CN114123240B - 新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质 - Google Patents

新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质，该方法包括：根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。本发明可以得到在满足系统频率约束下，考虑直流参与频率调制，新能源接入压常规机组出力的系统运行方式中，不同功率缺额下新能源承载能力计算方法，进而能够准确评估不同电网运行状态可接纳的最大新能源发电量，在保证电网安全性的前提下提高新能源的消纳水平，有利于维护电力系统的稳定性。

Description

新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质。
背景技术
随着电力系统的发展，电网中风电、光伏等新能源接入总量进一步增大，火电、水电等常规电源占比进一步降低，导致旋转惯量水平下降，系统频率更加难以保持稳定。电力系统频率稳定是以系统有功功率的平衡为前提的。系统正常运行时，系统所消耗的有功功率，包括网损与系统的总出力相等。当系统有功功率平衡被破坏时，各发电机组的转速以及相应的频率就要发生变化。因此，电力系统运行的重要任务之一，就是通过调整保持频率的偏移在允许的范围之内。
然而，随着特高压交直流电网快速发展，特高压直流馈入的规模在不断提高。而现有技术在调整频率时采用的新能源承载能力，往往只针对小规模新能源接入的情况，缺乏对直流参与频率控制的研究。因此，为了支撑新能源更大规模的接入，亟需一种在新能源接入压常规机组出力方式下直流参与频率控制的新能源承载能力计算方法，以在系统接入新能源后压常规机组出力方式下，考虑直流的频率控制效果，为维护电力系统频率稳定提供条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质，以解决现有的新能源承载能力计算方法没有考虑直流参与频率控制的情况，进而无法有效维护电力系统频率的稳定的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种新能源承载能力计算方法，包括：
根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；
确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。
进一步，作为优选地，所述根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程，包括：
Ploss＝Pload-f+Pload-cut+Pg-r+Pdc；
式中，Ploss表示故障后电网功率缺额，Pload-f表示系统频率变化时的负荷变化量，Pload-cut表示系统允许的切负荷量，Pg-r表示直流可控量，Pdc表示系统发电机可调出的旋转备用容量。
进一步，作为优选地，所述确定约束条件，包括：
Pg-new＜Pg-tr-Pg-tr-min；
式中，Pg-new表示新能源的承载能力，Pg-tr表示发电机实际出力，Pg-tr-min表示常规机组最小技术出力。
进一步，作为优选地，所述利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力，包括：
当Ploss≤Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-Pg-tr-min；
当Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-(Ploss-Pload-f-Pload-cut-Pdc)/n％；
当Pg-tr+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，系统无新能源承载能力。
本发明还提供一种新能源承载能力计算装置，包括：
平衡方程构建单元，用于根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；
承载能力计算单元，用于确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。
进一步，作为优选地，所述平衡方程构建单元，用于构建系统有功平衡方程，包括：
Ploss＝Pload-f+Pload-cut+Pg-r+Pdc；
式中，Ploss表示故障后电网功率缺额，Pload-f表示系统频率变化时的负荷变化量，Pload-cut表示系统允许的切负荷量，Pg-r表示直流可控量，Pdc表示系统发电机可调出的旋转备用容量。
进一步，作为优选地，所述承载能力计算单元，用于确定约束条件，包括：
Pg-new＜Pg-tr-Pg-tr-min；
式中，Pg-new表示新能源的承载能力，Pg-tr表示发电机实际出力，Pg-tr-min表示常规机组最小技术出力。
进一步，作为优选地，所述承载能力计算单元，用于利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力，包括：
当Ploss≤Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-Pg-tr-min；
当Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-(Ploss-Pload-f-Pload-cut-Pdc)/n％；
当Pg-tr+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，系统无新能源承载能力。
本发明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任一项所述的新能源承载能力计算方法。
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时实现如上任一项所述的新能源承载能力计算方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种新能源承载能力计算方法、装置、终端设备及存储介质，该方法包括：根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。
