一种考虑特高压直流接入的电网调峰运行预测方法与流程

本发明一种考虑特高压直流接入的电网调峰运行预测方法，属于考虑特高压直流接入的电网调度领域。

背景技术：
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随着特高压直流接入电网，电网的运行更加复杂，调峰问题进一步加剧，亟需研究特高压直流接入对电网调峰的影响及其应对措施。目前，对特高压直流接入的电网调峰评估方法中，特高压直流一般按照定有功功率的运行方式进行处理，并且以备用容量或者调峰盈余作为指标来评估电网的调峰能力。以备用容量评估电网的调峰能力，即先求出电网所能提供的备用容量，再将电力系统所能提供的备用容量和所需求的备用容量进行对比，从而评估电网调峰平衡情况的优劣。以调峰盈余评估电网的调峰能力，则是根据电源的调峰能力、负荷峰谷差和备用容量求出调峰盈余，根据调峰盈余容量的大小对电网的调峰能力进行评估。

传统的评估方法中特高压以定有功功率方式运行，会给电力系统的调峰带来巨大压力。并且仅以备用负荷或调峰盈余作为单一评价指标对调峰方案进行评估，难以适应复杂调峰运行方式的需求，无法对电网的调峰能力做出全面，科学的评价。

技术实现要素：
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本文提供了一种考虑特高压直流接入的电网调峰评估运行预测方法，引入调峰裕度和弃电量两个新的评估指标，在调峰盈余为正时，以调峰裕度最大化为目标；在调峰盈余为负的时候，以弃电量最小为目标构建评估模型，逐月校核调峰平衡情况，根据校核结果分月制定特高压直流的调峰运行方式。

本发明所采用的技术方案为：

一种考虑特高压直流接入的电网调峰运行预测方法，包括以下步骤：

步骤1：确定考虑特高压直流接入的调峰评估指标；

步骤1.1：计算出历史当月负荷高峰时段电力系统的调峰盈余容量H和负荷低谷时段电力系统的调峰盈余容量D；

负荷高峰时段电力系统调峰盈余容量H为

H＝P_Omax-P_Fmax-P_LR-P_ER (1)

负荷低谷时段电力系统调峰盈余容量D为

D＝P_Fmin-P_Omin-P_SR (2)

式中：P_Fmax和P_Fmin分别为电力系统的最高、最低发电负荷；P_Omax和P_Omin分别为电力系统所有出力可控电源同一时段最大、最小可调出力；P_LR为负荷备用(热备用)；P_ER为事故备用(热备用)；P_SR为负旋转备用。

步骤1.2：对历史当月负荷高峰时段电力系统的调峰盈余容量H和负荷低谷时段电力系统的调峰盈余容量D的正负进行判断，确定合适的调峰评估指标：

1)当历史对应月负荷高峰时期的调峰盈余和负荷低谷时期的调峰盈余同时为正时，以调峰裕度η作为调峰评估指标；

2)当历史对应月负荷低谷时期调峰盈余不足时，此时调峰裕度为零，以月弃电量B作为调峰评估指标；

步骤2：建立以调峰裕度最大化或弃电量最小化为目标的数学模型，预测当月电网调峰方案；

步骤2.1：根据当月的调峰情况将调峰裕度的最大值或弃电量的最小值作为目标函数，建立特高压直流运行曲线优化策略数学模型；

步骤2.2：基于分段建模理论，预测当月调峰方案；

待预测的当月对应的历史月份以调峰裕度作为评估指标时，依次比较在不同特高压直流运行方式下对应历史月份调峰裕度的大小，将调峰裕度最大的情况对应的特高压直流运行方式作为当月最优调峰方案；

待预测的当月对应的历史月份以弃电量作为评估指标时，依次比较在不同特高压直流运行方式下对应历史月份弃电量的大小，将弃电量最小的情况对应的特高压直流运行方式作为当月最优调峰方案。

进一步地，所述建立特高压直流运行曲线优化策略数学模型如下：

式中：Ω为调峰方案个数的取值空间，T为月份的取值空间，和分别为t月不同调峰方案i下的调峰裕度和月弃电量，K_t为t月的调峰裕度或弃电量。

进一步地，所述调峰裕度η的表达式如下：

调峰裕度η的具体求解过程如下：

①计算电力系统调峰总盈余量；

电力系统调峰总盈余容量S为

S＝H+D (3)

将式(1)和式(2)代入式(3)可得

S＝(P_Omax-P_Omin)-(P_Fmax-P_Fmin)-(P_LR+P_ER+P_SR)(4)

设变量ΔP_O、ΔP_F、P_R

ΔP_O＝P_Omax-P_Omin(5)

