CN111030164A - 一种基于光热确定电网开机方式的方法及系统 - Google Patents
一种基于光热确定电网开机方式的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于光热确定电网开机方式的方法及系统，属于电力系统的模拟与计算领域。本发明方法，包括：确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；获取电网仿真计算数据；仿真电网交流及直流故障；确定电网开机方式。本发明在电网运行及规划阶段，可以根据已投产或规划的光热机组装机规模，确定可稳定运行的直流功率以及新能源出力规模，有利于实现新能源合理、有序、可持续的开发利用，提升社会效益、生态效益，实现资源综合优化利用。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的模拟与计算领域，并且更具体地，涉及一种基于光热确定电网开机方式的方法及系统。
背景技术
新能源发电是实现电力可持发展的重要途径，在新能源蕴含丰富地区科学规划、合理布局，有利于推进多能互补形式的大型新能源基地开发建设，有利于充分发挥新能源和常规能源间的互补效益。我国风能、太阳能等新能源分布集中、与负荷中心距离较远，本地消纳规模有限，目前“三北”地区风电、太阳能等新能源的大范围消纳主要依托特高压直流输电技术将西部地区的新能源发电能力转移到东部地区负荷集中区域。
新能源规模化并网后给电网带来许多新的问题，其中之一是新能源装机量上升和本地负荷总量增幅速率不匹配情况下，会导致新能源发电功率大幅上升后挤占常规机组的发电空间，送端电网电源结构发生了重要变化。在新能源大发的情况下，常规电源开机受到限制，系统动态无功储备将大幅下降，系统抗扰动能力降低；而且新能源机组在交流故障期间电压跌落时，将大幅增加无功损耗，可能导致外送直流不能稳定运行，进而在更大范围内引发潮流转移，对电网功角稳定、电压稳定、频率稳定带来负面影响。
光热发电是利用反射镜面的聚焦作用将太阳能的热量收集起来，通过换热装置产生高温、高压蒸汽，然后按照常规汽轮机驱动发电。从光热发电的原理来看，增加电网中光热机组的开机，可以在提高新能源消纳的同时提高电网转动惯量，增大系统动态无功储备，增加电网抗扰动能力，有利于新能源高渗透率直流外送电网的长期稳定运行。当前，在我国有光热机组投产的省份相对较少，对于包含光热机组的电网开机方式如何确定尚未有一种明确的方法，这也成为光热机组规划建设以及送端电网安全稳定运行的瓶颈。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于光热确定电网开机方式的方法，包括：
获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
可选的，方法还包括：
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
可选的，方法还包括：
判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
可选的，信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
可选的，电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。
本发明还提供了一种基于光热确定电网开机方式的系统，包括：
信息获取模块，获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
第一计算模块，根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
第二计算模块，根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
仿真模块，根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
判定模块，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
可选的，系统还包括：
第二判定模块，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
可选的，系统还包括：
第三判定模块，判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
可选的，信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
可选的，电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。
本发明确定了光热机组对直流和新能源稳定运行的影响排序，直观地反映了光热开机与直流外送以及新能源消纳之间的关系，提升了直流外送电网的动态稳定特性，保障了大规模新能源的安全稳定运行，提升新能源消纳能力。
本发明在考虑光热机组开机的条件下，能够根据直流外送功率以及新能源出力规模确定保障直流外送电网稳定运行、新能源稳定运行的省级电网开机方式，提升电网调度灵活性和可靠性，为电网运行调度人员提供指导。
本发明在电网规划阶段，可以根据规划的光热机组装机规模，确定可稳定运行的直流功率以及新能源出力规模，有利于实现新能源合理、有序、可持续的开发利用，提升社会效益、生态效益，实现资源综合优化利用。
附图说明
图1为本发明一种基于光热确定电网开机方式的方法流程图；
图2为本发明一种基于光热确定电网开机方式的实施例电网局部网架结构图；
