CN114583762A - 一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，属于电力规划决策技术领域。包括：S1、获取电力系统各分区的系统参数、电源参数和电负荷参数；S2、以电力系统各分区为单元，进行同类电源聚合；S3、建立容量平衡模型，确定各分区火电开机容量；S4、建立多电源功率分配模型，确定各分区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。本发明能够对含内部断面、外部联络线，以及火电、水电、抽水蓄能、风光新能源等电源的省区级电力系统，以日为周期并考虑时段耦合，以内部各区火电的均衡调度为原则，实现了各区火电开机容量、各类电源发电功率和系统电力不平衡量的确定，能够实现日电力电量的平衡调度。
Description
技术领域
本发明属于电力规划决策技术领域，具体涉及一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法。
背景技术
在电力系统中，电力电量平衡分析是电力系统规划和运行的重要工作。当前，随着“3060碳目标”的提出，电力系统中风电、光伏等间歇性、波动性电源占比的不断增加，电力系统平衡问题越来越突出。
一方面，为了应对故障和负荷波动，系统需要有充足的可调容量以保证电力系统的安全稳定，但内部输电断面的存在将电力系统分为多个分区，不同分区之间可调容量的支援会受到断面输电容量的限制，结合当前大多数省级电力系统中调度部门对各分区开机和发电采用等比例调度的现状，带来了多分区火电均衡调度问题。另一方面，为了避免净负荷低谷时段的电力过剩，火电需要压低负荷率至基本负荷率以下，这带来了火电的深度调峰问题。此外，抽水蓄能电站等储能在消纳净负荷低谷时段的过剩电力方面发挥了重要作用，多类型电源的协同配合成为电力电量平衡分析重要问题。
因此，就需要一种考虑省级电力系统内部多分区火电均衡调度、火电深度调峰、多类型电源的协同配合以及多时段耦合的日电力电量平衡分析方法。
经检索，未发现有与本申请一致或类似的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，能够在考虑电力系统内部多分区火电均衡调度、火电深度调峰、多类型电源的协同配合以及多时段耦合的情况下实现日电力电量平衡调度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，包括：
S1、获取电力系统各分区的系统参数、电源参数和电负荷参数；
S2、以电力系统各分区为单元，进行同类电源聚合；
S3、建立容量平衡模型，确定各分区火电开机容量；
S4、建立多电源功率分配模型，确定各分区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
进一步的，其特征在于：步骤S1中电源参数根据电源类型分别获取，所述电源类型包括纯凝火电、供热火电、水电、抽水蓄能。
进一步的，其特征在于：步骤S2在进行电源聚合时：
纯凝火电的聚合参数包括装机容量和最小开机容量；
供热火电的聚合参数包括开机容量；
水电的聚合参数包括装机容量和日发电量；
抽水蓄能的聚合参数包括抽水容量、发电容量、最大储能量和效率。
进一步的，步骤S3所建立的容量平衡模型考虑多分区火电均衡调度，包括均衡开机引导项、深度调峰惩罚项、可调容量不足惩罚项和电力不平衡惩罚项。
进一步的，步骤S3所建立的容量平衡模型的约束条件包括各类电源运行边界约束、内部断面送电边界约束、系统电力平衡约束及系统容量需求约束。
进一步的，步骤S4所建立的多电源功率分配模型考虑多分区火电均衡调度，包括均衡发电引导项、深度调峰惩罚项和电力不平衡惩罚项。
进一步的，步骤S4所建立的多电源功率分配模型的约束条件包括各类电源运行边界约束、内部断面送电边界约束及系统电力平衡约束。
随着风电、光伏发电等新能源的大规模接入电网，其强随机性、波动性对电网的安全稳定运行带来了很大影响，电网调峰调频问题变得突出。目前电网的调度方式多是考虑在某一时间尺度内电网及机组运行约束条件下能够达到最经济化运行，从本质上看是保证发电机组运行成本最小的负荷优化分配问题。现有技术在建立调度模型时，一般以各时段发电机组成本最小化为目标函数，以用电负荷平衡约束、机组出力约束、机组启停时间约束等作为限制条件，通过求解一个数学规划模型，得到某时间尺度内各时段的机组出力计划。如专利文献CN113852140A、CN112508401A等就采用类似模式。
但现有技术针对电网的调度，多仅考虑单一区段电网的调度问题。但电网是由多个区段连接而成，相邻区段之间可能会通过联络线输送电能，因此，针对大范围电网的调度，就需要考虑多区段的电能输送，考虑区段之间的平衡。
