CN112186751A - 一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统 - Google Patents

一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统，包括以下步骤：采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型，通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。根据给定的子系统新能源出力数据，结合子系统的调峰成本，以全系统总调峰成本最小为目标函数，考虑弃电率以及输电能力等约束，通过单纯形法求解优化模型，得到系统的有效容量。该方法可得到全系统及各子系统的有效容量，进而可确定各系统需要的调峰能力，为电源规划提供参考。

Description

一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统
技术领域
本发明涉及电源电网规划领域，特别涉及一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统。
背景技术
对于某区域内的新能源电站，新能源出力呈一定的概率分布，超过某个给定值的概率可能很小，统计的新能源电站分布范围越广，数量和装机容量越多，这个给定值就相对越低，统计的新能源电站越少，数量和装机容量越小，这个给定值就相对越高。一方面由于在更广的范围内，新能源资源特性存在时空互补性；另一方面，可使新能源通过电网传输，实现跨区域调峰消纳。随着新能源规模的不断增大，需要电网传输的新能源越来越多，网架约束就不可忽略。
现有技术在新能源类型越来越多，不考虑网架约束会造成有效容量误差较大。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法及系统。本方法可用于确定系统调峰能力、网架输送功率极限等。本优化方法具有计算方便、快捷的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法，包括以下步骤：
采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；
系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型，
通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。
作为本发明的进一步改进，所述目标函数为：
Figure BDA0002699498600000021
式中，Cn为子系统n的单位调峰成本；En为子系统n的有效容量。
作为本发明的进一步改进，考虑的约束如下：
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002699498600000022
为：
Figure BDA0002699498600000023
式中，
Figure BDA0002699498600000024
为子系统n接入的新能源第i时刻的实际出力；
Figure BDA0002699498600000025
为子系统n第i时刻新能源的理论功率；
弃电率约束：
Figure BDA0002699498600000026
式中，η为全系统要求的弃电率；
节点功率平衡约束：
Figure BDA0002699498600000027
式中，
Figure BDA0002699498600000028
为子系统n第i时刻的输入功率之和；
Figure BDA0002699498600000029
为子系统n第i时刻的输出功率之和；
线路/断面传输功率约束：
Figure BDA00026994986000000210
式中，
Figure BDA00026994986000000211
为第i时刻第l条线路/断面的输送功率；Ll为第i时刻第l条线路/断面的输送功率极限。
作为本发明的进一步改进，所述新能源为风电或光伏。
一种考虑网架约束的新能源有效容量计算系统，包括：
采集模块，采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；
数学模型建立模块，用于系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型，
计算求解模块，用于通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
该方法根据被研究系统的新能源出力特性，结合不同子系统的调峰成本，考虑弃电率约束、输电能力约束等，建立数学优化模型，计算求解可得到系统有效容量。本方法可用于确定系统调峰能力、网架输送功率极限等。本发明的方法能够在满足系统弃电率的要求下，考虑网架约束，基于不同子系统的新能源出力特性，得到最优的系统有效容量。同时，本优化方法具有计算方便、快捷的特点。
附图说明
图1是本发明的策略流程图；
图2是实施例的接线图。
具体实施方式
下面是结合附图，对某电力系统的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是实施例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，本发明一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法其原理为：
根据系统新能源出力特性等参数，以系统总调峰成本最小为目标函数。考虑弃电率约束、输送功率约束等建立数学模型，通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。具体步骤如下：
(1)采集被研究系统内子系统的新能源装机规模、出力特性数据、调峰成本；
(2)系统总成本由各子系统成本之和构成，以总成本最小为目标函数，得到下式：
Figure BDA0002699498600000041
式中，Cn为子系统n的单位调峰成本；En为子系统n的有效容量；
(3)建立的数学模型考虑的约束如下：
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002699498600000042
为：
Figure BDA0002699498600000043
式中，
Figure BDA0002699498600000044
为子系统n接入的新能源第i时刻的实际出力；
Figure BDA0002699498600000045
为子系统n第i时刻新能源(风电/光伏)的理论功率。
弃电率约束：
Figure BDA0002699498600000046
式中，η为系统要求的弃电率。
节点功率平衡约束：
Figure BDA0002699498600000047
式中，
Figure BDA0002699498600000048
为子系统n第i时刻的输入功率之和；
Figure BDA0002699498600000049
为子系统n第i时刻的输出功率之和。
线路/断面传输功率约束：
Figure BDA00026994986000000410
式中，
Figure BDA00026994986000000411
为第i时刻第l条线路/断面的输送功率；Ll为第i时刻第l条线路/断面的输送功率极限。