本发明提供的新能源承载能力计算方法，可以得到在满足系统频率约束下，考虑直流参与频率调制，新能源接入压常规机组出力的系统运行方式中，不同功率缺额下新能源承载能力计算方法，进而能够准确评估不同电网运行状态可接纳的最大新能源发电量，在保证电网安全性的前提下提高新能源的消纳水平，有利于维护电力系统的稳定性。
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新能源承载能力计算方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的直流功率紧急提升和切等量负荷下系统电网频率特性示意图；
图3是本发明某一实施例提供的直流双极闭锁后系统频率变化曲线示意图；
图4是本发明某一实施例提供的新能源承载能力计算装置的结构示意图；
图5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新能源承载能力计算方法。如图1所示，该新能源承载能力计算方法包括步骤S10至步骤S20，各步骤的内容具体如下：
S10、根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；
S20、确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。
需要说明的是，现有的新能源承载能力计算方法通常只适用于小规模接入新能源的情况，因此为了支撑新能源更大规模的接入，本发明提供的新能源承载能力计算方法主要考虑了在新能源接入压常规机组出力方式下直流参与频率控制的情形，并考虑直流的频率控制效果。
具体地，在执行步骤S10之前，首先要计算这五个参数，即故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，然后在执行步骤S10时，根据这五个参数构建出系统有功平衡方程。
在某一个具体实施方式中，该系统有功平衡方程的表达式为：
Ploss＝Pload-f+Pload-cut+Pg-r+Pdc；
式中，Ploss表示故障后电网功率缺额，Pload-f表示系统频率变化时的负荷变化量，Pload-cut表示系统允许的切负荷量，Pg-r表示直流可控量，Pdc表示系统发电机可调出的旋转备用容量。
需要说明的是，Ploss可以由电网运行方式和故障形式确定；Pload-f通常取系统频率从50Hz下降至49Hz时对应的负荷变化量；Pload-cut通常取电网总负荷的一定百分比；Pg-r按照发电机(除新能源机组外)实际出力Pg-tr的n％考虑，且直流功率提升的作用效果基本与切等量负荷相同。
进一步地，在执行步骤S20时，首先确定系统的约束条件，随着新能源机组出力的不断增大，常规机组出力不断减少，但常规机组出力不能无限制降低，当降低至常规机组最小技术出力Pg-tr-min时，常规机组将无法再压减出力，即存在如下式所示的约束表达式：
Pg-new＜Pg-tr-Pg-tr-min；
式中，Pg-new表示新能源的承载能力，Pg-tr表示发电机实际出力，Pg-tr-min表示常规机组最小技术出力。
最后，当确定好约束条件时，即可利用步骤S10构建的有功平衡方程和约束条件，计算不同功率缺额下新能源承载能力，主要包括以下几种情况：
1)当Ploss≤Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-Pg-tr-min；
2)当Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-(Ploss-Pload-f-Pload-cut-Pdc)/n％；
3)当Pg-tr+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，系统无新能源承载能力。
综上，通过步骤S10和S20，就能够得到在新能源接入压常规机组出力方式下直流参与频率控制的新能源承载能力计算方法。
本发明实施例提供的新能源承载能力计算方法，通过建立不同故障导致的功率缺额下新能源接入水平与频率约束边界之间的对应关系，在确保频率稳定性的前提下，准确评估不同电网运行状态可接纳的最大新能源发电量，在保证电网安全性的前提下提高新能源的消纳水平，使新能源资源得到充分利用，同时有利于维护电力系统的稳定性。
为了帮助更好地理解本发明提供的方法，在某一具体实施例中，以某区域电网2023年枯平的大方式为例，计算基于频率约束的区域电网新能源承载能力。
具体地，首先计算故障后，分别采用直流功率紧急提升和切等量负荷手段下系统电网的频率特性。如图2所示，针对改善区域电网频率稳定的效果，直流功率提升的作用效果基本与切等量负荷相同。
具体地，计算频率约束的区域电网新能源承载能力包括以下步骤：
(1)获取2023年枯平的大方式下区域电网负荷总量13000万千瓦，常规电源初始出力Pg-tr为10000万千瓦。
(2)考虑严重故障即一回特高压直流双极闭锁，此时Ploss＝750万千瓦；系统频率从50Hz下降至49Hz时对应的Pload-f＝150万千瓦；系统允许的切负荷量Pload-cut＝450万千瓦；系统可控制流量Pg-r＝50万千瓦，系统发电机可调出的旋转备用容量Pdc＝3000万千瓦，n取值为3。
(3)计算系统约束，Pg-tr-min＝10000*50％＝5000万千瓦。符合上述实施例中步骤S20中的系统约束条件。
(4)计算华中新能源承载能力：
Pg-new＝Pg-tr-(Ploss-Pload-f-Pload-cut-Pdc)/n％；
＝10000-(750-150-450-50)/3％＝6667万千瓦；
综上所述，在2023年枯平的大基础方式下，依据公式推导出的区域电网新能源承载能力，将常规电源出力压低至2333万千瓦，并增加6667万千瓦新能源，得到新能源接入后的电网运行方式。在新的运行方式下，校核直流双极闭锁，采取切负荷450万的控制措施，得到系统频率仿真曲线，如图3所示。通过本实施例可以说明本发明提供的新能源承载能力计算方法能够实现准确评估不同电网运行状态可接纳的最大新能源发电量，在保证电网安全性的前提下提高新能源的消纳水平，使新能源资源得到充分利用的效果。
