一种风电和光伏消纳预测预警方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力技术领域，尤其涉及一种风电和光伏消纳预测预警方法。
背景技术
[0002] 由于风速和光照强度的变化带有很强的不确定性,导致新
能源的出力也具有不确定性。目前电力系统的功率平衡主要通过调整
煤机组功率输出来达到，但是我国北方地区受电源结构、供热需求影响，随着风电和光伏装机容量的快速增长，
电网在传统的夜间负荷低谷时段
叠加风电大发时段造成的弃电之外，午间光伏高峰时段也面临着调峰压力，弃风和弃光问题日益突出。
风能和
太阳能在资源特性上有关联性和互补性，同时对于区域电力系统，两者的规划规模也应协同考虑。
[0003] 当前常用的典型日分析法和基于蒙特卡洛方法的时序仿真法往往是针对单一风电消纳问题，如何科学、合理的配合、利用风电和光伏，提升风光系统总体新能源消纳
水平，需要一种新的风电和光伏消纳预警方法。
发明内容
[0004] 针对上述
现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电和光伏消纳预测预警方法。其目的是为了根据地区风光出力特性，以设定弃风率、弃光率要求下的风电和光伏新增装机最大为优化目标，建立风光系统联合装机规划模型，以得到风电光伏两种电源的最优规划装机容量。
[0005] 基于上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 一种风电和光伏消纳预测预警方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1：构建新能源消纳评估模型；
[0008] 步骤2：构建新能源装机规划模型；
[0009] 步骤3：通过算例仿真得到计算结果。
[0010] 所述步骤1：构建新能源消纳评估模型，是以时序模拟为
基础，对已知装机规划进行消纳评估，求出弃风率和弃光率；首先计算出风电及光伏的总弃电功率时序曲线，然后按照四种原则分别划分弃风和弃光电量的分配。
[0011] 所述四种原则包括：
[0012] ①按照风电和光伏装机比例；
[0013] ②按照保障收购小时数完成进度；
[0014] ③保障光伏消纳为优先，先弃风，再弃光；
[0015] ④按照当前时段的出力比例。
[0016] 所述步骤1：构建新能源消纳评估模型，包括：
[0017] 1a：模拟出各月各日的时序发电负荷曲线
[0018] 1b：确定新能源接纳空间
[0019] 1c：计算弃电功率时序曲线
[0020] 1d：计算年弃风率和弃光率。
[0021] 所述1a：模拟出各月各日的时序发电负荷曲线 包括：
[0022] 通过该地区年最大发电负荷预测和年负荷曲线，计算出各月的最大发电负荷；根据各月所处的季节及其典型日曲线确定各月的典型日发电负荷曲线，最后模拟出各月各日的时序发电负荷曲线 式中上标L表示负荷，下标m＝1～12表示月份，下标d＝1～D表示该月天数，下标t＝1～T表示典型日各时段，T为日内划分的时段数。
[0023] 所述1b：确定新能源接纳空间 包括：
[0024] 根据负荷情况和常规机组最小开机出力确定新能源接纳空间 其中N 表示新能源出力总和，Acco表示接纳空间；
[0025] 满足如下表达式：
[0026]
[0027] 其中： 为发电负荷时序曲线， 为常规机组最小开机出力，Pline为联络线交换功率，受入为正，送出为负；
[0028] 常规机组最小开机出力 为由尖峰可调容量 需求确定的开机方式中所有机组的最小开机出力之和：
[0029]
[0030] 其中： 为依据各日尖峰可调容量确定开机计划时，U为开机方式中的常规机组台数， 为各常规机组装机容量，λ为可调峰范围，为0％～55％；
[0031] 尖峰可调容量由最大发电负荷 和上调旋转备用组成：
[0032]
[0033] 其中：上标G表示发电；r％为上调旋转备用率； 表示系统中容量最大的常规机组的装机容量，上标L表示负荷。
[0034] 所述1c：计算弃电功率时序曲线 包括：
[0035] 比较各日各时段新能源接纳空间 与风电和光伏日出力曲线中各时段功率的大小，得到电功率时序曲线
[0036] 满足如下表达式：
[0037]
[0038] 其中：上标Abd表示新能源弃电， 表示规划水平年各日的风(光)出力曲线，W表示风电，S表示光伏，PW,Abdd,t,m表示风电弃电功率时序曲线，PS,Abdd,t,m表示光伏弃电功率时序曲线；
[0039] 规划水平年各日的风(光)出力曲线 为风光出力标幺值曲线
[0040] 和规划水平年装机容量 的乘积：
[0041]
[0042] 风光出力标幺值曲线 是由历史年份各时间点的新能源出力除以各时间点的装机容量数据求得：
[0043]
[0044] 其中： 为新能源历史出力时序曲线， 为新能源历史装机；
[0045] 历史年份的新能源出力时序曲线 为风电出力时序曲线和光伏出力时序曲线之和：
[0046]
[0047] 新能源历史装机为风电历史装机和光伏历史装机之和：
[0048]
[0049] 上式中： 为风电历史装机， 为光伏历史装机；
