电站运行曲线的求解；
7)若原调峰电厂的机组容量不能满足电力缺口典型日负荷曲线与原调峰典型日负荷曲线的合成负荷曲线的基荷要求，进行原基荷电厂、原调峰电厂和储能电站运行曲线的求解；
8)根据储能电站运行曲线求解储能电站的功率配置和能量配置；
所述的原调峰电厂即原供区担任调峰负荷的常规机组或常规电厂，含外部输入电力；原基荷电厂即原供区内担任基荷的常规电厂，含外部输入电力；
步骤6)中，原调峰电厂、储能电站的运行方式及配置计算如下：
原调峰电厂的发电曲线Ppc1(t)为：
Figure FDA0002682524710000011
式中，Pps(t)为合成负荷曲线，
Figure FDA0002682524710000012
为合成负荷曲线的平均值，ηd、ηc分别为储能的放电、充电等效效率；
储能电站运行曲线Pesse(t)为：
Pesse(t)＝Pps(t)-Ppc1(t)。
2.根据权利要求1所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤1)中，
①假设原调峰电厂承担调峰的典型日负荷曲线为Ppc0(t)，其峰值为Ppcm0，平均值为
Figure FDA0002682524710000021
②假设原基荷电厂典型日负荷曲线为Ppp0(t)，其峰值为Pppm0，平均值为
Figure FDA0002682524710000022
③假设电力缺口典型日负荷曲线为Psrt(t)，其峰值为Psrtm，平均值为
Figure FDA0002682524710000023
3.根据权利要求2所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤2)中，
电力缺口状况下的总典型日负荷曲线Pgr(t)为：
Pgr(t)＝Ppp0(t)+Ppc0(t)+Psrt(t)，
假设以上所有典型日负荷曲线采取的是离散时间，因此总典型日负荷曲线的平均值为：
Figure FDA0002682524710000024
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
4.根据权利要求3所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤3)中，所述的合成负荷曲线为Pps(t)：
Pps(t)＝Ppc0(t)+Psrt(t)，
其平均值为：
Figure FDA0002682524710000025
式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
5.根据权利要求4所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤4)中，运行方式调整的原则包括：
①原供区调峰电厂将承担基荷，假设其发电曲线为Ppc1(t)；
②原供区基荷电厂仍承担基荷，假设其发电曲线为Ppp1(t)；
③假设储能电站的运行曲线为Pesse(t)；
则有：
Pgr(t)＝Ppp1(t)+Ppc1(t)+Pesse(t)，
即它们要满足电力缺口状况下的总典型日负荷曲线。
6.根据权利要求5所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤5)中，储能电站运行方式的原则包括：
储能电站的运行必须日调节性，即其日初、日末的总电荷状态SOC一致，或满足充电总能量和放电总能量平衡：
Figure FDA0002682524710000031
其中，ηd、ηc为储能的放电、充电等效效率；Δt是时间间隔；
Figure FDA0002682524710000032
为储能电站放电、充电对应时段的功率；式中，Tday为描述典型日负荷曲线的总离散时段数。
7.根据权利要求6所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤7)中，原调峰电厂的发电曲线为：
Ppc1(t)＝Ppcm0，
即调峰电厂改为其最大出力进行发电安排；安排后的剩余负荷为：
Figure FDA0002682524710000033
其平均值为：
Figure FDA0002682524710000034
原基荷电厂的发电曲线为：
Figure FDA0002682524710000035
储能电站运行曲线为：
Pesse(t)＝Pgr(t)-Ppp1(t)-Ppcm0。
8.根据权利要求6所述的一种电力缺口下电厂与储能电站运行方式及配置计算方法，其特征在于，步骤8)的具体内容包括：
1)储能电站的功率配置为最大储能电站出力的1/0.9，具体值为：
Figure FDA0002682524710000036
2)储能电站的能量配置计算如下：
假设储能电站的日运行日初和日末的电荷状态SOC为：
SOC(t＝0)＝SOC(t＝Tday)＝0.1SOCm，
其中SOCm为储能电站的能量配置值，则储能电站的电荷状态SOC(t)满足以下方程：
Figure FDA0002682524710000041
由于Pesse(t)已知，且SOC(t＝0)已知，根据以上公式求出储能电站的电荷状态SOC(t)；
假设SOC(t)的最大值率定为储能电站最大SOC值的1/0.9，即：
Figure FDA0002682524710000042
根据以上公式，求出储能电站的能量配置值SOCm。
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