如专利文献CN109449988A提出的一种大规模新能源发电并网的电力系统逐日仿真模拟方法，其在设置模型的约束调节时，就考虑了分区之间断面的潮流约束。该专利文件考虑大规模新能源发电并网的情况，但当前阶段，我国特别是北方，火电机组在装机容量上占有很大比例，这种电源结构决定了火电机组仍然是电网调峰调频的主力，因此，解决我国电网调峰调频问题仍要以火电调度为基础。
在这种情况下，本申请人基于省区级规模电网的调度需求，综合考虑新能源、水电、抽水蓄能电站的接入，提出考虑多分区的火电均衡调度分析方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明针对含内部断面、外部联络线，以及火电、水电、抽水蓄能、风光新能源等电源的省区级电力系统，以内部分区为单元，进行同类电源的聚合；建立了考虑多分区火电均衡调度的容量平衡模型，以均衡开机引导项、深度调峰惩罚项、容量不足惩罚项、电力不平衡惩罚项之和最小为目标，以各类电源运行边界、内部断面送受电边界、系统电力平衡、系统容量需求为约束，确定了各区火电开机容量；以各区火电开机容量为依据，建立了考虑多分区火电均衡调度的多电源功率分配模型，确定了各区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
本发明能够对含内部断面、外部联络线，以及火电、水电、抽水蓄能、风光新能源等电源的省区级电力系统，以日为周期并考虑时段耦合，以内部各区火电的均衡调度为原则，实现了各区火电开机容量、各类电源发电功率和系统电力不平衡量的确定，从而实现日电力电量的平衡调度。
本发明能够帮助电力系统相关部门对含内部断面、外部联络线，以及火电、水电、抽水蓄能、风光新能源等电源的省区级电力系统进行电力电量平衡分析，辅助决策人员进行电力规划决策。
在利用本发明辅助进行调度时，能够充分发挥水电的削峰作用和抽水蓄能的削峰填谷作用，在净负荷尖峰时段，水电发电和抽水蓄能发电，在净负荷低谷时段抽水蓄能耗电抽水。
本发明能够合理协调电网内部的水火等多种电源类型，实现对火电的均衡调度，能够提高电网系统运行的稳定性，降低电网运行成本，促进可再生能源的消纳。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1：本发明的流程图；
图2：本发明实施例2测试系统各分区、断面及联络线情况示意图；
图3：本发明实施例2测试系统各分区外部联络线的功率曲线；
图4：本发明实施例2测试系统各分区风电出力曲线；
图5：本发明实施例2测试系统各分区光伏出力曲线；
图6：本发明实施例2测试系统各分区电负荷曲线；
图7：本发明实施例2水电削峰作用示意图；
图8：本发明实施例2抽蓄削峰填谷作用示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1：
参阅图1，本实施例的目的是提供一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，所述方法包括：
步骤S1，获取电力系统各分区的系统参数、电源参数和电负荷参数。
目前的电力系统内部由于输电断面的存在，将电力系统分割为多个分区。本步骤获取电力系统内部分区数目、各分区间的断面容量、各分区的外部联络线等相关系统参数，获取各分区所接入的火电、水电、抽水蓄能、风光等电源的相关技术参数，获取各分区分析日内各时段的电负荷。
根据所述外部联络线的功率信息，确定各分区所关联的外部联络线的功率曲线图。
火电按纯凝火电(纯凝式火电机组)和供热火电(热电联产机组)进行分类，纯凝火电获取装机容量、最小开机容量和最小出力率(最小发电功率占开机容量比例)等指标，供热火电获取开机容量、可调出力率(最大发电功率占开机容量比例)和最小出力率(最小发电功率占开机容量比例)等指标。
水电获取装机容量和发电量等指标，抽水蓄能获取抽水容量、发电容量、最大储能量和抽水效率(储能增量与抽水耗电量的比率)等指标。
风光等出力具有波动的新能源电源，获取各自的出力曲线。
步骤S2，以电力系统各分区为单元，进行同类电源聚合。
本步骤使用同类电源聚合的方法，以电力系统各分区为单元，进行同类电源的聚合。
各分区内纯凝火电的聚合参数由公式(1)获取，其中
为分区i纯凝火电装机容量；
为分区i纯凝火电机组装机台数；
为分区i纯凝火电机组编号；
为编号为
的纯凝火电机组容量；
为分区i纯凝火电最小开机容量；
为分区i必须开机的纯凝火电机组编号；
为编号为
的必须开机的纯凝火电机组容量。
各分区内供热火电的聚合参数由公式(2)获取，其中
为分区i供热火电开机容量；
为分区i供热火电机组开机台数；
为分区i供热火电开机机组编号；
为编号为
的供热火电机组容量。
各分区内水电的聚合参数由公式(3)获取，其中
为分区i水电装机容量；
为分区i水电机组装机台数；
为分区i水电机组编号；
为编号为
的水电机组容量；
为分区i水电日发电量；
为编号为
的水电机组日发电量。