ΔP_F＝P_Fmax-P_Fmin(6)

P_R＝P_LR+P_ER+P_SR(7)

式中：ΔP_O为出力可控电源最大调峰能力，ΔP_F为负荷的最大峰谷差，P_R为电力系统所需的总备用。

式(4)可以变为

S＝ΔP_O-ΔP_F-P_R(8)

②计算负荷最大峰谷差值，即如公式(6)所示；

③由调峰总盈余量和负荷最大峰谷差的比值得到调峰裕度。

其中，S为电力系统调峰总盈余容量，ΔP_F为负荷的最大峰谷差。

进一步地，所述月弃电量B的表达式如下：

B＝E×n×α

其中，E表示日弃电量，t₁和t₂分别为典型日负荷低于最低出力的起始时间和终止时间，p为低谷最小出力，f(x)为典型日负荷曲线的数学表达式；n为该月份的天数，α为负荷特性系数，通过不同月份的负荷特性曲线确定。

月弃电量B的具体求解过程如下：

①计算典型日弃电量；

典型日弃电量E为

式中：p为低谷最小出力；f(x)为典型日负荷曲线的数学表达式；t₁和t₂分别为典型日负荷低于最低出力的起始时间和终止时间。

②由典型日弃电量乘以比例系数得到月弃电量。

月弃电量B为

B＝E×n×α

式中：E为典型日弃电量；n为该月份的天数；α为负荷特性系数，通过不同月份的负荷特性曲线确定。

与现有方法相比，本发明提出的一种考虑特高压直流接入的电网调峰运行预测方法，具有以下优点和有益效果：

1)同时考虑调峰盈余和峰谷差两个因素，引入调峰裕度作为调峰评估指标，比只用调峰盈余来评估更加合理和科学。

2)针对特高压直流接入后可能引起的部分月份调峰盈余缺额的情况，引入弃电量作为调峰评估指标，来衡量低谷盈余不足时的调峰情况，考虑更加全面。

3)以调峰裕度最大化和弃电量最小化双重目标作为调峰目标，在保证电网可靠运行的同时提高经济性。

4)基于分段建模理论，逐月校核调峰情况，分别得到各个月对应的最优调峰方案，有效改善了以往特高压按定功率运行给电力系统调峰带来巨大压力的状况。

附图说明：

图1为本发明典型日弃电量的示意图；

图2为本发明所述方法的流程图；

图3为本发明实施例中的调峰盈余对比图；

图4为本发明实施例中的调峰裕度对比图；

图5为本发明实施例中的弃电量对比图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图2所示，一种考虑特高压直流接入的电网调峰运行预测方法，包括以下步骤：

步骤1：考虑特高压直流接入的调峰评估指标的确定

步骤1.1：根据调峰平衡情况分别计算出负荷高峰时段电力系统的调峰盈余容量和负荷低谷时段电力系统的调峰盈余容量：

负荷高峰时段电力系统调峰盈余容量H为

H＝P_Omax-P_Fmax-P_LR-P_ER (1)

负荷低谷时段电力系统调峰盈余容量D为

D＝P_Fmin-P_Omin-P_SR (2)

式中：P_Fmax和P_Fmin分别为电力系统的最高、最低发电负荷；P_Omax和P_Omin分别为电力系统所有出力可控电源同一时段最大、最小可调出力；P_LR为负荷备用(热备用)；P_ER为事故备用(热备用)；P_SR为负旋转备用。

步骤1.2：对负荷高峰时段电力系统的调峰盈余容量和负荷低谷时段电力系统的调峰盈余容量进行分析判断，确定合适的调峰评估指标：

当负荷高峰时期的调峰盈余和负荷低谷时期的调峰盈余同时为正时，同时考虑调峰盈余和峰谷差两个因素，引入调峰裕度作为调峰评估指标。

电力系统调峰总盈余容量S为

S＝H+D (3)

将式(1)和式(2)代入式(3)可得

S＝(P_Omax-P_Omin)-(P_Fmax-P_Fmin)-(P_LR+P_ER+P_SR) (4)

设变量ΔP_O、ΔP_F、P_R

ΔP_O＝P_Omax-P_Omin (5)

ΔP_F＝P_Fmax-P_Fmin (6)

P_R＝P_LR+P_ER+P_SR (7)

式中：ΔP_O为出力可控电源最大调峰能力，ΔP_F为负荷的最大峰谷差，P_R为电力系统所需的总备用。

式(4)可以变为

S＝ΔP_O-ΔP_F-P_R (8)