图3为本发明一种基于光热确定电网开机方式的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明旨在提出一种考虑光热机组的省级电网开机方式确定方法，通过研究单台光热机组对直流及新能源稳定运行的影响排序，基于电网交流N-1故障以及直流单极闭锁、换相失败故障后电网安全稳定性以及新能源稳定运行评估结果对光热电站开机进行仿真研究，从而根据新能源出力的规模确定保障直流稳定运行、新能源稳定运行的光热机组开机方式；也可根据光热机组装机规模确定可持续稳定运行的新能源最大出力。该方法可以较为直观地反映出光热开机与直流、新能源消纳之间的关系，有利于提升清洁能源高渗透率直流外送电网调度灵活性和可靠性，有利于实现新能源合理、有序、可持续的开发利用，提升社会效益、生态效益，实现资源综合优化利用；
本发明适用于大规模电力系统安全稳定研究以及新能源并网运行研究，具有很好的可计算性和广泛适应性，可用于规划和调度运行部门新能源并网相关计算分析工作。
本发明提出了一种基于光热确定电网开机方式的方法，如图1所示，包括：
获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。下面以某省级电网为实施例进行详细说明：
某省级电网Q“十四五”末750kV主网及水电厂、新能源厂站近区330kV电网结构如图2所示。
其中特高压直流外送工程HHZ电压等级±800kV，输送功率为8000MW；大规模风电、光伏机组通过D、F、G等750kV变电站下接的多个330kV汇集站并网；
且330kV及以上电网中有S1(4×700MW)、S2(3×400MW)、S3(3×525MW)、S4(4×320MW)、S5(3×120MW)、S6(3×400MW)多个大型水电厂。在直流配套电源中，常规机组出力占比约20％，新能源机组出力占比约80％。
其中，G1～G3、F1～F4、D1～D2为新能源汇集站；D1～D2、F5～F6、G5～F6为配套光热电站接入电网的330kV变电站。
电网规划资料、新能源厂站规划资料调研收集、典型方式确定及BPA仿真数据搭建；
选取该电网新能源大发运行方式作为典型运行方式进行分析计算。该方式下S1～S6各水电厂的开机台数均为1。
各光热电站对直流及新能源电站的影响排序；
分别计算光热电站与直流、新能源电站之间的等值阻抗，如表1和表2所示。
表1
| G5 | G6 | F5 | F6 | D3 | D4 | D5 | D6 | |
| HHZ | 0.02509 | 0.02509 | 0.03030 | 0.03030 | 0.04809 | 0.04809 | 0.04809 | 0.02054 |
表2
| G1 | G2 | G3 | G4 | F1 | F2 | F3 | F4 | D2 | D1 | D6 | |
| G5 | 0.00415 | 0.00415 | 0.00415 | 0.00415 | 0.001835 | 0.001835 | 0.001835 | 0.001835 | 0.00126 | 0.00126 | 0.001192 |
| G6 | 0.00415 | 0.00415 | 0.00415 | 0.00415 | 0.001835 | 0.001835 | 0.001835 | 0.001835 | 0.00126 | 0.00126 | 0.001192 |
| F5 | 0.001849 | 0.001849 | 0.001849 | 0.001849 | 0.004158 | 0.004158 | 0.004158 | 0.004158 | 0.001403 | 0.001403 | 0.001325 |
| F6 | 0.001849 | 0.001849 | 0.001849 | 0.001849 | 0.004158 | 0.004158 | 0.004158 | 0.004158 | 0.001403 | 0.001403 | 0.001325 |
| D3 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001378 | 0.001378 | 0.001378 | 0.001378 | 0.00308 | 0.00308 | 0.002859 |
| D4 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001247 | 0.001378 | 0.001378 | 0.001378 | 0.001378 | 0.00308 | 0.00308 | 0.002859 |
| D5 | 0.00127 | 0.00127 | 0.00127 | 0.00127 | 0.001403 | 0.001403 | 0.001403 | 0.001403 | 0.003137 | 0.003137 | 0.002912 |
| D6 | 0.00133 | 0.00133 | 0.00133 | 0.00133 | 0.001468 | 0.001468 | 0.001468 | 0.001468 | 0.003226 | 0.003226 | 0.004809 |
由此得出，各光热电站对特高压直流工程HHZ稳定输送功率的影响排序为：D6>G5/G6>F5/F6>D3/D4/D5；
各光热电站对新能源汇集站G1/G2/G3/G4稳定运行的影响排序为：D3/D4/D5>D6>F5/F6>G5/G6；
各光热电站对新能源汇集站F1/F2/F3/F4稳定运行的影响排序为：D3/D4>D5>D6>G5/G6>F5/F6；
各光热电站对新能源汇集站D1/D2/D6稳定运行的影响排序为：G5/G6>F5/F6>D3/D4>D5>D6。
典型方式下送端电网交流及直流故障后电网安全稳定性评价；
典型方式下A～B、A～C、B～HHZ、E～HHZ、G～HHZ、F～G、D～F、C～D、D～E等750kV交流线路发生三永N-1短路故障后，系统稳定；直流发生单极闭锁故障及3次换相失败故障后电网稳定。
典型方式下送端电网交流及直流故障后新能源运行稳定性评价；
典型方式下A～B、A～C、B～HHZ、E～HHZ、G～HHZ、F～G、D～F、C～D、D～E等750kV交流线路发生三永N-1短路故障后，新能源机组能够稳定运行，无脱网现象；直流发生单极闭锁故障后新能源机组能够稳定运行，无脱网现象；直流发生3次换相失败故障后，近区光伏G1光～G3光、F1光～F4光、D1光～D2光、D6光高压脱网。
