CN116191567A - 一种新能源电力系统协调运行方法 - Google Patents

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王晨雨
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Abstract

本发明公开了一种新能源电力系统协调运行方法，本发明合理规划电源容量对于促进新能源电源健康发展以及清洁电量消纳具有重要意义，分析在当前及今后电力系统中新能源电源高占比的情况下配置电源时考虑时序生产模拟的必要性。考虑到当前研究中少有在规划阶段耦合长时间尺度的时序生产模拟﹐并能够协调新能源与其他种类电源发展，建立了一种含新能源的电源容量优化配置模型。模型以规划年供电总成本最低为目标，兼顾了系统运行约束和能源电力发展目标因素，并协调新能源与其他种类电源发展，所提模型内嵌了长时间尺度的时序生产模拟，并通过对相同或相似火电储能机组采取集群方式以降低求解规模。

Description

一种新能源电力系统协调运行方法
技术领域
本发明涉及新能源电力系统协调技术领域，具体涉及一种新能源电力系统协调运行方法。
背景技术
新能源(NE)又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
目前传统的新能源电力系统协调运行系统虽然结果比较符合工程实际，但由于存在计算精度与抽样次数的矛盾，该系统计算量大且计算速度慢，无法满足现有大系统、多约束、多种发电类型相混合的复杂电力系统的生产模拟要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的由于存在计算精度与抽样次数的矛盾，该系统计算量大且计算速度慢，无法满足现有大系统、多约束、多种发电类型相混合的复杂电力系统的生产模拟要求的问题，提供一种新能源电力系统协调运行方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新能源电力系统协调运行方法，包括以下步骤：
步骤一：在基于网架输电能力的新能源电源配置中，通过建立数学优化模型，考虑线路输电能力、潮流分布以及输电阻塞的限制，对电力系统中各节点的风电和光伏并网容量进行决策，
步骤二：在考虑时序运行特性的新能源电源配置方面，需要结合场景分析，采取时序生产模拟的方法以辅助决策；
步骤三：以最小化全社会电力供应总成本为目标，建立考虑储能需求的多场景、多能源和多区域的规划及时序生产模拟一体化模型，在进行电源配置时，模型输入考虑因素众多，电力负荷平衡、新能源的资源特性、系统供应成本等等都是重点考虑因素，电源配置的首要目的是满足用电的需求，通过预测规划年的电力负荷和用电量，基于历史年份的负荷曲线并考虑未来负荷曲线的变化趋势，得到规划年的时序负荷曲线作为输入；
步骤四：考虑到电源机组投入使用周期较长，不同类型电源寿命周期十几年到几十年不等，而模型中计及的运行时段相对较短，若以初始投资成本与运行成本直接相加，容易导致由于两者数量级相差较大而造成的计算结果不正确的问题，在进行投资建设成本计算时，考虑不同电源的全寿命周期，将初始投资成本折算到单位年度，将其与规划年的运行成本相加得到总成本；
步骤五：为模拟实际电网运行中特定的送电计划，引入跨区域送电约束，即限定断面各时段的输送潮流；
步骤六：对剩余的机组进行优化模拟运行，除了前面计算结果外，还需要准备如下参数：人工指定的机组状态、每个时段的正负备用量、分区备用量、跨区备用量、机组的分时报价或成本、启停机组的启停费用、网络约束等。
优选的，在步骤一中，基于电源调节能力的新能源电源配置中，主要包括考虑静态调峰能力和采取生产模拟的方式以衡量电力系统对于新能源的接纳能力。
优选的，在步骤二中，首先根据用电需求和新能源电量占比目标，并结合风光资源特性初步确定多种不同的风电和光伏新增装机容量组合方案，然后利用时序生产模拟对不同方案进行全年运行过程的模拟计算并作出评价。