请参阅图4，本发明某一实施例还提供一种新能源承载能力计算装置，包括：
平衡方程构建单元01，用于根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；
承载能力计算单元02，用于确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力。
在某一具体实施例中，平衡方程构建单元01，用于构建系统有功平衡方程，包括：
Ploss＝Pload-f+Pload-cut+Pg-r+Pdc；
式中，Ploss表示故障后电网功率缺额，Pload-f表示系统频率变化时的负荷变化量，Pload-cut表示系统允许的切负荷量，Pg-r表示直流可控量，Pdc表示系统发电机可调出的旋转备用容量。
在某一具体实施例中，承载能力计算单元02，用于确定约束条件，包括：
Pg-new＜Pg-tr-Pg-tr-min；
式中，Pg-new表示新能源的承载能力，Pg-tr表示发电机实际出力，Pg-tr-min表示常规机组最小技术出力。
在某一具体实施例中，承载能力计算单元02，用于利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力，包括：
当Ploss≤Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-Pg-tr-min；
当Pg-tr-min+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，新能源的承载能力为：
Pg-new＝Pg-tr-(Ploss-Pload-f-Pload-cut-Pdc)/n％；
当Pg-tr+(Pload-f+Pload-cut)/n％≤Ploss时，系统无新能源承载能力。
可以理解的是，本发明实施例提供的新能源承载能力计算装置用于执行如上述任意一项实施例所述的新能源承载能力计算方法。本发明实施例通过建立不同故障导致的功率缺额下新能源接入水平与频率约束边界之间的对应关系，在确保频率稳定性的前提下，准确评估不同电网运行状态可接纳的最大新能源发电量，在保证电网安全性的前提下提高新能源的消纳水平，使新能源资源得到充分利用，同时有利于维护电力系统的稳定性。
请参阅图5，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新能源承载能力计算方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的新能源承载能力计算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-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，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新能源承载能力计算方法，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，还提供一种包括计算机程序的计算机可读存储介质，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的新能源承载能力计算方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括计算机程序的存储器，上述计算机程序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新能源承载能力计算方法，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 (4)

1.一种新能源承载能力计算方法，其特征在于，包括：
根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；其中，所述系统有功平衡方程，具体公式为：；式中，/>表示故障后电网功率缺额，/>表示系统频率变化时的负荷变化量，/>表示系统允许的切负荷量，/>表示直流可控量，/>表示系统发电机可调出的旋转备用容量；
确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力；其中，所述约束条件，具体公式为：；式中，/>表示新能源的承载能力，/>表示发电机实际出力，/>表示常规机组最小技术出力；
所述不同功率缺额下新能源承载能力，具体表达式为：
当时，新能源的承载能力为：；其中，n%为/>对/>的比值；
当时，新能源的承载能力为：；
当时，系统无新能源承载能力。
2.一种新能源承载能力计算装置，其特征在于，包括：
平衡方程构建单元，用于根据故障后电网功率缺额、系统频率变化时的负荷变化量、系统允许的切负荷量、直流可控量以及系统发电机可调出的旋转备用容量，构建系统有功平衡方程；其中，所述系统有功平衡方程，具体公式为：；式中，/>表示故障后电网功率缺额，表示系统频率变化时的负荷变化量，/>表示系统允许的切负荷量，/>表示直流可控量，/>表示系统发电机可调出的旋转备用容量；
承载能力计算单元，用于确定约束条件，利用所述有功平衡方程和约束条件计算不同功率缺额下新能源承载能力；其中，所述约束条件，具体公式为：；式中，/>表示新能源的承载能力，/>表示发电机实际出力，/>表示常规机组最小技术出力；
所述不同功率缺额下新能源承载能力，具体表达式为：
当时，新能源的承载能力为：；其中，n%为/>对/>的比值；
当时，新能源的承载能力为：；
当时，系统无新能源承载能力。
3.一种终端设备，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所述的新能源承载能力计算方法。
4.一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时实现如权利要求1所述的新能源承载能力计算方法。
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