由此可得调峰裕度为

当负荷低谷时期调峰盈余不足时，此时调峰裕度为零，以弃电量作为调峰评估指标评估电网的调峰能力。

典型日弃电量E定义式为：

其中：t₁和t₂分别为典型日负荷低于最低出力的起始时间和终止时间，p为低谷最小出力，f(x)为典型日负荷曲线的数学表达式，典型日弃电量如图1所示。

通过典型日弃电量得到月弃电量B，定义为：

B＝E×n×α (11)

其中：E为典型日弃电量，n为该月份的天数，α为系数，通过不同月份的负荷特性曲线确定。

步骤2：考虑特高压直流多种运行方式，对于不同月份的调峰情况，建立以调峰裕度最大化和弃电量最小化为目标的数学模型。

基于分段建模的特高压直流运行曲线优化策略数学模型如下：

式中：Ω为调峰方案个数的取值空间，T为月份的取值空间，和分别为t月调峰方案i下的调峰裕度和月弃电量，K_t为t月的调峰裕度或弃电量。

步骤3：利用调峰裕度和弃电量作为评估指标，并基于上述建立的数学模型，提出了一种考虑特高压直流接入的电网调峰优化方法。

步骤3.1：从每年的1月开始，计算出当月不同调峰方案下负荷高峰时段的调峰盈余量和负荷低谷时段的调峰盈余量。

步骤3.2：对待预测当月对应的负荷高峰时期和低谷时期的调峰盈余的正负进行判断。同时为正时，以调峰裕度作为评估指标，比较不同方案下的调峰裕度，将调峰裕度最大值对应的调峰方案作为当月的调峰方案；当负荷低谷时期的调峰盈余为负，即存在调峰缺额的情况时，以弃电量作为评估指标，比较不同方案下的弃电量，将弃电量最小值对应的调峰方案作为当月的调峰方案。

步骤3.3：基于分段建模理论，对1月至12月的调峰情况进行逐月校核，分别得到各个月对应的最优调峰方案，从而形成一种新的调峰方案。

通过上述步骤，完成考虑特高压接入的电网调峰评估并制定出优化方法。

实施例：

本发明以酒泉-湖南特高压直流工程为例，对酒湖特高压直流接入湖南电网的调峰情况进行具体分析。酒湖特高压输送电力容量最小为1000MW，最大为4000MW。结合湖南电网的负荷需求以及酒湖特高压直流的送电能力，将酒湖特高压直流的运行方案分为参与调峰和不参与调峰两种情况。

酒湖直流不参与调峰时，设置两种运行方式。方式一：酒湖直流按最小容量输送电能，即1000MW。方式二：酒湖直流按最大容量输送电能，即4000MW。

酒湖直流参与调峰时，设置三种运行方式。方式三：酒湖直流在0点-8点按1000MW输送电能，8点-24点按4000MW输送电能。方式四：酒湖直流在0点-8点按1500MW输送电能，8点-24点按3500MW输送电能。方式五：酒湖直流在0点-8点按2000MW输送电能，8点-24点按3000MW输送电能。

作出2017年湖南电网各个月份的调峰盈余对比图，如图3所示。由图3可以看出在1月、2月以及8月-12月低谷盈余为正，以调峰裕度作为评估指标；在3-7月存在低谷盈余不足的情况，以弃电量作为评估指标。根据本发明提供的电网调峰运行预测方法，对2017年湖南电网在五种特高压直流运行方式下的调峰平衡具体分析可得，在1月、2月以及9月-12月以方式三运行时调峰裕度最大，在8月以方式四运行时调峰裕度最大，而在3月-7月均存在盈余缺额的情况，以方式一运行时弃电量最小。

基于前五种方式，形成一种新的调峰方式作为方式六。方式六中，酒湖特高压直流在1～2月和9～12月的低谷时段(0点～8点)送电1000MW，高峰时段(8点～24点)送电4000MW；3～7月全天24h均送电1000MW，8月的低谷时段(0点～8点)送电1500MW，高峰时段(8点～24点)送电3500MW。

作出2017年六种方式的湖南电网调峰裕度对比图，如图4所示。

由图4可知：除去3月-7月存在调峰盈余缺额的情况，其它月份以方式六运行时电力系统的调峰裕度在全部方式中最大。

作出2017年六种方式的湖南电网弃电量对比图，如图5所示。

由图5可知：在存在调峰盈余缺额的月份，以方式六运行时，其弃电量与方式一相同，在全部方式中弃电量最小。

由前述分析可知，2017年酒湖特高压直流按照优化后的方式六运行，同前五种方式相比，达到了调峰裕度最大化和弃电量最小化的双重目标。在确保湖南电网电力可靠供应的同时，经济性也得到了较好的提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。