优选的，在步骤三中，此外，新能源的资源特性以及各类电源的投资成本影响电源的配置结果:基于历史年气象数据以及新能源历史出力曲线可以得到风光等新能源的时序出力曲线；电源的投资成本需要考虑随时间推移的变化，以尽量接近实际情况，特别是近两年新能源的成本下降迅速，而传统电源由于技术成熟其投资成本一般趋于稳定。
优选的，在步骤三中，其次，计及开发潜力因素、政策规划以及环境保护等对于电源装机容量的限制，将各类电源新增容量以及电源各时刻出力作为决策变量，以功率平衡、旋转备用要求和风、光、火电、储能等机组特性约束建立的电力系统时序运行模型为基础，以规划年供电总成本最低为目标。
优选的，在步骤三中，增加了清洁能源电量占比和碳排放等约束条件，从而得到含新能源的电源容量优化配置模型。
与现有技术相比，本发明提供了一种新能源电力系统协调运行方法，具备以下有益效果：
本发明合理规划电源容量对于促进新能源电源健康发展以及清洁电量消纳具有重要意义，分析在当前及今后电力系统中新能源电源高占比的情况下配置电源时考虑时序生产模拟的必要性。考虑到当前研究中少有在规划阶段耦合长时间尺度的时序生产模拟﹐并能够协调新能源与其他种类电源发展，建立了一种含新能源的电源容量优化配置模型。模型以规划年供电总成本最低为目标，兼顾了系统运行约束和能源电力发展目标因素，并协调新能源与其他种类电源发展，所提模型内嵌了长时间尺度的时序生产模拟，并通过对相同或相似火电储能机组采取集群方式以降低求解规模。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种技术方案：一种新能源电力系统协调运行方法，包括以下步骤：
步骤一：在基于网架输电能力的新能源电源配置中，通过建立数学优化模型，考虑线路输电能力、潮流分布以及输电阻塞的限制，对电力系统中各节点的风电和光伏并网容量进行决策，
步骤二：在考虑时序运行特性的新能源电源配置方面，需要结合场景分析，采取时序生产模拟的方法以辅助决策；
步骤三：以最小化全社会电力供应总成本为目标，建立考虑储能需求的多场景、多能源和多区域的规划及时序生产模拟一体化模型，在进行电源配置时，模型输入考虑因素众多，电力负荷平衡、新能源的资源特性、系统供应成本等等都是重点考虑因素，电源配置的首要目的是满足用电的需求，通过预测规划年的电力负荷和用电量，基于历史年份的负荷曲线并考虑未来负荷曲线的变化趋势，得到规划年的时序负荷曲线作为输入；
步骤四：考虑到电源机组投入使用周期较长，不同类型电源寿命周期十几年到几十年不等，而模型中计及的运行时段相对较短，若以初始投资成本与运行成本直接相加，容易导致由于两者数量级相差较大而造成的计算结果不正确的问题，在进行投资建设成本计算时，考虑不同电源的全寿命周期，将初始投资成本折算到单位年度，将其与规划年的运行成本相加得到总成本；
步骤五：为模拟实际电网运行中特定的送电计划，引入跨区域送电约束，即限定断面各时段的输送潮流；
步骤六：对剩余的机组进行优化模拟运行，除了前面计算结果外，还需要准备如下参数：人工指定的机组状态、每个时段的正负备用量、分区备用量、跨区备用量、机组的分时报价或成本、启停机组的启停费用、网络约束等。
本发明中，优选的，步骤一中，基于电源调节能力的新能源电源配置中，主要包括考虑静态调峰能力和采取生产模拟的方式以衡量电力系统对于新能源的接纳能力。
优选的，步骤二中，首先根据用电需求和新能源电量占比目标，并结合风光资源特性初步确定多种不同的风电和光伏新增装机容量组合方案，然后利用时序生产模拟对不同方案进行全年运行过程的模拟计算并作出评价。
优选的，步骤三中，此外，新能源的资源特性以及各类电源的投资成本影响电源的配置结果:基于历史年气象数据以及新能源历史出力曲线可以得到风光等新能源的时序出力曲线；电源的投资成本需要考虑随时间推移的变化，以尽量接近实际情况，特别是近两年新能源的成本下降迅速，而传统电源由于技术成熟其投资成本一般趋于稳定。
优选的，步骤三中，其次，计及开发潜力因素、政策规划以及环境保护等对于电源装机容量的限制，将各类电源新增容量以及电源各时刻出力作为决策变量，以功率平衡、旋转备用要求和风、光、火电、储能等机组特性约束建立的电力系统时序运行模型为基础，以规划年供电总成本最低为目标。
