CN113489069A - 高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法及系统，该方法包括：获取调峰平衡评估的边界条件，边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；根据边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。本发明能够针对对地区电网可再生能源电力系统调峰平衡问题，进行直观、有效的定量评估，进而提高评估结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行规划与评估技术领域，尤其涉及一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法及系统。
背景技术
风电和光伏是当前技术中最为成熟的可再生能源发电技术，随着风电、光伏发电等可再生能源大规模的并网接入，给电力需求侧响应、电力调度以及电网的安全稳定运行带来了极大的影响。
当前，我国光伏、风电等清洁能源保持着迅猛发展的态势，但是由于受到电网自身调控能力、负荷需求等问题的限制，部分地区存在较为严重的“弃光弃水弃风”现象，制约了我国清洁能源的发展速度。现有技术中，虽然有针对可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，但该方法仅仅是将计算得到的可再生能源发电总量、可再生能源利用小时数、可再生能源上网电量和可再生能源弃电比例后与预设的标准值进行比较后再相应调整，其评价指标过于简单，评估体系不够完善，评估结果受人为因素影响较大，缺乏科学客观的评估指标，从而难以对高比例可再生能源电力系统的调峰效果进行有效评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法及系统，以解决现有技术中难以对高比例可再生能源电力系统的调峰效果进行有效评估的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，包括：
获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
作为优选地，所述聚类的方法包括模糊C均值聚类算法。
作为优选地，所述多场景时序分布模型，包括：
月负荷曲线场景模型及月风电出力曲线场景模型；其中，
所述月负荷场景模型为预测月中典型日负荷预测曲线的集合；
所述月风电出力场景模型为预测月中典型日内风电出力曲线的集合。
作为优选地，所述高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，还包括：利用聚类数组的时间序列，对每个聚类中心划分相应的隶属度，并用{0,1}之间的任意数值表示隶属关系。
作为优选地，所述调峰平衡评估指标包括系统调频能力充裕度，所述系统调频能力充裕度的计算公式为：
式中，βf为系统调频能力充裕度，
为系统调频能力，
为系统调频需求，即净负荷的分钟级波动值。
作为优选地，所述调峰平衡评估指标包括系统调峰能力充裕度，所述系统调峰能力充裕度的计算公式为：
式中，βp为系统调峰能力充裕度，
为系统调峰能力，
为系统调峰需求，Pie和Pi,min分别为机组i的额定出力和最小技术出力，NG为系统中可调度的发电机组数目；Preserve是负荷高峰时期的选择备用容量，NPmax和NPmin分别是净负荷最大值与最小值。
本发明还提供一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估系统，包括：
边界条件获取单元，用于获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
时序分布模型构建单元，用于根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
评估指标体系构建单元，用于根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
调峰平衡评估单元，用于在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
作为优选地，所述聚类的方法包括模糊C均值聚类算法。
本发明还提供一种计算机终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过调峰平衡评估指标体系对电力系统的调峰平衡做出更为客观、准确、定量的描述与评估，减少了人为因素对评估结果的影响，能够更加准确、科学地辅助对区域电网健康发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估系统的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，包括以下步骤：
S10、获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
在进行调峰平衡判断之前需要确定边界条件，其中，负荷预测曲线与风电处理曲线均为全年曲线，通过已有成熟的负荷预测与风电模拟技术，根据负荷的历史数据与风电的特征参数得到，用于后续多场景时序分布模型的生成；机组装机规划与机组运行参数用于确定机组的出力可调范围，用于计算各机组的调峰率，机组装机规划包括火电机组、热点机组、水电机组等机组的额定容量；机组运行参数包括针对不同机组根据实际情况所设置的具体参数，如火电机组的最大、最小技术出力，火电机组的出力可调范围为最小技术出力至最大技术出力；热点机组提供热期的出力上下限与热点机组非供热期的出力上下限，在供热期需带热负荷运行，热点机组为必开机组，其调峰率会受到热负荷的限制，因此，热点机组可调范围为该月的出力上下限；在非供热期的运行方式可以参考火电机组。
S20、根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
具体的，所述数据聚类采用模糊C均值聚类算法，
每组时间序列针对每个聚类中心都有相应的隶属度，用{0,1}之间的任意数值来表示隶属关系，每一个地区的负荷数据以及风电功率数据都划分到多个场景中，所述多场景时序分布模型包括：
月负荷曲线场景模型，所述月负荷场景模型为预测得到的该月各负荷水平的典型日负荷预测曲线的集合；
月风电出力曲线场景模型，所述月风电出力场景模型为通过模拟得到的该月各日内风电出力的可能情况的典型日内风电出力曲线的几何。
根据各月的月负荷曲线场景模型与月风电出力曲线场景模型内不同的负荷曲线与风电出力曲线，两两组合得到各月的“负荷-风电出力”组合场景，以构成月组合场景模型，用于调峰平衡的判断与分析。
S30、根据获取的多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
这一步中，主要考虑高比例可再生能源的影响因素，开展系统调峰需求和供给分析，确定调峰平衡评估指标，进而构建调峰平衡评估指标体系；
其中，所述调峰平衡评估指标包括：系统调频能力充裕度和系统调峰能力充裕度；其中，所述系统调频能力充裕度的计算公式为：
上式中，βf为系统调频能力充裕度，