各分区内抽水蓄能的聚合参数由公式(4)获取，其中
分别为分区i抽水蓄能电站抽水容量、发电容量、最大储能量、效率(储能增量与抽水耗电量的比率，抽水和发电损失均折合到抽水上，发电效率按1计算)；
为分区i抽水蓄能电站数量；
为分区i抽水蓄能电站编号；
分别为编号为
的抽水蓄能电站抽水容量、发电容量、最大储能量、效率。
步骤S3，建立容量平衡模型，确定各分区火电开机容量。
所建立的容量平衡模型考虑多分区火电均衡调度，由均衡开机引导项、深度调峰惩罚项、可调容量不足惩罚项和电力不平衡惩罚项组成。公式(5)为其目标函数，其中
为分区i在t时段的均衡开机引导项；
为分区i在t时段的深度调峰惩罚项；
为t时段的可调容量不足惩罚项；
为分区i在t时段的电力不平衡惩罚项；T为分析日的时间段数，I为分区的集合。
均衡开机引导项由公式(6)获取，其中
为分区i纯凝火电的均衡开机引导系数，数值由人为设置，需要满足在给定时段t任意分区ix、iy的
都相等；
为分区i在t时段的纯凝火电开机容量，为待求量。
深度调峰惩罚项由公式(7)获取，其中
为分区i在t时段的深度调峰惩罚项；K为深度调峰的档位数；
分别为纯凝火电和供热火电的深度调峰惩罚系数；
分别为分区i在t时段的纯凝火电和供热火电在第k档的深度调峰功率；
分别为纯凝火电和供热火电第k档的深度调峰下限负荷率，当k＝1时，
即
分别为纯凝火电和供热火电的基本调峰下限负荷率；
分别为分区i在t时段的纯凝火电和供热火电的发电功率。
可调容量不足惩罚项由公式(8)获取，其中
为分区i在t时段的可调容量不足惩罚项；MR为可调容量不足惩罚系数；
为分区i在t时段的可调容量不足量；
全系统的可调容量不足量。
电力不平衡惩罚项由公式(9)获取，其中
为分区i在t时段的电力不平衡惩罚项；MP+、MP-分别为电力过剩和电力不足惩罚系数；
分别为分区i在t时段的电力过剩功率和电力不足功率。
所建立容量平衡模型的约束条件包括纯凝火电、供热火电、水电和抽水蓄能等各类电源运行边界约束，内部断面送电边界约束，系统电力平衡约束，以及系统容量需求约束。
纯凝火电运行边界约束为公式(10)，其中
为分区i纯凝火电最小出力率；在分析日内，任意两时刻tm、tn的纯凝火电开机容量相等。
供热火电运行边界约束为公式(11)，其中
为分区i供热火电最小出力率；
为分区i供热火电可调出力率。
水电运行边界约束为公式(12)，其中
为分区i在t时段的水电发电功率。
抽水蓄能运行边界约束为公式(13)，其中
为分区i抽水蓄能发电功率(抽水为负，发电为正)；
为分区i抽水蓄能储能量；第三个式子表示前后时段储能量的耦合关系。
内部断面送电边界约束为公式(14)，其中
为与分区i关联的所有断面的总外送容量；
为与分区i关联的所有断面的总受电容量；
为分区i与其他分区交换的总功率(外送为负，受电为正)。
系统电力平衡约束为公式(15)，其中
分别为分区i在t时段的风电和光伏的发电功率；
为分区i在t时段外部联络线的功率(分区i外送为负，受电为正)；
为分区i在t时段的电负荷。
系统容量需求约束为公式(16)，其中
分别为分区i在t时段的风电、光伏、纯凝火电、供热火电、水电、抽水蓄能、外部联络线、内部断面提供的可调容量；
分别为分区i在t时段的负荷、事故的可调容量需求；第一个式子表示各分区的可调容量约束；第二个式子表示全系统的可调容量约束。
系统容量需求约束中的风电、光伏、纯凝火电、供热火电、水电、抽水蓄能、外部联络线和内部断面提供的容量由公式(17)获取，其中
分别为分区i的风电和光伏出力可信度；纯凝火电可调容量按开机容量计算；供热火电可调容量按最大可调容量计算；水电可调容量按分析日的剩余发水电电量对应的发电功率与装机容量之间的较小值计算；抽水蓄能可调容量按该时段储能量对应的发电功率与发电装机容量之间的较小值计算；外部联络线可调容量按该时段外部联络线的受电功率计算；内部断面可调容量按关联的所有断面的总受电容量计算。
系统容量需求约束中负荷和事故的容量需求由公式(18)获取，其中
为分区i的负荷热备用率，
为分区i的最大火电机组容量，
为分区i在t时段最大一条外部直流联络线的受电功率；负荷的可调容量需求为负荷加热备用；事故的可调容量需求按最大一台最大火电机组容量与最大一条外部直流联络线单极闭锁损失功率的较大值计算。
上述公式完成对容量平衡模型的建立，随后设置均衡开机引导系数、深度调峰惩罚系数、容量不足惩罚系数、电力不平衡惩罚系数，计算出各分区火电开机容量。
步骤S4，建立多电源功率分配模型，确定各分区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
所建立的多电源功率分配模型考虑多分区火电均衡调度，由均衡发电引导项、深度调峰惩罚项和电力不平衡惩罚项三部分组成。公式(19)为其目标函数，其中
为分区i在t时段的均衡开机引导项；
