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高比例新能源系统的电量平衡分析方法及系统

申请号 CN202311389566.3 申请日 2023-10-25 公开(公告)号 CN117375109A 公开(公告)日 2024-01-09
申请人 国网湖南省电力有限公司; 国网湖南省电力有限公司经济技术研究院; 国家电网有限公司; 发明人 章德; 谢宇峥; 汤宜昕; 李更丰; 黄玉雄; 谭祖贶; 荣烜曼; 叶宇鑫; 王治然; 张晓曼;
摘要 本 发明 公开了一种高比例新 能源 电 力 系统的电量平衡分析方法,包括获取目标高比例新能源电力系统的数据信息;建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型;安排目标高比例新能源电力系统中 水 电机 组和火电机组的检修计划;计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据;对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线;进行模拟年内的机组日前调度;计算模拟年的年运行指标;完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。本发明还公开了一种实现所述高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法的系统。本发明不仅能够实现高比例新能源电力系统的电量平衡分析,而且可靠性更高,精确性更好。
权利要求

1.一种高比例新能源系统的电量平衡分析方法,包括如下步骤:
S1.获取目标高比例新能源电力系统的数据信息;
S2.根据步骤S1获取的数据信息,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型;
S3.根据步骤S2得到的数学模型,安排目标高比例新能源电力系统中电机组和火电机组的检修计划;
S4.根据步骤S3得到的检修计划,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据;
S5.根据步骤S4得到的机组组合数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线;
S6.根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,进行模拟年内的机组日前调度;
S7.根据步骤S6得到的日前调度数据,计算模拟年的年运行指标;
S8.根据步骤S7得到的年运行指标,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。
2.根据权利要求1所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据信息,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型,具体包括如下步骤:
针对电机组:
采用如下算式表示风电机组的实际出力:
式中 为风电机组t时刻的实际出力; 为风电机组t时刻的预计出力;N(0,1)为标准正态分布;
针对光伏机组:
采用如下算式表示光伏机组的实际出力:
式中 为光伏机组t时刻的实际出力; 为光伏机组t时刻的预计出力;
对于火电机组:
采用如下算式作为火电机组的出力约束:
Pfire,min≤Pfire,t≤Pfire,max
‑Rd≤Pfire,t+1‑Pfire,t≤Ru
式中Pfire,min为火电机组在t时刻的出力下限值;Pfire,t为火电机组在t时刻的出力值;
Pfire,max为火电机组在t时刻的出力上限值;Rd为火电机组在t时刻的下爬坡速率;Ru为火电机组在t时刻的上爬坡速率;ui,k为火电机组在k时刻的开关机状态,且ui,k=1表示火电机组为开机状态,ui,k=0表示火电机组为关机状态,TS(ui,t‑1‑ui,t)为火电机组的最小关机时间,TO(ui,t‑ui,t‑1)为火电机组的最小开机时间;
对于水电机组:
采用三段式模型,分别给出各个水电机组在各个月份下的最大允许出力、平均出力和最小技术出力;得到水电机组全年各个月份的三段式出力,在通过计算叠加了新能源预测出力后的净负荷曲线,按照每日负荷占对应月份的比例,优化分配水电机组的每日出力;
对于网架模型:
采用如下算式作为网架模型:
式中 为各节点在t时刻的注入有功功率列向量; 为各节点在t时刻的负荷;
为各节点在t时刻的限电大小; 为第i台火电机组在t时刻出力;n为火电机组台数;
为第i台水电机组在t时刻出力;m为水电机组数目; 为第i台储能机组在t时刻
出力;l为储能机组数目; 为第i台新能源机组在t时刻出力;k为新能源机组数目;
为忽略支路电阻后形成的电纳系数矩阵; 为各节点在t时刻的电压列向量;Pl,min为支路l的潮流下限值;Pl,max为支路l的潮流上限值;
对于负荷模型:
采用算式作为负荷模型:
式中 为叠加预测误差后的负荷值; 为负荷预测值;
对于储能模型:
采用如下算式作为储能的约束条件:
EES,min≤EES,t≤EES,max
nES<=nES,max
式中EES,min为储能电池容量下限值;EES,t为储能电池在t时刻的容量;EES,max为储能电池容量上限值;PESc,min为储能电池充电功率下限值;PESc,t为储能电池在t时刻的充电功率;
PESc,max为储能电池充电功率上限值;PESdc,min为储能电池放电功率下限值;PESdc,t为储能电池在t时刻的放电功率;PESdc,max为储能电池放电功率上限值;nES为储能电池一周期内充放电状态转化次数;nES,max为储能电池一周期内充放电状态转化次数上限;SOCt为储能电池在t时刻的SOC状态值;λES为储能电池的自放电率;ηESc为储能电池充电效率;Δt为时间间隔。
3.根据权利要求2所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S3所述的根据步骤S2得到的数学模型,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划,具体包括如下步骤:
根据步骤S2得到的数学模型,将实际时序负荷曲线减去新能源处理实际值,得到时序净负荷曲线;
A.将参与检修的水电机组和火电机组按容量大小排序;
B.从容量最大的机组开始,找出相应维修时长内净负荷最小的时间段,将该台发电机安排在此时段进行检修并修正此时段的负荷;
C.重复步骤B直至所有机组检修安排完毕。
4.根据权利要求3所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S4所述的根据步骤S3得到的检修计划,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据,具体包括如下步骤:
采用如下算式作为目标函数:
min[costfire,t+costhydro,t+costES,t+costcurt,t]
式中costfire,t为火电机组运行总费用,且
n为火电机组数量,T为时刻总数,f
(Pfire,i,t)为火电机组的运行耗费用函数, 为第i台火电机组的启动费用, 为第i台火电机组的停机费用;costhydro,t为水电机组运行总费用,且
m为水电机组数量,Chydro,i为第i台水电机组单位出
力下的可变运行成本;Phydro,i,t为第i台水电机组在t时刻的出力值;costES,t为储能机组运行总费用,且 l为储能机组数量,CESc,i为
第i台储能机组充电时单位出力的成本,PESc,i,t为第i台储能机组在t时刻的充电出力值,CESdc,i为第i台储能机组放电时单位出力的成本,PESdc,i,t为第i台储能机组在t时刻的放电出力值;costcurt,t为切负荷、弃新能源和弃水惩罚成本,且
CLS为切单位负荷时的经济损失,LSt
为t时刻的切负荷量,CNS为弃新能源的单位经济损失,NSt为t时刻的弃新能源量,CHS为弃水的单位经济损失,HSt为t时刻的弃水量;
采用如下算式作为约束条件:
功率平衡约束:
式中Pnew,i,t为第i台新能源机组在t时刻的出力值;PES,i,t为第i台储能机组在t时刻的出力值,且储能机组充电时PES,i,t为负值,储能机组放电时PES,i,t为正值;Pt为t时刻的总负荷值;