优选的，步骤三中，增加了清洁能源电量占比和碳排放等约束条件，从而得到含新能源的电源容量优化配置模型。
本发明合理规划电源容量对于促进新能源电源健康发展以及清洁电量消纳具有重要意义，分析在当前及今后电力系统中新能源电源高占比的情况下配置电源时考虑时序生产模拟的必要性。考虑到当前研究中少有在规划阶段耦合长时间尺度的时序生产模拟﹐并能够协调新能源与其他种类电源发展，建立了一种含新能源的电源容量优化配置模型。模型以规划年供电总成本最低为目标，兼顾了系统运行约束和能源电力发展目标因素，并协调新能源与其他种类电源发展，所提模型内嵌了长时间尺度的时序生产模拟，并通过对相同或相似火电储能机组采取集群方式以降低求解规模。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新能源电力系统协调运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在基于网架输电能力的新能源电源配置中，通过建立数学优化模型，考虑线路输电能力、潮流分布以及输电阻塞的限制，对电力系统中各节点的风电和光伏并网容量进行决策，
步骤二：在考虑时序运行特性的新能源电源配置方面，需要结合场景分析，采取时序生产模拟的方法以辅助决策；
步骤三：以最小化全社会电力供应总成本为目标，建立考虑储能需求的多场景、多能源和多区域的规划及时序生产模拟一体化模型，在进行电源配置时，模型输入考虑因素众多，电力负荷平衡、新能源的资源特性、系统供应成本等等都是重点考虑因素，电源配置的首要目的是满足用电的需求，通过预测规划年的电力负荷和用电量，基于历史年份的负荷曲线并考虑未来负荷曲线的变化趋势，得到规划年的时序负荷曲线作为输入；
步骤四：考虑到电源机组投入使用周期较长，不同类型电源寿命周期十几年到几十年不等，而模型中计及的运行时段相对较短，若以初始投资成本与运行成本直接相加，容易导致由于两者数量级相差较大而造成的计算结果不正确的问题，在进行投资建设成本计算时，考虑不同电源的全寿命周期，将初始投资成本折算到单位年度，将其与规划年的运行成本相加得到总成本；
步骤五：为模拟实际电网运行中特定的送电计划，引入跨区域送电约束，即限定断面各时段的输送潮流；
步骤六：对剩余的机组进行优化模拟运行，除了前面计算结果外，还需要准备如下参数：人工指定的机组状态、每个时段的正负备用量、分区备用量、跨区备用量、机组的分时报价或成本、启停机组的启停费用、网络约束等。
2.根据权利要求1所述的新能源电力系统协调运行方法，其特征在于，在步骤一中，基于电源调节能力的新能源电源配置中，主要包括考虑静态调峰能力和采取生产模拟的方式以衡量电力系统对于新能源的接纳能力。
3.根据权利要求1所述的新能源电力系统协调运行方法，其特征在于，在步骤二中，首先根据用电需求和新能源电量占比目标，并结合风光资源特性初步确定多种不同的风电和光伏新增装机容量组合方案，然后利用时序生产模拟对不同方案进行全年运行过程的模拟计算并作出评价。
4.根据权利要求1所述的新能源电力系统协调运行方法，其特征在于，在步骤三中，此外，新能源的资源特性以及各类电源的投资成本影响电源的配置结果:基于历史年气象数据以及新能源历史出力曲线可以得到风光等新能源的时序出力曲线；电源的投资成本需要考虑随时间推移的变化，以尽量接近实际情况，特别是近两年新能源的成本下降迅速，而传统电源由于技术成熟其投资成本一般趋于稳定。
5.根据权利要求1所述的新能源电力系统协调运行方法，其特征在于，在步骤三中，其次，计及开发潜力因素、政策规划以及环境保护等对于电源装机容量的限制，将各类电源新增容量以及电源各时刻出力作为决策变量，以功率平衡、旋转备用要求和风、光、火电、储能等机组特性约束建立的电力系统时序运行模型为基础，以规划年供电总成本最低为目标。
6.根据权利要求1所述的新能源电力系统协调运行方法，其特征在于，在步骤三中，增加了清洁能源电量占比和碳排放等约束条件，从而得到含新能源的电源容量优化配置模型。
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