[0050] 规划水平年装机容量 为风电规划装机和光伏规划装机之和：
[0051]
[0052] 上式中： 为风电规划装机， 为光伏规划装机。
[0053] 所述1d：计算年弃风率和弃光率，满足如下表达式：
[0054]
[0055] 其中： 为弃风电量， 为弃光电量； 为全年风资源发电量， 为全年光资源发电量；
[0056] 在日间需要弃电时段，按照实际调度时所遵循的原则进行弃风、弃光功率/ 电量的分配，选择如下四种原则进行分配：
[0057] ①按照风电和光伏装机比例；
[0058] ②按照保障收购小时数完成进度；
[0059] ③保障光伏消纳为优先，先弃风，再弃光；
[0060] ④按照当前时段的出力比例；
[0061] 得到所述弃风电量和弃光电量：
[0062]
[0063] 全年的风光资源发电量为：
[0064]
[0065] 所述步骤2：构建新能源装机规划模型，包括：在给定的年弃风率和弃光率条件下，对原有装机规划进行复核和调整，确定可接纳装机的最大值；以风电和光伏新增装机规模最大为优化目标，以弃风率、弃光率要求为约束条件建立优化模型；
[0066] 满足如下表达式：
[0067]
[0068] 其中：IC表示新增装机容量，η表示弃风率和弃光率的约束值，由(ICW+CW) 和(ICS+CS)作为装机容量确定日风、光出力曲线，计算得到弃风率和弃光率。
[0069] 所述步骤3：通过算例仿真得到计算结果，包括：使用时序模拟和线性规划对模型进行求解，计算结果包括当前规划装机下的新能源弃电率预测和给定年弃风率和弃光率条件下系统可接纳最大风电和光伏总装机。
[0070] 本发明具有以下优点及有益效果：
[0071] 本发明可综合考虑系统负荷与新能源的
波动性、电源结构、电网调峰能力以及新能源接入电网对调峰能力的影响等因素，能够定量评估电网对新能源的接纳能力。
[0072] 本发明能够通过构建新能源消纳评估模型预测规划水平年的弃风率/弃光率，并通过构建新能源装机规划模型求解出风电及光伏机组最优规划装机容量，在兼顾公司效益和社会效益的前提下避免盲目新增装机加大消纳压力或规划过于保守不能实现清洁能源的充分利用。
[0073] 本发明有助于满足我国节能环保、清洁能源接纳等政策性需求，制定合理的新能源规划，提高电网安全稳定运行能力。
附图说明
[0074] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0076] 图2是地区年负荷特性曲线；
[0077] 图3是夏季典型日负荷特性曲线；
[0078] 图4是冬季典型日负荷特性曲线；
[0079] 图5是历史年份风电出力标幺值曲线；
[0080] 图6是历史年份光伏出力标幺值曲线；
[0081] 图7是本发明风电规划装机为810万千瓦，光伏规划装机为336万千瓦时的弃电功率时序曲线。
具体实施方式
[0082] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实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做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0083] 如图1所示，图1是本发明一种风电和光伏消纳预测预警方法的流程图。包括以下步骤：
[0084] 步骤1：构建新能源消纳评估模型。新能源消纳评估以时序模拟为基础，对已知装机规划进行消纳评估，求出弃风率和弃光率。首先计算出风电及光伏的总弃电功率时序曲线，然后按照四种原则分别划分弃风和弃光电量的分配。
[0085] 步骤2：构建新能源装机规划模型。在给定的年弃风率和弃光率条件下，对原有装机规划进行复核和调整，确定可接纳装机的最大值。以风电和光伏新增装机规模最大为优化目标，以弃风率、弃光率要求为约束条件建立优化模型。
[0086] 步骤3：通过算例仿真得到计算结果。使用时序模拟和线性规划对模型进行求解，其计算结果包括：当前规划装机下的新能源弃电率预测，和给定年弃风率和弃光率条件下系统可接纳最大风电和光伏总装机。
[0087] 所述步骤1：构建新能源消纳评估模型，包括：
[0088] 1a：模拟出各月各日的时序发电负荷曲线
[0089] 通过该地区年最大发电负荷预测和年负荷曲线，计算出各月的最大发电负荷；根据各月所处的季节及其典型日曲线确定各月的典型日发电负荷曲线，最后模拟出各月各日的时序发电负荷曲线 式中上标L表示负荷，下标m＝1～12表示月份，下标d＝1～D表示该月天数，下标t＝1～T表示典型日各时段，T为日内划分的时段数。
[0090] 1b：确定新能源接纳空间
[0091] 根据负荷情况和常规机组最小开机出力确定新能源接纳空间 其中N 表示新能源出力总和，Acco表示接纳空间；
[0092] 满足如下表达式：
[0093]
[0094] 其中： 为发电负荷时序曲线， 为常规机组最小开机出力，Pline为联络线交换功率，受入为正，送出为负。
[0095] 常规机组最小开机出力 为由尖峰可调容量 需求确定的开机方式中所有机组的最小开机出力之和：
[0096]