热备用约束:
式中ui,t为第i台火电机组的开关机状态,且ui,t=1表示第i台火电机组开机,ui,t=0表示第i台火电机组关机;Pfire,i,max为第i台火电机组的最大出力值;uj,t为第j台水电机组的开关机状态,且uj,t=1表示第j台水电机组开机,uj,t=0表示第j台水电机组关机,Phydro,j,max为第j台水电机组的最大出力值;ρ为系统热备用率;
机组出力上下限约束:
式中Pfire,i,min为第i台火电机组最小技术出力;Pfire,i,max为第i台火电机组最大技术出w,max
力; 为第i台风电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台风电机组的最大出力值; 为pv,max
第i台光伏发电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台光伏发电机组的最大出力值;
火电机组爬坡约束:
Pi,t‑Pi,t‑1≤ui,t‑1(Ru‑Si,u)+Si,u
Pi,t‑1‑Pi,t≤ui,t(Rd‑Si,d)+Si,d
式中Si,u为火电机组的启动最大升速率;Si,d为火电机组的停机最大降速率;
最小启停时间约束: 和
储能充放电功率、容量限制、SOC状态及充放电状态转换次数约束:
EES,min≤EES,t≤EES,max
nES<=nES,max
式中UES,i,t为第i台储能机组在t时刻的储能状态,且UES,i,t=1表示储能机组放电,UES,i,t=0表示储能机组充电;SOCi,t为第i台储能机组在t时刻的SOC状态;EES,max为储能电池容量上限值;EES,min为储能电池容量下限值;
电量平衡约束、相角约束和支路潮流上下限约束:
在约束条件下,对目标函数按日滚动进行求解,得到最终的模拟年的机组开停机状态计划安排。
5.根据权利要求4所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S5所述的根据步骤S4得到的机组组合数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线,具体包括如下步骤:
设定机组的平均修复时间为TMTTR,机组的平均正常运行时间为TMTTF;
通过逆变换方法抽样得到机组正常运行时间τ2以及强迫停运时间τ1:
式中U1为第一随机变量,U2为第二随机变量,且U1和U2均在区间[0,1]中服从均匀分布;
生成一个正常运行时间τ2与机组已开机时间进行比较:若τ2大于或等于机组已开机时间则表示未发生故障,继续按照原本设置好的机组开停机方式进行安排;若τ2小于机组已开机时间则表示发生故障,强制机组进入一段时间的停机状态并生成一个强迫停运时间τ1,直至τ1小于或等于已停机时间时机组恢复正常运行状态,继续按照原本计划进行开停机;
对τ1、τ2进行交替采样得到机组时序状态曲线。
6.根据权利要求5所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S6所述的根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,进行模拟年内的机组日前调度,具体包括如下步骤:
根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,以火电、水电、储能机组运行费用以及切负荷、弃新能源及弃水惩罚成本之和为目标函数,以功率平衡约束、火电机组爬坡约束、机组出力上下限约束、储能充放电功率及SOC状态约束、线路潮流约束为约束条件,进行日前经济调度,得到各台机组每日出力计划及系统限电情况。
7.根据权利要求6所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S7所述的根据步骤S6得到的日前调度数据,计算模拟年的年运行指标,具体包括如下步骤:
采用如下算式计算电力不足概率LOLP:
式中Ncut为电力系统在生产模拟周期内发生切负荷的总次数;ti为电力系统在第i次切负荷时持续的时间;T为电力系统在生产模拟周期内的总时间;
计算得到电力不足期望值LOLE为LOLE=LOLP×T;
采用如下算式计算电量不足期望值EENS:
式中Li为生产模拟周期内系统出现第i次切负荷状态的切负荷量;Nc为发生切负荷的总次数;
计算得到系统平均停电功率MOP为
采用如下算式计算得到系统分SI:
SI=EENS/Lmax×60
式中Lmax为生产模拟周期内系统的最大负荷;
采用如下算式计算风电发电量EW和光伏发电量EPV:
式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的发电量;k1为风电机组数量;
为生产模拟周期内第i台光伏发电机组在t时段的发电量;k2为光伏发电机组数量;
采用如下算式计算风电弃电量AEW和光伏弃电量AEPV:
式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的弃电量; 为生产模拟周期
内第i台光伏发电机组在t时段的弃电量;
计算得到风电弃电率ηE为
计算得到光伏弃电率ηPV为
计算得到新能源总弃电率ηnew为
8.根据权利要求7所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,其特征在于步骤S8所述的根据步骤S7得到的年运行指标,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析,具体包括如下步骤:
比较模拟年数与设置的蒙特卡洛最大模拟年数:
若模拟年数大于最大模拟年数,则退出蒙特卡洛循环;
若模拟年数小于或等于最大模拟年数,则判定是否满足序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据:若满足,则退出循环进行结果分析并输出;否则,转到步骤S3进行下一模拟年的生产模拟;
最终,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析;
其中,所述的序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据为:
式中V(F)为系统评价指标的样本方差,且 N为
仿真总年限,F(xi)为系统在第i年的评价指标结果; 为系统评价指标的样本均值,且n为仿真年限,f(xi,t)为评价系统指
标的中间函数,Fi为系统在第i年的评价指标结果,采用电量不足期望值EENS作为每年的评价指标结果;δ为收敛判据的误差给定值。
9.一种实现权利要求1~8之一所述的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法的系统,其特征在于包括数据获取模基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块;数据获取模块、基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块依次串接;数据获取模块用于获取目标高比例新能源电力系统的数据信息,并将数据上传基础模型构建模块;基础模型构建模块用于根据接收到的数据,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型,并将数据上传检修计划计算模块;检修计划计算模块用于根据接收到的数据,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划,并将数据上传机组组合计算模块;机组组合计算模块用于根据接收到的数据,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据,并将数据上传曲线计算模块;曲线计算模块用于根据接收到的数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线,并将数据上传日前调度模块;日前调度模块用于根据接收到的数据,进行模拟年内的机组日前调度,并将数据上传运行指标计算模块;运行指标计算模块用于根据接收到的数据,计算模拟年的年运行指标,并将数据上传电量平衡分析模块;电量平衡分析模块用于根据接收到的数据,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。

说明书全文

