一种长距离输电型电网光伏最大消纳能力的确定方法与流程

本发明涉及一种长距离输电型电网光伏最大消纳能力的确定方法，属于新能源发电技术中的电源规划技术领域。

背景技术：

大型并网光伏电站不仅能够为公共电网提供数量可观的清洁电力，而且有利于新型光伏发电技术的规模化应用，促进光伏发电成本降低。但近年来西北部分地区光伏电站装机规划容量超过预期，供应的电能已经远远超过地区需求，导致电能送出压力增大，不可避免地降低了该地区的光伏消纳率，弃光现象严重。与此同时光伏发电的天然波动性与随机性也对电力系统安全稳定运行带来更大的挑战，因此大规模光伏电站并网消纳能力的问题逐渐引起了研究人员的重视。

为更大能力消纳新能源电力并杜绝严重的弃光现象，缓解电网新能源严重受限的矛盾，目前已有相关研究表明调整电厂火电开机方式可促进新能源的消纳。考虑到新疆、甘肃等地区具有较丰富的水电资源，将水电、火电和光电联合运行，可利用水力和火力发电的可调节能力，通过经济调度的方式促进清洁及可再生能源的并网，减少弃光量，增加并网效益。但当并网光伏电站容量达到较高水平时，在多种电源经济调度后依旧会出现弃光现象。尤其是在新疆、甘肃等地区，电网网架结构相对薄弱、负荷水平较低，因此电网网架结构成为光伏电站并网运行的重要约束，因此有必要研究地区的光伏最大消纳量或并网光伏电站的极限容量，为大型光伏电站的容量规划提供依据。

目前国内光伏最大消纳量确定方法并不完善，通常只针对单独的光伏电站的安全性角度出发，没有考虑与其他类型电源的联合调度，或是简单地采用数学优化方法，其结果通常是满足特殊条件或极端条件下，导致光伏最大消纳量的确定存在一定偏差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种考虑断面功率约束并利用多种电源优化调度结果的长距离输电型电网光伏最大消纳能力的确定方法。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种长距离输电型电网光伏最大消纳能力的确定方法，包括如下步骤：

(1)利用潮流和稳定计算软件对长距离输电型电网各主要断面进行n-1故障分析，校核系统的安全性，以此确定各断面功率传输的极限值。

(2)根据历史运行水文信息及各地区负荷信息确定日前调度计划下考虑库容及灌溉需求的可利用水电和各地区负荷曲线，根据功率预测信息确定日前调度计划下的光电发电功率、根据电网运行的火电机组检修计划及断面功率约束经系统安全稳定性校核后确定火电最小开机方式；设定优化调度模型中光伏发电的初始比例。

火电最小开机方式的确定是根据夜间长距离输电型电网各断面功率不超过受入极限方式下的各地区火电机组最小开机量。

(3)以水电、光电及火电多电源系统并网效益最大化和光伏消纳最大化为目标构建优化模型，优化求解当前光伏开机比例下水电、光电及火电各自的输出功率，计算此时光伏消纳率；

其中优化目标函数为

式中：t为日调度总时段；ns为区域光伏电站总数；nw为区域水电机组总数；ps.i.t为光伏电站i在t时段的输出功率；pw.i.t为水电机组i在t时段的输出功率；cs和cw分别为光伏发电和水力发电的效益；

约束条件为：

pw.i.min≤pw.i.t≤pw.i.max(i＝1,2,...,nw)

pg.i.min≤pg.i.t≤pg.i.max(i＝1,2,...,ng)

式中，为光伏电站i在t时刻的预测出力；pw.i.max与pw.i.min分别为考虑来水、灌溉等因素水电机组i的出力上下限；pg.i.max与pg.i.min分别为当前开机方式下火电机组i出力上下限，pg.i.t为火电机组i在t时刻的调度出力，ng为区域火电机组数量；rdw.i和ruw.i分别为调度时段t内水电机组i减载和加载的速率限制，rdg.i和rug,i分别为火电机组i减载和加载的速率限制；pi.max为第i个断面的外送功率极限，pi.min为断面i受入功率极限，pl.i.t为地区i在t时刻的负荷，m为重要断面个数。

(4)判断当前光伏装机比例下优化调度后光伏消纳率是否满足系统需求，若是，则增加优化互补模型中光伏的装机比例并返回步骤(3)；若否，则结束。

本发明提出了一种长距离输电型电网光伏最大消纳能力的确定方法，该方法考虑实际工程中电网安全稳定校核的结果确定各类约束条件并结合优化的思想，以提高光伏消纳能力和并网效益最大化为优化目标，优化光伏电站的输出功率，并以光伏消纳率为指标确定潮流运行方式复杂的长距离输电型电网的光伏最大消纳量。与现有方法相比，结合安全校核并采用多种电源优化调度后的光伏消纳率为指标使计算结果更符合实际运行情况，光伏最大消纳量的确定有助于地区光伏电站装机容量的规划。