为分区i在t时段的深度调峰惩罚项；
为分区i在t时段的电力不平衡惩罚项。
深度调峰惩罚项由公式(7)获取，电力不平衡惩罚项由公式(9)获取。
均衡发电引导项由公式(20)获取，其中
为时段t分区i纯凝火电的均衡发电引导系数，数值由人为设置，需要满足在给定时段t任意分区ix、iy的
都相等；
为时段t分区i供热火电的均衡发电引导系数，数值由人为设置，需要满足在给定时段t任意分区ix、iy的
都相等。
所建立容量平衡模型的约束条件包括纯凝火电、供热火电、水电和抽水蓄能等各类电源运行边界约束，内部断面送电边界约束，以及系统电力平衡约束。
其中供热火电运行边界约束为公式(11)，水电运行边界约束为公式(12)，抽水蓄能运行边界约束为公式(13)，内部断面送电边界约束为公式(14)，系统电力平衡约束为公式(15)。
纯凝火电运行边界约束为公式(21)，其中
为分区i纯凝火电最小出力率。
公式(21)与公式(10)相比，删除了开机容量大于最小开机容量且小于装机容量的约束，这是因为通过步骤S3的计算，已经确定了开机容量，所以不再进行约束。
以各区火电开机容量为依据，设置均衡发电引导系数，其中的深度调峰惩罚系数、电力不平衡惩罚系数与步骤S3相同，利用优化求解器计算模型，得到各区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
实施例2：
本实施例结合某测试系统的数据对实施例1的方法进行具体说明。
1、执行步骤S1，获取电力系统各分区的系统参数、电源参数和电负荷参数。
首先获取该测试分区的系统参数，如图2所示，该测试系统分为三个分区。分区1与分区2通过内部断面12相关联，分区1向分区2送电的容量为2200MW，分区2向分区1送电的容量为2400MW；分区2与分区3通过内部断面23相关联，分区2向分区3送电的容量为5700MW，分区3不能向分区2送电，即容量为0。分区2关联两条外部联络线分别为联络线21和联络线22，其中联络线21和联络线22为直流输电线路；分区2关联三条外部联络线分别为联络线31、联络线32和联络线33，其中联络线31为直流输电线路，5条外部联络线的功率曲线如图3所示。
然后获取各分区的电源参数。各分区火电技术参数如表1所示，各分区水电及抽水蓄能技术参数如表2所示，各分区风电出力曲线如图4所示，光伏出力曲线如图5所示，风电和光伏出力可信度均取10％。
表1火电技术参数
表2水电及抽水蓄能技术参数
随后获取各分区的电负荷参数。电负荷参数为如图6所示的电负荷曲线。
2、执行步骤S2，以各分区为单元，进行同类电源聚合。
3、执行步骤S3，建立容量平衡模型，计算各分区火电开机容量。
容量平衡模型建立后，设置均衡开机引导系数、深度调峰惩罚系数、容量不足惩罚系数、电力不平衡惩罚系数，计算出各分区火电开机容量。
其中各分区的纯凝火电均衡开机引导系数如表3所示。
表3纯凝火电均衡开机引导系数
| 电网分区 | a<sub>CON,on</sub> | b<sub>CON,on</sub> |
| 分区1 | 0.0002 | 1 |
| 分区2 | 0.000104076 | 1 |
| 分区3 | 0.000162731 | 1 |
深度调峰分为两档，第一档调峰范围是纯凝火电50％～40％、供热火电50％～40％；第二档调峰范围是纯凝火电40％以下、供热火电40％以下。
设置深度调峰一档惩罚系数为1000，深度调峰一档惩罚系数为5000，容量不足惩罚系数为10000，电力不平衡惩罚系数为100000。
计算出的各分区各时段纯凝火电的开机容量如表4所示。可以看出，各分区纯凝火电开机容量占装机容量比例相等，模型能够实现火的均衡开机，并且此时内部断面容量并未对各分区之间的均衡开机造成限制。
表4纯凝火电开机容量
| 电网分区 | C<sub>CON,on</sub>(MW) | C<sub>CON,on</sub>/C<sub>CON</sub> |
| 分区1 | 6830 | 0.437 |
| 分区2 | 13120 | 0.437 |
| 分区3 | 8390 | 0.437 |
4、执行步骤S4，建立多电源功率分配模型，计算各分区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
多电源功率分配模型建立后，以各区火电开机容量为依据，设置均衡发电引导系数，其中的深度调峰惩罚系数、电力不平衡惩罚系数与步骤S3相同，利用优化求解器计算模型，得到各区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
其中各分区的纯凝火电均衡开机引导系数如表5所示。
表5火电均衡发电引导系数
| 电网分区 | a<sub>CON,p</sub> | b<sub>CON,p</sub> | a<sub>CHP,p</sub> | b<sub>CHP,p</sub> |