高比例新能源系统的电量平衡分析方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于电气自动化领域,具体涉及一种高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法及系统。

背景技术

[0002] 随着经济技术的发展和人们生活平的提高,电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源,给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此,保障电能的稳定可靠供应,就成为了电力系统最重要的任务之一。
[0003] 目前,随着大量新能源发电系统的并网发电,高比例新能源电力系统的电力电量平衡面临着一系列新的挑战:其一为电源出力不确定性增加:虽然新能源装机容量可能很大,但由于其随机性与波动性,新能源出力与负荷可能无法做到实时匹配,可能出现即使在最高负荷时刻能够实现平衡,但在一些新能源大量发电或者没有出力的时候可能会导致电力不能平衡;其二为电源间协调难度增大:源、网、荷、储各类电源种类较多,特性也各不相同,需要对各种电源进行精细化的建模以反映其运行特性,电力电量平衡方法协调各类电源出力难度提高;其三为电源调节能力下降:由于新能源出力的不确定性,传统电源出力需要配合新能源出力满足电力平衡要求,大规模光伏发电的接入使得日内净需求呈现“鸭子曲线”的特征,且由于新能源高比例的接入导致常规电源占比下降,对火电机组的爬坡能力提出了更高的要求。
[0004] 但是,现有的电力系统的电量平衡分析方法,依旧针对的是传统的电力系统。因此,该类方案,在面对高比例新能源电力系统的特点时,其对高比例新能源电力系统的电量平衡分析结果,存在着可靠性差和精确性差的缺陷

发明内容

[0005] 本发明的目的之一在于提供一种可靠性高且精确性好的高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法。
[0006] 本发明的目的之二在于提供一种实现所述高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法的系统。
[0007] 本发明提供的这种高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,包括如下步骤:
[0008] S1.获取目标高比例新能源电力系统的数据信息;
[0009] S2.根据步骤S1获取的数据信息,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型;
[0010] S3.根据步骤S2得到的数学模型,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划;
[0011] S4.根据步骤S3得到的检修计划,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据;
[0012] S5.根据步骤S4得到的机组组合数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线;
[0013] S6.根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,进行模拟年内的机组日前调度;
[0014] S7.根据步骤S6得到的日前调度数据,计算模拟年的年运行指标;
[0015] S8.根据步骤S7得到的年运行指标,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。
[0016] 步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据信息,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型,具体包括如下步骤:
[0017] 针对电机组:
[0018] 采用如下算式表示风电机组的实际出力:
[0019]
[0020] 式中 为风电机组t时刻的实际出力; 为风电机组t时刻的预计出力;N(0,1)为标准正态分布;
[0021] 针对光伏机组:
[0022] 采用如下算式表示光伏机组的实际出力:
[0023]
[0024] 式中 为光伏机组t时刻的实际出力; 为光伏机组t时刻的预计出力;
[0025] 对于火电机组:
[0026] 采用如下算式作为火电机组的出力约束:
[0027] Pfire,min≤Pfire,t≤Pfire,max
[0028] ‑Rd≤Pfire,t+1‑Pfire,t≤Ru
[0029]
[0030]
[0031] 式中Pfire,min为火电机组在t时刻的出力下限值;Pfire,t为火电机组在t时刻的出力值;Pfire,max为火电机组在t时刻的出力上限值;Rd为火电机组在t时刻的下爬坡速率;Ru为火电机组在t时刻的上爬坡速率;ui,k为火电机组在k时刻的开关机状态,且ui,k=1表示火电机组为开机状态,ui,k=0表示火电机组为关机状态,TS(ui,t‑1‑ui,t)为火电机组的最小关机时间,TO(ui,t‑ui,t‑1)为火电机组的最小开机时间;
[0032] 对于水电机组:
[0033] 采用三段式模型,分别给出各个水电机组在各个月份下的最大允许出力、平均出力和最小技术出力;得到水电机组全年各个月份的三段式出力,在通过计算叠加了新能源预测出力后的净负荷曲线,按照每日负荷占对应月份的比例,优化分配水电机组的每日出力;
[0034] 对于网架模型:
[0035] 采用如下算式作为网架模型:
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 式中 为各节点在t时刻的注入有功功率列向量; 为各节点在t时刻的负荷;为各节点在t时刻的限电大小; 为第i台火电机组在t时刻出力;n为火电机组台数; 为第i台水电机组在t时刻出力;m为水电机组数目; 为第i台储能机组在t时刻出力;l为储能机组数目; 为第i台新能源机组在t时刻出力;k为新能源机组数目; 为忽略支路电阻后形成的电纳系数矩阵; 为各节点在t时刻的电压列向量;
Pl,min为支路l的潮流下限值;Pl,max为支路l的潮流上限值;
[0040] 对于负荷模型:
[0041] 采用算式作为负荷模型:
[0042]
[0043] 式中 为叠加预测误差后的负荷值; 为负荷预测值;
[0044] 对于储能模型:
[0045] 采用如下算式作为储能的约束条件:
[0046] EES,min≤EES,t≤EES,max
[0047]
[0048]
[0049] nES<=nES,max
[0050]
[0051] 式中EES,min为储能电池容量下限值;EES,t为储能电池在t时刻的容量;EES,max为储能电池容量上限值;PESc,min为储能电池充电功率下限值;PESc,t为储能电池在t时刻的充电功率;PESc,max为储能电池充电功率上限值;PESdc,min为储能电池放电功率下限值;PESdc,t为储能电池在t时刻的放电功率;PESdc,max为储能电池放电功率上限值;nES为储能电池一周期内充放电状态转化次数;nES,max为储能电池一周期内充放电状态转化次数上限;SOCt为储能电池在t时刻的SOC状态值;λES为储能电池的自放电率;ηESc为储能电池充电效率;Δt为时间间隔。
[0052] 步骤S3所述的根据步骤S2得到的数学模型,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划,具体包括如下步骤:
[0053] 根据步骤S2得到的数学模型,将实际时序负荷曲线减去新能源处理实际值,得到时序净负荷曲线;
[0054] A.将参与检修的水电机组和火电机组按容量大小排序;
[0055] B.从容量最大的机组开始,找出相应维修时长内净负荷最小的时间段,将该台发电机安排在此时段进行检修并修正此时段的负荷;
[0056] C.重复步骤B直至所有机组检修安排完毕。
[0057] 步骤S4所述的根据步骤S3得到的检修计划,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据,具体包括如下步骤:
[0058] 采用如下算式作为目标函数:
[0059] min[costfire,t+costhydro,t+costES,t+costcurt,t]