为系统调频能力，
为系统调频需求，即净负荷的分钟级波动值；
所述系统调峰能力充裕度计算公式为：
上式中，βp为系统调峰能力充裕度，
为系统调峰能力，
为系统调峰需求，Pie和Pi,min分别为机组i的额定出力和最小技术出力，NG为系统中可调度的发电机组数目；Preserve是负荷高峰时期的选择备用容量，NPmax和NPmin分别是净负荷最大值与最小值。
当βp的值大于设定的临界值时，表示系统的调峰能力能够满足调峰需求，系统消纳可再生能源能力较强，当βp小于设定的临界值时，表示系统有调峰压力，电网可能面临弃风弃光或者深度调峰和启停调峰，反映了系统消纳的可再生能源量已经过饱和。
根据电网可消纳的高比例再生能源指标，所述调峰平衡评估指标还可以包括中期指标，即系统平均调峰充裕度、系统平均调峰能力和系统平均调峰需求；
其中，所述系统平均调峰充裕度的计算公式为：
上式中，
为系统平均调峰充裕度，
为系统平均调峰能力，
为系统平均调峰需求；
其中，所述系统平均调峰能力的计算公式为：
上式中，Pie和Pi,min分别为机组i的额定出力和最小技术出力，水电最小技术出力随来水情况不断变化，这里取平均值即可；MG为系统中可运行的发电机组数目，可运行的发电机组机组是由所有装机的电源减去检修计划的机组之后得出的。
其中，所述系统平均调峰需求包括负荷峰谷差引起的调峰需求、负荷高峰时期的旋转备用部分的负荷备用容量和考虑风光出力聚合的新增调峰需求，其计算公式如下：
其中，ΔPj，load为系统在第j天的负荷峰谷差，N为统计时间尺度，Preserve为负荷高峰时期的旋转备用部分，是考虑风光出力聚合的新增调峰需求，
为可再生能源的装机容量，λ为修正系数，一般认为可再生能源装机容量为新增调峰需求，但是由于可再生能源的聚合效应，新增调峰需求会小于可再生能源装机容量，且可再生能源装机越大修正系数越小。
S40、在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
在本实施例中，以评估某省夏季电务可再生能源的调峰平衡指标，计算该省电网在当前可再生能源出力的水平下的调频能力充裕度和调峰能力充裕度两个指标。在此基础上，对高比例再生能源的调峰平衡情况做出一个客观定量的评估，用于反映该省电网调峰平衡的变化情况。参照具体实施，如表1所示：
表1不同机组类型下的评价调峰深度占比情况
进一步地，结合表1，利用本发明调峰平衡评估方法对其进行指标评估，能够输出研究对象在典型日的调峰平衡评估结果。并且，上述表1仅仅为本发明示例性实施例之一，本领域技术人员能够运用本发明调峰平衡评估方法因地制宜的结合不同实施环境得出实施结果，不能用以限制本发明的保护范围。
本发明实施例通过调峰平衡评估指标体系对电力系统的调峰平衡做出更为客观、准确、定量的描述与评估，减少了人为因素对评估结果的影响，能够更加准确、科学地辅助对区域电网健康发展。
请参阅图2，本发明某一实施例还提供一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估系统，包括：
边界条件获取单元01，用于获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
时序分布模型构建单元02，用于根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
评估指标体系构建单元03，用于根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
调峰平衡评估单元04，用于在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
在某一实施例中，所述聚类的方法包括模糊C均值聚类算法。
请参阅图3，本发明某一实施例还提供一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，包括：
获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
2.根据权利要求1所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，所述聚类的方法包括模糊C均值聚类算法。
3.根据权利要求1所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，所述多场景时序分布模型，包括：
月负荷曲线场景模型及月风电出力曲线场景模型；其中，
所述月负荷场景模型为预测月中典型日负荷预测曲线的集合；
所述月风电出力场景模型为预测月中典型日内风电出力曲线的集合。
4.根据权利要求2所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，还包括：利用聚类数组的时间序列，对每个聚类中心划分相应的隶属度，并用{0,1}之间的任意数值表示隶属关系。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，所述调峰平衡评估指标包括系统调频能力充裕度，所述系统调频能力充裕度的计算公式为：
式中，βf为系统调频能力充裕度，
为系统调频能力，
为系统调频需求，即净负荷的分钟级波动值。
6.根据权利要求5所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法，其特征在于，所述调峰平衡评估指标还包括系统调峰能力充裕度，所述系统调峰能力充裕度的计算公式为：
式中，βp为系统调峰能力充裕度，
为系统调峰能力，
为系统调峰需求，Pie和Pi,min分别为机组i的额定出力和最小技术出力，NG为系统中可调度的发电机组数目；Preserve是负荷高峰时期的选择备用容量，NPmax和NPmin分别是净负荷最大值与最小值。
7.一种高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估系统，其特征在于，包括：
边界条件获取单元，用于获取调峰平衡评估的边界条件，所述边界条件包括负荷预测曲线、风电出力曲线、机组装机规划及机组运行参数；
时序分布模型构建单元，用于根据所述边界条件，对拟评估周期内目标地区电网高比例可再生能源出力数据聚类，得到高比例可再生能源出力的多场景时序分布模型；
评估指标体系构建单元，用于根据多个调峰平衡评估指标，构建调峰平衡评估指标体系；
调峰平衡评估单元，用于在不同场景下运用所述调峰平衡评估指标体系对所述多场景时序分布模型进行评估，并输出调峰平衡评估结果。
8.根据权利要求7所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估系统，其特征在于，所述聚类的方法包括模糊C均值聚类算法。
9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至6任一项所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至6任一项所述的高比例可再生能源电力系统的调峰平衡评估方法。
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