确定光热机组开机位置及开机数量；
结合排序，逐步增开D3～D5、G5～G6和F5～F6的光热机组并校核直流及新能源稳定运行特性，最终确定的光热机组开机情况如表3所示。
表3
| 电厂名称 | 机组台数(台) | 单台装机容量(MW) | 最小开机(台) |
| D3热 | 2 | 135 | 2 |
| D4热 | 2 | 135 | 2 |
| D5热 | 2 | 135 | 2 |
| G5热 | 2 | 135 | 2 |
| G6热 | 2 | 135 | 2 |
| F5热 | 2 | 135 | 2 |
| F6热 | 2 | 135 | 2 |
按照上表中的光热机组开机方式，对电网750kV线路进行了三永跳单回故障校核，故障后保护和开关正常动作切除故障，系统均能保证稳定运行，且HHZ直流均能保证稳定送出，满足安全稳定导则的要求。
形成考虑光热机组的省级电网开机方案。
根据典型运行方式中所确定的各水电厂开机台数，以及前述步骤中确定的光热机组开机情况，形成满足N-1准则的电网开机方案，如表4所示：
表4
| 电厂名称 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | |
| 开机台数 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 电厂名称 | D3热 | D4热 | D5热 | G5热 | G6热 | F5热 | F6热 |
| 开机台数 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
本发明还提出了一种基于光热确定电网开机方式的系统200，如图3所示，包括：
信息获取模块201，获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
第一计算模块202，根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
第二计算模块203，根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
仿真模块204，根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
判定模块205，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
第二判定模块206，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
第三判定模块207，判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。
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。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光热确定电网开机方式的方法，所述方法包括：
获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
4.根据权利要求1所述的方法，所述信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
5.根据权利要求1所述的方法，所述电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。
6.一种基于光热确定电网开机方式的系统，所述系统包括：
信息获取模块，获取电网信息数据，根据电网信息数据选取电网典型运行方式，并确定所述电网典型运行方式的常规机组开机方式、新能源机组的开机方式、直流工程外送功率值和交流断面送电功率；
第一计算模块，根据电网信息数据获取光热电站对直流影响程度排序集合和光热电站对新能源影响程度排序集合；
第二计算模块，根据所述开机方式及直流工程外送功率值、交流断面送电功率，获取仿真数据；
仿真模块，根据仿真数据，仿真电网交流及直流故障；
判定模块，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态稳定时，判定新能源机组是否脱网，当不存在脱网时，确定光热电厂开机位置、开机台数、直流输送功率、新能源出力和水电常规机组开机方式，确定电网开机方式。
7.根据权利要求6所述的系统，所述系统还包括：
第二判定模块，根据预设判据，对电网故障暂态稳定水平进行判定，当暂态失稳时，增开光热电站对直流影响程度排序最靠前集合中一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小直流输送功率，仿真电网交流及直流故障。
8.根据权利要求6所述的系统，所述系统还包括：
第三判定模块，判定新能源机组是否脱网，当存在脱网时，增开光热电站对新能源影响程度排序最靠前集合中的一台机组，若所有光热机组都已处于开机状态，则减小新能源出力，仿真电网交流及直流故障。
9.根据权利要求6所述的系统，所述信息数据，包括：网架结构、常规电源发电机参数、光热机组参数、新能源发电机组参数、负荷参数、线路参数、变压器参数和直流工程参数。
10.根据权利要求6所述的系统，所述电网故障包括：线路三相永久N-1短路故障、主变三相永久N-1短路故障、送电网直流单极闭锁故障和送电网直流换相失败故障。
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2019
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Non-Patent Citations (1)
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