[0060] 式中costfire,t为火电机组运行总费用,且n为火电机组数量,T为时刻总数,f(Pfire,i,t)
为火电机组的运行耗费用函数, 为第i台火电机组的启动费用, 为第i台火电机组的停机费用;costhydro,t为水电机组运行总费用,且 m
为水电机组数量,Chydro,i为第i台水电机组单位出力下的可变运行成本;Phydro,i,t为第i台水电 机组 在 t 时 刻 的 出 力 值 ;c o s t E S ,t 为 储 能 机组 运 行 总 费 用 ,且l为储能机组数量,CESc,i为第i台储能机
组充电时单位出力的成本,PESc,i,t为第i台储能机组在t时刻的充电出力值,CESdc,i为第i台储能机组放电时单位出力的成本,PESdc,i,t为第i台储能机组在t时刻的放电出力值;
costcurt,t为切负荷、弃新能源和弃水惩罚成本,且
CLS为切单位负荷时的经济损失,LSt
为t时刻的切负荷量,CNS为弃新能源的单位经济损失,NSt为t时刻的弃新能源量,CHS为弃水的单位经济损失,HSt为t时刻的弃水量;
[0061] 采用如下算式作为约束条件:
[0062] 功率平衡约束:
[0063]
[0064] 式中Pnew,i,t为第i台新能源机组在t时刻的出力值;PES,i,t为第i台储能机组在t时刻的出力值,且储能机组充电时PES,i,t为负值,储能机组放电时PES,i,t为正值;Pt为t时刻的总负荷值;
[0065] 热备用约束:
[0066]
[0067] 式中ui,t为第i台火电机组的开关机状态,且ui,t=1表示第i台火电机组开机,ui,t=0表示第i台火电机组关机;Pfire,i,max为第i台火电机组的最大出力值;uj,t为第j台水电机组的开关机状态,且uj,t=1表示第j台水电机组开机,uj,t=0表示第j台水电机组关机,Phydro,j,max为第j台水电机组的最大出力值;ρ为系统热备用率;
[0068] 机组出力上下限约束:
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 式中Pfire,i,min为第i台火电机组最小技术出力;Pfire,i,max为第i台火电机组最大技w,max术出力; 为第i台风电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台风电机组的最大出力值;
pv,max
为第i台光伏发电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台光伏发电机组的最大出力值;
[0073] 火电机组爬坡约束:
[0074] Pi,t‑Pi,t‑1≤ui,t‑1(Ru‑Si,u)+Si,u
[0075] Pi,t‑1‑Pi,t≤ui,t(Rd‑Si,d)+Si,d
[0076] 式中Si,u为火电机组的启动最大升速率;Si,d为火电机组的停机最大降速率;
[0077] 最小启停时间约束: 和
[0078] 储能充放电功率、容量限制、SOC状态及充放电状态转换次数约束:
[0079]
[0080] EES,min≤EES,t≤EES,max
[0081]
[0082]
[0083] nES<=nES,max
[0084] 式中UES,i,t为第i台储能机组在t时刻的储能状态,且UES,i,t=1表示储能机组放电,UES,i,t=0表示储能机组充电;SOCi,t为第i台储能机组在t时刻的SOC状态;EES,max为储能电池容量上限值;EES,min为储能电池容量下限值;
[0085] 电量平衡约束、相角约束和支路潮流上下限约束:
[0086]
[0087]
[0088]
[0089] 在约束条件下,对目标函数按日滚动进行求解,得到最终的模拟年的机组开停机状态计划安排。
[0090] 步骤S5所述的根据步骤S4得到的机组组合数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线,具体包括如下步骤:
[0091] 设定机组的平均修复时间为TMTTR,机组的平均正常运行时间为TMTTF;
[0092] 通过逆变换方法抽样得到机组正常运行时间τ2以及强迫停运时间τ1:
[0093]
[0094] 式中U1为第一随机变量,U2为第二随机变量,且U1和U2均在区间[0,1]中服从均匀分布;
[0095] 生成一个正常运行时间τ2与机组已开机时间进行比较:若τ2大于或等于机组已开机时间则表示未发生故障,继续按照原本设置好的机组开停机方式进行安排;若τ2小于机组已开机时间则表示发生故障,强制机组进入一段时间的停机状态并生成一个强迫停运时间τ1,直至τ1小于或等于已停机时间时机组恢复正常运行状态,继续按照原本计划进行开停机;
[0096] 对τ1、τ2进行交替采样得到机组时序状态曲线。
[0097] 步骤S6所述的根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,进行模拟年内的机组日前调度,具体包括如下步骤:
[0098] 根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,以火电、水电、储能机组运行费用以及切负荷、弃新能源及弃水惩罚成本之和为目标函数,以功率平衡约束、火电机组爬坡约束、机组出力上下限约束、储能充放电功率及SOC状态约束、线路潮流约束为约束条件,进行日前经济调度,得到各台机组每日出力计划及系统限电情况。
[0099] 步骤S7所述的根据步骤S6得到的日前调度数据,计算模拟年的年运行指标,具体包括如下步骤:
[0100] 采用如下算式计算电力不足概率LOLP:
[0101]
[0102] 式中Ncut为电力系统在生产模拟周期内发生切负荷的总次数;ti为电力系统在第i次切负荷时持续的时间;T为电力系统在生产模拟周期内的总时间;
[0103] 计算得到电力不足期望值LOLE为LOLE=LOLP×T;
[0104] 采用如下算式计算电量不足期望值EENS:
[0105]
[0106] 式中Li为生产模拟周期内系统出现第i次切负荷状态的切负荷量;Nc为发生切负荷的总次数;
[0107] 计算得到系统平均停电功率MOP为
[0108] 采用如下算式计算得到系统分SI:
[0109] SI=EENS/Lmax×60
[0110] 式中Lmax为生产模拟周期内系统的最大负荷;
[0111] 采用如下算式计算风电发电量EW和光伏发电量EPV:
[0112]
[0113]
[0114] 式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的发电量;k1为风电机组数量;为生产模拟周期内第i台光伏发电机组在t时段的发电量;k2为光伏发电机组数量;
[0115] 采用如下算式计算风电弃电量AEW和光伏弃电量AEPV:
[0116]
[0117]
[0118] 式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的弃电量; 为生产模拟周期内第i台光伏发电机组在t时段的弃电量;
[0119] 计算得到风电弃电率ηE为
[0120] 计算得到光伏弃电率ηPV为
[0121] 计算得到新能源总弃电率ηnew为
[0122] 步骤S8所述的根据步骤S7得到的年运行指标,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析,具体包括如下步骤:
[0123] 比较模拟年数与设置的蒙特卡洛最大模拟年数:
[0124] 若模拟年数大于最大模拟年数,则退出蒙特卡洛循环;
[0125] 若模拟年数小于或等于最大模拟年数,则判定是否满足序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据:若满足,则退出循环进行结果分析并输出;否则,转到步骤S3进行下一模拟年的生产模拟;
[0126] 最终,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析;
[0127] 其中,所述的序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据为:
[0128]
[0129] 式中V(F)为系统评价指标的样本方差,且N为仿真总年限,F(xi)为系统在第i年的评价指标结果; 为系统评价指标的样本均值,且 n为仿真年限,f(xi,t)为评价