附图说明

图1为本发明方法的总流程图。

图2为新疆电网南部地区地理接线图。

图3为和田地区夏季典型日负荷曲线图。

图4为疆南地区夏季典型日负荷曲线图。

图5为阿克苏地区夏季典型日负荷曲线图。

图6为实施例和田地区优化调度后光伏输出功率图。

图7为实施例和田地区优化调度后水电输出功率图。

图8为实施例和田地区优化调度后火电输出功率图。

图9为实施例和田地区和田不同光伏容量时的消纳比例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图2为新疆电网南部地区地理接线图，南疆地区相对新疆主网是一个典型的长距离输电型电网，主要分为和田、疆南、阿克苏地区。

和田、疆南、阿克苏地区夏季典型日负荷曲线分别如图3、图4、图5所示。南疆地区各常规电源参数如下表所示：

根据南疆电网n-1系统稳定性校验结果得南疆各断面传输功率极限如下表所示

水电和光伏电价分别为0.54元/kwh和0.9元/kwh。初始优化调度时，假设南疆和田、疆南及阿克苏地区光伏开机有以下两种方式，

采用本文所述的优化调度方法，对各地区水电、光伏、火电输出功率优化，如图1所示:

(1)利用电力系统分析综合程序软件(psaps)中的潮流和稳定计算功能对长距离输电型电网各主要断面进行n-1故障分析，校核系统的安全性，以此确定各断面功率传输的极限值。

(2)根据历史运行水文信息及各地区负荷信息确定日前调度计划下考虑库容及灌溉需求的可利用水电和各地区负荷曲线，根据功率预测信息确定日前调度计划下的光电发电功率、根据电网运行的火电机组检修计划及断面功率约束经系统安全稳定性校核后确定火电最小开机方式；设定优化调度模型中光伏发电的初始比例。

火电最小开机方式的确定是根据夜间长距离输电型电网各断面功率不超过受入极限方式下的各地区火电机组最小开机量。

(3)以水电、光电及火电多电源系统并网效益最大化和光伏消纳最大化为目标构建优化模型，优化求解当前光伏开机比例下水电、光电及火电各自的输出功率，计算此时光伏消纳率；

其中优化目标函数为

式中：t为日调度总时段；ns为区域光伏电站总数；nw为区域水电机组总数；ps.i.t为光伏电站i在t时段的输出功率；pw.i.t为水电机组i在t时段的输出功率；cs和cw分别为光伏发电和水力发电的效益；

约束条件为：

pw.i.min≤pw.i.t≤pw.i.max(i＝1,2,...,nw)

pg.i.min≤pg.i.t≤pg.i.max(i＝1,2,...,ng)

式中，为光伏电站i在t时刻的预测出力；pw.i.max与pw.i.min分别为考虑来水、灌溉等因素水电机组i的出力上下限；pg.i.max与pg.i.min分别为当前开机方式下火电机组i出力上下限，pg.i.t为火电机组i在t时刻的调度出力，ng为区域火电机组数量；rdw.i和ruw.i分别为调度时段t内水电机组i减载和加载的速率限制，rdg.i和rug,i分别为火电机组i减载和加载的速率限制；pi.max为第i个断面的外送功率极限，pi.min为断面i受入功率极限，pl.i.t为地区i在t时刻的负荷，m为重要断面个数。

(4)判断当前光伏装机比例下优化调度后光伏消纳率是否满足系统需求，若是，则增加优化互补模型中光伏的装机比例并返回步骤(3)；若否，则结束。

采用上述的优化调度方法，得到方式1和2的优化结果如下表所示

方式2下，南疆和田地区出现了弃光现象，和田地区各类型电源输出功率的优化调度结果如图6、7、8所示。和田地区出现弃光现象表明该地区光伏开机装机容量过高，而方式1中光伏可全部消纳。

图9为在方式1基础上逐渐增大和田地区光伏开机量所得光伏电站容量与光伏消纳比例的关系图。可以看出，南疆地区最多可全额消纳光伏430mw，当光伏接入容量超过430mw时开始出现弃光现象，反应出和田至疆南断面外送功率达到极限的情况，当光伏接入容量超过430mw时，随着外送断面功率极限的限制，弃光量逐渐增大，光伏消纳比例不断减小。因此可根据系统对和田地区光伏消纳率指标的要求确定和田地区光伏最大消纳量，并以此为依据合理规划和田地区光伏装机容量。同理可得疆南和阿克苏地区光伏装机容量的确定思路。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。