[0097] 其中： 为依据各日尖峰可调容量确定开机计划时，按照文献《节能发电调度办法》规定的顺序确定的开机方式，U为开机方式中的常规机组台数， 为各常规机组装机容量，λ为可调峰范围，一般为0％～55％。
[0098] 尖峰可调容量由最大发电负荷 和上调旋转备用组成：
[0099]
[0100] 其中：上标G表示发电；r％为上调旋转备用率； 表示系统中容量最大的常规机组的装机容量，上标L表示负荷。
[0101] 1c：计算弃电功率时序曲线
[0102] 比较各日各时段新能源接纳空间 与风电和光伏日出力曲线中各时段功率的大小，即得到电功率时序曲线
[0103] 满足如下表达式：
[0104]
[0105] 其中：上标Abd表示新能源弃电， 表示规划水平年各日的风(光)出力曲线，W表示风电，S表示光伏，PW,Abdd,t,m表示风电弃电功率时序曲线，PS,Abdd,t,m表示光伏弃电功率时序曲线。
[0106] 规划水平年各日的风(光)出力曲线 为风光出力标幺值曲线和规划水平年装机容量 的乘积：
[0107]
[0108] 风光出力标幺值曲线 是由历史年份各时间点的新能源出力除以各时间点的装机容量数据求得：
[0109]
[0110] 其中： 为新能源历史出力时序曲线， 为新能源历史装机。
[0111] 历史年份的新能源出力时序曲线 为风电出力时序曲线和光伏出力时序曲线之和：
[0112]
[0113] 新能源历史装机为风电历史装机和光伏历史装机之和：
[0114]
[0115] 上式中： 为风电历史装机， 为光伏历史装机。
[0116] 规划水平年装机容量 为风电规划装机和光伏规划装机之和：
[0117]
[0118] 上式中： 为风电规划装机， 为光伏规划装机。
[0119] 1d：计算年弃风率和弃光率：
[0120] 满足如下表达式：
[0121]
[0122] 其中： 为弃风电量， 为弃光电量； 为全年风资源发电量， 为全年光资源发电量。
[0123] 为保证弃风、弃光电量预测的准确性，在日间需要弃电时段，应按照实际调度时所遵循的原则进行弃风、弃光功率/电量的分配，考虑可以先选择如下四种原则进行分配：
[0124] ①按照风电和光伏装机比例；
[0125] ②按照保障收购小时数完成进度；
[0126] ③保障光伏消纳为优先，先弃风，再弃光；
[0127] ④按照当前时段的出力比例；
[0128] 得到所述弃风电量和弃光电量：
[0129]
[0130] 全年的风光资源发电量为：
[0131]
[0132] 所述步骤2：构建新能源装机规划模型，包括：
[0133] 计算规划水平年的风电及光伏规划装机容量：
[0134] 满足如下表达式：
[0135]
[0136] 其中：IC表示新增装机容量，η表示弃风率和弃光率的约束值。由(ICW+CW) 和(ICS+CS)作为装机容量确定日风、光出力曲线，进而按照上述方法可计算得到弃风率和弃光率。
[0137] 步骤3：通过算例仿真得到计算结果：
[0138] 采用时序模拟确定规划水平年的风电和光伏出力标幺值曲线，结合风电和光伏装机规划、常规电源的最小运行方式和联络线受入等边界条件，求得弃电功率时序曲线，并按照不同原则分配弃风、弃光电量，求得弃风率和弃光率。
[0139] 在未达到弃风率和弃光率约束条件时，以新增风电光伏装机总容量最大为优化目标，进行线性规划，求得风电和光伏规划装机容量。
[0140] 实施例1
[0141] 假设2019年某省全社会最大负荷为3606万千瓦，某省电网年负荷曲线如图 2所示，典型日负荷曲线如图图3和图图4所示。
[0142] 根据某省风光伏资源特性和风电光伏历史出力数据，以及对应时间点的装机容量，得到风电光伏出力标幺值曲线，如图5、图6所示。
[0143] 预计某省联络线净受入电力700万千瓦，原规划2019年新增风电装机50万千瓦，总装机为810万千瓦；新增光伏装机34万千瓦，总装机336万千瓦。根据该省份常规电源最小运行方式和联络线受入情况，得到弃电功率时序曲线，如图7所示。
[0144] 按照不同原则对弃风、弃光电量进行分配，如下表所示。
[0145] 分配原则 风光装机比例 保障收购小时数 光伏消纳优先 当前时段出力 弃风电量(亿千瓦时) 1.68 1.49 2.38 1.64弃光电量(亿千瓦时) 0.70 0.89 0 0.74
弃风率(％) 0.99 0.87 1.40 0.96
弃光率(％) 2.34 2.99 0 2.47
[0146] 按照弃风率5％、弃光率1％的约束条件，进行线性规划。求得在满足该约束时，按照光伏消纳优先原则，求得风电新增规划装机271万千瓦，总装机可达1081 万千瓦；光伏新增规划装机133万千瓦，总装机可达469万千瓦。
[0147] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围，包括
权利要求，被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0148] 本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、
修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