系统指标的中间函数,Fi为系统在第i年的评价指标结果,采用电量不足期望值EENS作为每年的评价指标结果;δ为收敛判据的误差给定值。
[0130] 本发明还提供了一种实现所述高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法的系统,包括数据获取模基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块;数据获取模块、基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块依次串接;数据获取模块用于获取目标高比例新能源电力系统的数据信息,并将数据上传基础模型构建模块;基础模型构建模块用于根据接收到的数据,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型,并将数据上传检修计划计算模块;检修计划计算模块用于根据接收到的数据,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划,并将数据上传机组组合计算模块;机组组合计算模块用于根据接收到的数据,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据,并将数据上传曲线计算模块;曲线计算模块用于根据接收到的数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线,并将数据上传日前调度模块;日前调度模块用于根据接收到的数据,进行模拟年内的机组日前调度,并将数据上传运行指标计算模块;运行指标计算模块用于根据接收到的数据,计算模拟年的年运行指标,并将数据上传电量平衡分析模块;电量平衡分析模块用于根据接收到的数据,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。
[0131] 本发明公开的这种高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法及系统,建立了高比例新能源电力系统电力电量平衡分析模型,从而实现对高比例新能源电力系统电力电量平衡情况进行分析,而且本发明考虑了不确定性因素对高比例新能源电力系统随机生产模拟的影响;因此本发明不仅能够实现高比例新能源电力系统的电量平衡分析,而且可靠性更高,精确性更好。附图说明
[0132] 图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0133] 图2为本发明系统的功能模块示意图。

具体实施方式

[0134] 如图1所示为本发明方法的方法流程示意图:本发明公开的这种高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法,包括如下步骤:
[0135] 构建基于序贯蒙特卡洛的时序随机生产模拟流程,作为分析电力电量平衡问题的手段;
[0136] S1.获取目标高比例新能源电力系统的数据信息;
[0137] S2.根据步骤S1获取的数据信息,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型;具体包括如下步骤:
[0138] 针对风电机组:
[0139] 由风电预测出力与随机误差组成风电出力不确定性模型。将风电实际出力用预测风电出力叠加一个随机的波动误差来表示,假设出力误差按照预测值上下30%浮动并符合正态分布;采用如下算式表示风电机组的实际出力:
[0140]
[0141] 式中 为风电机组t时刻的实际出力; 为风电机组t时刻的预计出力;N(0,1)为标准正态分布;
[0142] 针对光伏机组:
[0143] 将光伏发电实际出力用预测光伏出力叠加一个随机的波动误差来表示,假设出力误差按照预测值上下30%浮动并符合正态分布;采用如下算式表示光伏机组的实际出力:
[0144]
[0145] 式中 为光伏机组t时刻的实际出力; 为光伏机组t时刻的预计出力;
[0146] 对于火电机组:
[0147] 由于其出力稳定可控,需要考虑的约束有出力约束、爬坡速率约束和最小启停时间约束;采用如下算式作为火电机组的出力约束:
[0148] Pfire,min≤Pfire,t≤Pfire,max
[0149] ‑Rd≤Pfire,t+1‑Pfire,t≤Ru
[0150]
[0151]
[0152] 式中Pfire,min为火电机组在t时刻的出力下限值;Pfire,t为火电机组在t时刻的出力值;Pfire,max为火电机组在t时刻的出力上限值;Rd为火电机组在t时刻的下爬坡速率;Ru为火电机组在t时刻的上爬坡速率;ui,k为火电机组在k时刻的开关机状态,且ui,k=1表示火电机组为开机状态,ui,k=0表示火电机组为关机状态,TS(ui,t‑1‑ui,t)为火电机组的最小关机时间,TO(ui,t‑ui,t‑1)为火电机组的最小开机时间;
[0153] 对于水电机组:
[0154] 采用三段式模型,分别给出各个水电机组在各个月份下的最大允许出力、平均出力和最小技术出力;得到水电机组全年各个月份的三段式出力,在通过计算叠加了新能源预测出力后的净负荷曲线,按照每日负荷占对应月份的比例,优化分配水电机组的每日出力;
[0155] 对于网架模型:
[0156] 网架中的各条支路都存在传输容量的一个上下限,支路中流过的潮流不能越限,会导致机组出力以及新能源的消纳受限。为了简化计算,采用直流潮流模型分析网架约束,包括电力平衡、相角约束、各条支路潮流上下限约束;采用如下算式作为网架模型:
[0157]
[0158]
[0159]
[0160] 式中 为各节点在t时刻的注入有功功率列向量; 为各节点在t时刻的负荷;为各节点在t时刻的限电大小; 为第i台火电机组在t时刻出力;n为火电机组台数; 为第i台水电机组在t时刻出力;m为水电机组数目; 为第i台储能机组在t时刻出力;l为储能机组数目; 为第i台新能源机组在t时刻出力;k为新能源机组数目; 为忽略支路电阻后形成的电纳系数矩阵; 为各节点在t时刻的电压相角列向量;
Pl,min为支路l的潮流下限值;Pl,max为支路l的潮流上限值;
[0161] 对于负荷模型:
[0162] 采用预测负荷值叠加一个随机误差来表示,可以表示为 其中 为叠加预测误差后的负荷值, 为负荷预测值, 为负荷预测误差;假设负荷的预测误差在预测值的上下10%范围波动,且偏差服从正态分布。而服从正态分布的随机变量X~N(μ,
2
σ),其位于(μ‑3σ,μ+3σ)区间范围内的置信水平为99.7%,因此近似认为负荷预测误差在μ±3σ范围内波动,因此最终采用算式作为负荷模型:
[0163]
[0164] 式中 为叠加预测误差后的负荷值; 为负荷预测值;
[0165] 对于储能模型:
[0166] 储能电池是一种规模较小但响应速度较快且不受地理位置限制的电源,利用它可以平滑新能源出力,以此来提高高比例新能源电力系统的灵活性。储能电池需要满足容量约束、充放电上下限约束、充放电状态转换次数约束、SOC状态约束;采用如下算式作为储能的约束条件:
[0167] EES,min≤EES,t≤EES,max
[0168]
[0169]
[0170] nES<=nES,max
[0171]
[0172] 式中EES,min为储能电池容量下限值;EES,t为储能电池在t时刻的容量;EES,max为储能电池容量上限值;PESc,min为储能电池充电功率下限值;PESc,t为储能电池在t时刻的充电功率;PESc,max为储能电池充电功率上限值;PESdc,min为储能电池放电功率下限值;PESdc,t为储能电池在t时刻的放电功率;PESdc,max为储能电池放电功率上限值;nES为储能电池一周期内充放电状态转化次数;nES,max为储能电池一周期内充放电状态转化次数上限;SOCt为储能电池在t时刻的SOC状态值;λES为储能电池的自放电率;ηESc为储能电池充电效率;Δt为时间间隔;
[0173] S3.根据步骤S2得到的数学模型,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划;具体包括如下步骤:
[0174] 根据步骤S2得到的数学模型,将实际时序负荷曲线减去新能源处理实际值,得到时序净负荷曲线;
[0175] A.将参与检修的水电机组和火电机组按容量大小排序;