| 分区1 | 0.0002 | 1 | 0.0002 | 10 |
| 分区2 | 0.000104076 | 1 | 0.000115320 | 10 |
| 分区3 | 0.000162731 | 1 | 0.000348118 | 10 |
计算出的各分区各时段纯凝火电、供热火电及水电、抽水蓄能等可控电源的运行功率，断面功率和纯凝火电、供热火电出力率如表6、表7、表8所示。可以看出模型能够实现各分区火电的均衡发电。时段24分区1纯凝火电出力率高于分区2、分区3是因为内部断面12送电功率受到了断面送电容量的限制，导致出现阻塞。
系统中水电和抽水蓄能的作用如图7、图8所示。可以看出在净负荷尖峰时段，水电发电和抽水蓄能发电，在净负荷低谷时段周水蓄能耗电抽水。水电能够起到削峰作用和抽水蓄能能够起到削峰填谷作用。本发明实施例中，各时段系统不平衡电力均为0。
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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
表6分区1计算结果
表7分区2计算结果
表8分区3计算结果
Claims (7)
1.一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：包括：
S1、获取电力系统各分区的系统参数、电源参数和电负荷参数；
S2、以电力系统各分区为单元，进行同类电源聚合；
S3、建立容量平衡模型，确定各分区火电开机容量；
S4、建立多电源功率分配模型，确定各分区各电源功率分配结果和系统不平衡电力结果。
2.根据权利要求1所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S1中电源参数根据电源类型分别获取，所述电源类型包括纯凝火电、供热火电、水电、抽水蓄能。
3.根据权利要求2所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S2在进行电源聚合时：
纯凝火电的聚合参数包括装机容量和最小开机容量；
供热火电的聚合参数包括开机容量；
水电的聚合参数包括装机容量和日发电量；
抽水蓄能的聚合参数包括抽水容量、发电容量、最大储能量和效率。
4.根据权利要求3所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S3所建立的容量平衡模型考虑多分区火电均衡调度，包括均衡开机引导项、深度调峰惩罚项、可调容量不足惩罚项和电力不平衡惩罚项。
5.根据权利要求4所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S3所建立的容量平衡模型的约束条件包括各类电源运行边界约束、内部断面送电边界约束、系统电力平衡约束及系统容量需求约束。
6.根据权利要求5所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S4所建立的多电源功率分配模型考虑多分区火电均衡调度，包括均衡发电引导项、深度调峰惩罚项和电力不平衡惩罚项。
7.根据权利要求6所述的考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法，其特征在于：步骤S4所建立的多电源功率分配模型的约束条件包括各类电源运行边界约束、内部断面送电边界约束及系统电力平衡约束。
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| CN202210187314.1A CN114583762A (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种考虑多分区火电均衡调度的日电力电量平衡分析方法 |
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| CN117293927A (zh) * | 2023-11-24 | 2023-12-26 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种基于可靠电量支撑的抽蓄工作容量确定方法 |
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| CN117293927B (zh) * | 2023-11-24 | 2024-02-06 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种基于可靠电量支撑的抽蓄工作容量确定方法 |
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