实施例
某一电力系统由5个子系统组成，如图2所示。分析其风电的有效容量。
本方法的具体操作步骤如下：
(1)采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同子系统的调峰成本等数据：
子系统1接入1100万千瓦风电、子系统2接入1450万千瓦风电、子系统3接入1400万千瓦风电、子系统4接入1550万千瓦风电、子系统5接入3000万千瓦风电。
收集其典型年8760风电理论功率，得到各子系统的风电可发功率时间序列，其第i时刻的可发功率即为
Figure BDA0002699498600000051
其主要特性如下：子系统1的风电利用小时数2098小时，95％概率下有效容量系数0.485；子系统2的风电利用小时数2335小时，95％概率下有效容量系数0.507；子系统3的风电利用小时数1742小时，95％概率下有效容量系数0.45；子系统4的风电利用小时数1954小时，95％概率下有效容量系数0.48；子系统5的风电利用小时数2565小时，95％概率下有效容量系数0.493。
本例中假定5个子系统的调峰成本相同，因此此处设为1。
线路/断面1的输送功率极限为400万千瓦，线路/断面2的输送功率极限为300万千瓦，线路/断面3的输送功率极限为200万千瓦，线路/断面4的输送功率极限为100万千瓦。
(2)被研究系统的总调峰成本最低为目标函数，即：
min(E1·C1+E2·C2+E3·C3+E4·C4+E5·C5)
式中，C1,C2,C3,C4,C5为子系统1,2,3,4,5的单位调峰成本，此处都为1；E1,E2,E3,E4,E5为子系统1,2,3,4,5的有效容量。
(3)建立的数学模型考虑的约束如下：
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002699498600000061
为：
Figure BDA0002699498600000062
式中，
Figure BDA0002699498600000063
为子系统n接入的新能源第i时刻的实际出力；
Figure BDA0002699498600000064
为子系统n第i时刻风电的理论功率。n为1,2,3,4,5；i为1,2,3,…,8760。
弃电率约束：
Figure BDA0002699498600000065
节点功率平衡约束：
Figure BDA0002699498600000066
式中，
Figure BDA0002699498600000067
为子系统n第i时刻的输入功率之和；
Figure BDA0002699498600000068
为子系统n第i时刻的输出功率之和。n为1,2,3,4,5；i为1,2,3,…,8760。
线路/断面传输功率约束：
Figure BDA0002699498600000069
式中，
Figure BDA00026994986000000610
为第i时刻第l条线路/断面的输送功率；Ll为第i时刻第l条线路/断面的输送功率极限。l为1,2,3,4；L1,L2,L3,L4分别为400,300,200,100万千瓦。
(4)求解上述建立的数学模型，得到计算结果如下：
子系统1～5风电有效容量分别为423、429、453、628、1416万千瓦，对应的有效容量系数(有效容量/装机容量)分别为0.394、0.296、0.324、0.405、0.472。全系统风电的有效容量为3359万千瓦，有效容量系数为0.472。若不考虑网架约束，全系统的有效容量为3230万千瓦，有效容量系数为0.38。由此可见，考虑网架约束后对计算结果有较大影响，本方法更符合实际情况。
此外，求解模型还可得到每一时刻各系统新能源弃电量及线路/断面的交换功率。
本发明第二个目的是提供一种考虑网架约束的新能源有效容量计算系统，包括：
采集模块，采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；
数学模型建立模块，用于系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型，
计算求解模块，用于通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。
本发明的另一目的在于提出考虑网架约束的新能源有效容量计算的设备，包括：
存储器，
处理器，
所述处理器被配置为：执行所述的考虑网架约束的新能源有效容量计算方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器执行时，使得处理器能够执行考虑网架约束的新能源有效容量计算方法。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种考虑网架约束的新能源有效容量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；
系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型；
通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。
2.根据权利要求1所述的考虑网架约束的新能源有效容量计算方法，其特征在于，所述目标函数为：
Figure FDA0002699498590000011
式中，Cn为子系统n的单位调峰成本；En为子系统n的有效容量。
3.根据权利要求1所述的考虑网架约束的新能源有效容量计算方法，其特征在于，考虑的约束如下：
子系统n第i时刻的弃电量
Figure FDA0002699498590000012
为：
Figure FDA0002699498590000013
式中，
Figure FDA0002699498590000014
为子系统n接入的新能源第i时刻的实际出力；
Figure FDA0002699498590000015
为子系统n第i时刻新能源的理论功率；
弃电率约束：
Figure FDA0002699498590000016
式中，η为全系统要求的弃电率；
节点功率平衡约束：
Figure FDA0002699498590000017
式中，
Figure FDA0002699498590000018
为子系统n第i时刻的输入功率之和；
Figure FDA0002699498590000019
为子系统n第i时刻的输出功率之和；
线路/断面传输功率约束：
Figure FDA0002699498590000021
式中，
Figure FDA0002699498590000022
为第i时刻第l条线路/断面的输送功率；Ll为第i时刻第l条线路/断面的输送功率极限。
4.根据权利要求1所述的考虑网架约束的新能源有效容量计算方法，其特征在于，所述新能源为风电或光伏。
5.一种考虑网架约束的新能源有效容量计算系统，其特征在于，包括：
采集模块，采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、子系统调峰成本；
数学模型建立模块，用于系统总成本由各子系统成本之和构成，以全系统调峰成本最小构建目标函数；考虑弃电率约束、线路/断面传输能力约束建立数学模型，
计算求解模块，用于通过单纯形法计算求解，得到最优的系统有效容量。
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