[0176] B.从容量最大的机组开始,找出相应维修时长内净负荷最小的时间段,将该台发电机安排在此时段进行检修并修正此时段的负荷(在该时段内原净负荷加上该台检修发电机容量);
[0177] C.重复步骤B直至所有机组检修安排完毕;
[0178] S4.根据步骤S3得到的检修计划,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据;具体包括如下步骤:
[0179] 以考虑弃风弃光弃水惩罚的经济成本为目标函数,考虑各个约束条件按日滚动进行求解,最终得到一年的机组开停机状态计划安排;
[0180] 采用如下算式作为目标函数:
[0181] min[costfire,t+costhydro,t+costES,t+costcurt,t]
[0182] 式中costfire,t为火电机组运行总费用,且n为火电机组数量,T为时刻总数,f(Pfire,i,t)
为火电机组的运行煤耗费用函数, 为第i台火电机组的启动费用, 为第i台火电机组的停机费用;costhydro,t为水电机组运行总费用,且 m
为水电机组数量,Chydro,i为第i台水电机组单位出力下的可变运行成本;Phydro,i,t为第i台水电 机组 在 t 时 刻 的 出 力 值 ;c o s t E S ,t 为 储 能 机组 运 行 总 费 用 ,且l为储能机组数量,CESc,i为第i台储能机
组充电时单位出力的成本,PESc,i,t为第i台储能机组在t时刻的充电出力值,CESdc,i为第i台储能机组放电时单位出力的成本,PESdc,i,t为第i台储能机组在t时刻的放电出力值;
costcurt,t为切负荷、弃新能源和弃水惩罚成本,且
CLS为切单位负荷时的经济损失,LSt
为t时刻的切负荷量,CNS为弃新能源的单位经济损失,NSt为t时刻的弃新能源量,CHS为弃水的单位经济损失,HSt为t时刻的弃水量;
[0183] 采用如下算式作为约束条件:
[0184] 功率平衡约束:
[0185]
[0186] 式中Pnew,i,t为第i台新能源机组在t时刻的出力值;PES,i,t为第i台储能机组在t时刻的出力值,且储能机组充电时PES,i,t为负值,储能机组放电时PES,i,t为正值;Pt为t时刻的总负荷值;
[0187] 热备用约束:
[0188]
[0189] 式中ui,t为第i台火电机组的开关机状态,且ui,t=1表示第i台火电机组开机,ui,t=0表示第i台火电机组关机;Pfire,i,max为第i台火电机组的最大出力值;uj,t为第j台水电机组的开关机状态,且uj,t=1表示第j台水电机组开机,uj,t=0表示第j台水电机组关机,Phydro,j,max为第j台水电机组的最大出力值;ρ为系统热备用率;
[0190] 机组出力上下限约束:
[0191]
[0192]
[0193]
[0194] 式中Pfire,i,min为第i台火电机组最小技术出力;Pfire,i,max为第i台火电机组最大技w,max术出力; 为第i台风电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台风电机组的最大出力值;
pv,max
为第i台光伏发电机组在t时刻的出力值;Pi 为第i台光伏发电机组的最大出力值;
[0195] 火电机组爬坡约束:
[0196] Pi,t‑Pi,t‑1≤ui,t‑1(Ru‑Si,u)+Si,u
[0197] Pi,t‑1‑Pi,t≤ui,t(Rd‑Si,d)+Si,d
[0198] 式中Si,u为火电机组的启动最大升速率;Si,d为火电机组的停机最大降速率;
[0199] 最小启停时间约束: 和
[0200] 储能充放电功率、容量限制、SOC状态及充放电状态转换次数约束:
[0201]
[0202] EES,min≤EES,t≤EES,max
[0203]
[0204]
[0205] nES<=nES,max
[0206] 式中UES,i,t为第i台储能机组在t时刻的储能状态,且UES,i,t=1表示储能机组放电,UES,i,t=0表示储能机组充电;SOCi,t为第i台储能机组在t时刻的SOC状态;EES,max为储能电池容量上限值;EES,min为储能电池容量下限值;
[0207] 电量平衡约束、相角约束和支路潮流上下限约束:
[0208]
[0209]
[0210]
[0211] 在约束条件下,对目标函数按日滚动进行求解,得到最终的模拟年的机组开停机状态计划安排;
[0212] S5.根据步骤S4得到的机组组合数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线;具体包括如下步骤:
[0213] 考虑机组随机故障情况,认为各台机组符合两状态模型,即认为各台机组存在正常运行和强迫停运两种状态;在该模拟年内对各个机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线;
[0214] 设定机组的平均修复时间为TMTTR,机组的平均正常运行时间为TMTTF;
[0215] 通过逆变换方法抽样得到机组正常运行时间τ2以及强迫停运时间τ1:
[0216]
[0217] 式中U1为第一随机变量,U2为第二随机变量,且U1和U2均在区间[0,1]中服从均匀分布;
[0218] 生成一个正常运行时间τ2与机组已开机时间进行比较:若τ2大于或等于机组已开机时间则表示未发生故障,继续按照原本设置好的机组开停机方式进行安排;若τ2小于机组已开机时间则表示发生故障,强制机组进入一段时间的停机状态并生成一个强迫停运时间τ1,直至τ1小于或等于已停机时间时机组恢复正常运行状态,继续按照原本计划进行开停机;
[0219] 对τ1、τ2进行交替采样得到机组时序状态曲线;
[0220] S6.根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,进行模拟年内的机组日前调度;具体包括如下步骤:
[0221] 根据步骤S5得到的机组时序状态转移曲线,以火电、水电、储能机组运行费用以及切负荷、弃新能源及弃水惩罚成本之和为目标函数,以功率平衡约束、火电机组爬坡约束、机组出力上下限约束、储能充放电功率及SOC状态约束、线路潮流约束为约束条件,进行日前经济调度,得到各台机组每日出力计划及系统限电情况;
[0222] S7.根据步骤S6得到的日前调度数据,计算模拟年的年运行指标;具体包括如下步骤:
[0223] 可靠性指标:可靠性指标主要用来描述电力系统在生产模拟周期内切负荷的概率、电力、电量、时间等方面的情况,主要有电力不足概率(LOLP)、电力不足期望值(LOLE)、电量不足期望值(EENS)、系统平均停电功率(MOP)、系统分(SI);
[0224] 采用如下算式计算电力不足概率LOLP:
[0225]
[0226] 式中Ncut为电力系统在生产模拟周期内发生切负荷的总次数;ti为电力系统在第i次切负荷时持续的时间;T为电力系统在生产模拟周期内的总时间;
[0227] 计算得到电力不足期望值LOLE为LOLE=LOLP×T;
[0228] 采用如下算式计算电量不足期望值EENS:
[0229]
[0230] 式中Li为生产模拟周期内系统出现第i次切负荷状态的切负荷量;Nc为发生切负荷的总次数;
[0231] 计算得到系统平均停电功率MOP为
[0232] 采用如下算式计算得到系统分SI:
[0233] SI=EENS/Lmax×60
[0234] 式中Lmax为生产模拟周期内系统的最大负荷;
[0235] 新能源电量指标:新能源电量指标主要反映电力系统新能源的电能生产情况,主要包含风电、光伏的发电量、弃电量、弃电率等;
[0236] 采用如下算式计算风电发电量EW和光伏发电量EPV:
[0237]
[0238]
[0239] 式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的发电量;k1为风电机组数量;为生产模拟周期内第i台光伏发电机组在t时段的发电量;k2为光伏发电机组数量;
[0240] 采用如下算式计算风电弃电量AEW和光伏弃电量AEPV:
[0241]
[0242]
[0243] 式中 为生产模拟周期内第i台风电机组在t时段的弃电量; 为生产模拟周期内第i台光伏发电机组在t时段的弃电量;
[0244] 计算得到风电弃电率ηE为
[0245] 计算得到光伏弃电率ηPV为
[0246] 计算得到新能源总弃电率ηnew为
[0247] S8.根据步骤S7得到的年运行指标,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析;具体包括如下步骤:
[0248] 比较模拟年数与设置的蒙特卡洛最大模拟年数:
[0249] 若模拟年数大于最大模拟年数,则退出蒙特卡洛循环;
[0250] 若模拟年数小于或等于最大模拟年数,则判定是否满足序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据:若满足,则退出循环进行结果分析并输出;否则,转到步骤S3进行下一模拟年的生产模拟;
[0251] 最终,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析;
[0252] 其中,所述的序贯蒙特卡洛模拟法收敛判据为:
[0253]
[0254] 式中V(F)为系统评价指标的样本方差,且N为仿真总年限,F(xi)为系统在第i年的评价指标结果; 为系统评价指标的样本均值,且 n为仿真年限,f(xi,t)为评价
系统指标的中间函数,Fi为系统在第i年的评价指标结果,采用电量不足期望值EENS作为每年的评价指标结果;δ为收敛判据的误差给定值。
[0255] 本发明方法研究分析了高比例新能源电力系统中的“源网荷储”各个部分的工作运行特性并对其进行建模,建立了高比例新能源电力系统电力电量平衡分析模型,为电力电量平衡分析奠定基础;本发明方法提出了一种基于序贯蒙特卡洛的随机生产模拟方法,包括机组检修安排、机组组合、机组随机故障、日前经济调度等流程并提出了可靠性指标、新能源电量指标等生产模拟评估结果指标来对高比例新能源电力系统电力电量平衡情况进行分析;本发明方法考虑了不确定性因素对高比例新能源电力系统随机生产模拟的影响。所提出的随机生产模拟方法完全保留新能源与负荷时序信息,通过状态抽样的方法描述新能源出力与负荷波动的随机性,并抽取机组状态转移曲线模拟机组在运行过程中的持续性随机故障情况。
[0256] 以下结合一个实施例,对本发明方法进行进一步说明:
[0257] 使用某地区电网的2025年部分规划和预测数据作为算例来验证所建立的高比例新能源电力系统电力电量平衡分析模型和方法的可行性。本算例保留实际电网中220kV电压等级以上的节点,最终形成一个409节点系统,其中共有135台发电机,包括29台火电机组、21台水电机组、56台风电机组以及29台光伏机组,每台新能源机组配有一台储能电池。计算的边界条件如下:
[0258] 年负荷8760小时时序数据。该电网2025年时序负荷数据中,各个节点各个时刻的负荷预测值已知,年总最大负荷值为51500MW。
[0259] 装机规模:该电网火电的装机容量选用了2025年的火电统计信息,最终确定火电装机规模为31000MW;水电的装机容量参考了2025年规划装机容量,最终确定水电装机规模为18000MW;风电、光伏的装机容量数据考虑了规划装机容量,最终确定风电装机容量12000MW,光伏装机容量13000MW;储能机组装机容量6500MW。
[0260] 该电网2025年投运火电机组的容量信息如表1所示,表中统计火电机组29台,总容量31000MW,最小技术出力为煤电统调50%容量及部分经由灵活性改造的30%容量;
[0261] 表1 2025年电网投运火电机组容量示意表
[0262]机组名称 容量(MW) 机组名称 容量(MW)
SSH550kV 1300 YZD220 kV 1320
BQD550kV 870 XXD220 kV 800
CDD550kV 870 QYD220 kV 1350
CSD550kV 860 CD220 kV 870
JZS550kV 1580 SMY220 kV 800
PJD550kV 2640 YYY220 kV 800
QD550kV 1580 QDL220 kV 800
SMR550kV 800 BQD220 kV 870
XTD550kV 800 JZS220 kV 800
YY550kV 1580 LYD220 kV 870
YZD550kV 1320 CSD220 kV 860
XXD550kV 800 XTC220 kV 800
HYE220kV 1200 XTB220 kV 800
HYY220kV 960 ZZD220 kV 800
HDQ220kV 1300    
[0263] 电网2025年规划水电厂容量信息如表2所示,表中统计水电机组投运21台,装机容量为18000MW。
[0264] 表2 2021年电网已投运水电厂容量示意表
[0265] 水电厂名称 容量(MW) 水电厂名称 容量(MW)HMF550kV 2300 ZS220 kV 230
BS550kV 800 DFT220 kV 400
SBX550kV 1900 FT220 kV 1800
TK550kV 1540 GZ220 kV 300
WQX550kV 2400 HJD220 kV 520
DJ220kV 1100 TW220 kV 400
CTH220kV 400 WMP220 kV 400
JY220kV 580 TXD220 kV 1040
LJT220kV 300 TXX220 kV 1010
SJK220kV 210 KZ220 kV 270
SZ220kV 100    
[0266] 水电三段式出力中最大允许出力设置为在12月、1月、2月、3月时为机组容量的75%,其余月份为机组容量的100%;平均出力由月水径流量确定,该电网在4、5、6月时为汛期,因此在该时段平均出力较高;最小出力设定为零。
[0267] 新能源8760小时时序预测出力:各个节点各个时刻风电、光伏预测出力已知。
[0268] 外送8760小时预测传输功率:取省间联络线交换功率为外送功率之和。
[0269] 网架中各条支路容量限制已知。
[0270] 采用本发明方法对以上边界条件进行计算分析结果如下:
[0271] 可靠性指标结果:
[0272] 年度生产模拟可靠性指标评估结果如表3所示。
[0273] 表3可靠性指标全年计算情况示意表
[0274] 指标 全年情况缺电概率LOLP(%) 0.0228%
期望缺供电力EDNS(MW/次) 19.892475
期望缺供电量EENS(MWh/年) 39.784950
严重系统指标/系统分SI 0.04635
缺电时间期望LOLE(天/年) 0.083333
[0275] 从数据统计表中可知,电网缺电概率为0.0228%,期望缺供电力为19.892475MW每次,期望缺供电量为39.78495MWh,缺电时间期望为0.08333天,系统分指标为0.04635。
[0276] 电量平衡计算结果
[0277] 总体电量平衡计算结果如表4所示。
[0278] 表4考虑网架约束后电量平衡计算总体情况示意表
[0279]指标 全年情况
1电量需求(MWh) 252980535
2受入电量(MWh) 50262321.3
3外送电量(MWh) 0
4火电发电量(MWh) 100388921.8
5水电发电量(MWh) 64155666.58
6风电发电量(MWh) 24745872.09
7光伏发电量(MWh) 12727704.91
8风电弃电量(MWh) 902426
9光伏弃电量(MWh) 547459
10水电弃电量(MWh) 2979665.806
11限电量(MWh) 39.78495028
12电量不足(MWh) 39.78495028
13火电利用小时(h) 3580.466111
14水电利用小时(h) 3564.203699
15风电利用小时(h) 2062.156008
16光伏利用小时(h) 979.0542238
17全年弃风率 0.035184635
18全年弃光率 0.04123934
19全年弃水率 0.044382975
20全年风光弃电率 0.037249641
[0280] 可以看到全年电网内部负荷需求2529.8亿度,省间联络线年输送电力502.6亿度,供电不足(限电)39785万度,缺电概率0.0228%,其中火电发电量1003.89亿度,水电年发电量641.56亿度,风电年发电量247.46亿度,光伏发电量127.28亿度,火电利用小时数3580.5小时,水电3580.47小时,风电2062.2小时,光伏979.1小时。
[0281] 该电网考虑网架约束情况后逐月电量平衡计算结果如表5、表6所示。
[0282] 表5考虑网架约束后电量平衡逐月情况(1‑6月)示意表
[0283]指标 1月 2月 3月 4月 5月 6月
1 25321740 16839678 19748241 17097648 13768015 15284932
2 4656477 4169541 2017417 2012887 2532642 2616014
3 0 0 0 0 0 0
4 14121834 5180246 7416846 3395895 2210 793872
5 4586620 5047323 6649978 7700637 7571499 8884036
6 1548239 2050809 2605455 2867798 2686691 1700124
7 411074 352198 1031997 1124726 975079 1293849
8 11123 52573 28132 2006 469972 9365
9 1976 1987 11762 1664 178334 11165
10 0 0 0 41558 2611524 326583
11 0 0 0 0 0 0
12 0 0 0 0 0 0
13 503.67 184.76 264.53 121.12 0.079 28.31
14 254.81 280.41 369.44 427.81 420.64 493.56
15 129.02 170.90 217.12 238.98 223.89 141.68
16 31.62 27.09 79.38 86.52 75.01 99.53
[0284] 表6考虑网架约束后电量平衡逐月情况(7‑12月)示意表
[0285] 指标 1月 2月 3月 4月 5月 6月1 24753422 29239191 22913081 20986764 21598938 25428882
2 6078187 6038257 5409236 5466690 4651933 4613040
3 0 0 0 0 0 0
4 8377486 14023856 10077762 10084149 11615119 15299646
5 7165427 5624730 3806989 2238790 2535935 2343704
6 1458354 1699447 1909633 2035698 1920975 2262649
7 1550822 1653032 1510024 1050249 864809 909845
8 22976 87559 81237 113378 12673 11432
9 100762 112271 119227 3772 2441 2098
10 0 0 0 0 0 0
11 0 39.78 0 0 0 0
12 0 39.78 0 0 0 0
13 298.79 500.17 359.43 359.66 414.26 545.68
14 398.08 312.48 211.50 124.38 140.89 130.21
15 121.53 141.62 159.14 169.64 160.08 188.55
16 119.29 127.16 116.16 80.79 66.52 69.99
[0286] 从表中可以看出一年中该电网各类电源发电能力随季节波动性大,负荷表现为夏、冬高峰,风电为春、秋高峰,光伏发电为夏、秋高峰,水电在4、5、6月汛期时高峰。从逐月发电量的角度来看,6月水电发电量为88.8亿度占该月总电量需求的58%,但秋、冬季难以支撑电量平衡,12月水电发电量仅23.43亿度,占该月总电量需求的9.2%。从机组利用小时数的角度来看,第四季度水电机组利用小时数小于150小时,第二季度水电机组利用小时数大于420小时,比第一季度各月利用小时数的2倍还多。同时,新能源出力也具备季节性,光伏出力主要集中在夏季,风电则在春秋季发电量较大。火电机组出力受其他各类电源发电量与负荷月度分布影响,冬季负荷需求大且风光水发电量不足时,火电机组利用小时数达545小时。
[0287] 逐月最大负荷平衡情况:
[0288] 表7展示了考虑网架约束后该电网逐月最大负荷时刻平衡情况,日期表示每月最大负荷时刻出现所在的日期,以及对应时刻的负荷值,表中单位均为兆瓦或兆瓦时,表中对应计算了每月最大负荷时刻电力平衡计算情况,包括机组检修情况,备用需求,电力负荷需求,火电发电量,水电发电量、风电发电量、光伏发电量以及储能工作情况,系统电力盈亏计算结果等信息。
[0289] 表7考虑网架约束后逐月最大负荷时刻平衡情况示意表
[0290]
[0291]
[0292] 从表中可以看出夏季(7、8月份)最大负荷所在日风电出力较低,仅占该日所需电力的2.49%与3.21%,对电力平衡的支撑能力有限。光伏发电仅在4月负荷最大时刻时有较大输出,体现了光伏发电的随机性,在每月负荷最大日时光照条件不一定能支持光伏输出较大电力。相比光伏发电,储能较为可控,全年有在6个月的负荷最大日时发电,充分起到了调峰的作用。同时,10月最大负荷所在日的外送电力占该日所需电力的24.85%,仅两个月占低于10%,其余月份最大负荷所在日外送电力占所需电力的比例均大于10%,是电力需求较大时实现电力平衡的重要手段。
[0293] 逐月最大电力亏损平衡情况:
[0294] 表8展示了考虑网架约束后该电网逐月最大电力亏损平衡情况:
[0295] 表8考虑网架约束后逐月最大电力亏损平衡情况示意表
[0296]
[0297] 日期表示每月最大电力亏损(最小电力供应盈余时刻)出现所在的日期,以及对应时刻的负荷值,表中单位均为兆瓦或兆瓦时,表中对应计算了每月最大电力亏损时刻电力平衡计算情况,包括机组检修情况,备用需求,电力负荷需求,火电发电量,水电发电量、风电发电量、光伏发电量以及储能工作情况,系统电力盈亏计算结果等信息。其中,存在电量亏损的月份为8月,剩余月份中均未出现切电量亏损,这是因为八月负荷需求最大,容易出现电力亏损。
[0298] 新能源、水电消纳情况:
[0299] 该电网水平年内的新能源总体消纳情况如表9所示:
[0300] 表9新能源消纳能力总体情况示意表
[0301]类型 年消纳率 年弃电率
风电 96.48% 3.52%
光伏 95.88% 4.12%
总体 96.28% 3.72%
[0302] 经测算,电网全年风电整体消纳率为96.48%,光伏整体消纳率为95.88%,新能源总体消纳率为96.28%,弃电率为3.72%;
[0303] 在新能源消纳的同时,存在一定程度的弃水问题,所得电网水平年内的风光水总体消纳情况如表10所示:
[0304] 表10风光水消纳能力总体情况示意表
[0305] 类型 年消纳率 年弃电率风光 96.28% 3.72%
水电 95.56% 4.44%
总体 95.82% 4.18%
[0306] 全年水电整体消纳率为95.56%,弃水率为4.44%,全年风光水总体消纳率为95.82%,弃电率为4.18%,为应对新能源出力随机性与波动性以及网架潮流约束的限制并配合火电机组满足调峰需求,水电、风电及光伏弃电率均不超过5%。
[0307] 如图2所示为本发明系统的功能模块示意图:本发明公开的这种实现所述高比例新能源电力系统的电量平衡分析方法的系统,包括数据获取模块、基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块;数据获取模块、基础模型构建模块、检修计划计算模块、机组组合计算模块、曲线计算模块、日前调度模块、运行指标计算模块和电量平衡分析模块依次串接;数据获取模块用于获取目标高比例新能源电力系统的数据信息,并将数据上传基础模型构建模块;基础模型构建模块用于根据接收到的数据,建立源‑网‑荷‑储各个部分的数学模型,并将数据上传检修计划计算模块;检修计划计算模块用于根据接收到的数据,安排目标高比例新能源电力系统中水电机组和火电机组的检修计划,并将数据上传机组组合计算模块;机组组合计算模块用于根据接收到的数据,计算得到模拟年内的机组开停机状态的机组组合数据,并将数据上传曲线计算模块;曲线计算模块用于根据接收到的数据,对模拟年内的机组状态进行随机抽样,得到机组时序状态转移曲线,并将数据上传日前调度模块;日前调度模块用于根据接收到的数据,进行模拟年内的机组日前调度,并将数据上传运行指标计算模块;运行指标计算模块用于根据接收到的数据,计算模拟年的年运行指标,并将数据上传电量平衡分析模块;电量平衡分析模块用于根据接收到的数据,完成高比例新能源电力系统的电量平衡分析。
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