用于水电资源丰富地区省级电网风力发电消纳能力的算法
【专利摘要】本发明属于电网调度计算【技术领域】，尤其涉及一种用于水电资源丰富地区省级电网风力发电消纳能力的算法，本计算方法从省级电力系统调度与调峰的角度出发，通过预测未来新增水电、火电和新能源电源情况，根据蒙特卡洛随机概率分析方法预测风电同时率；根据历史数据和气象条件预测水电并网发电出力；通过历史数据抽样，计算风电水电联合概率分布，分析水电和风电的相关性，得到用于计算省级电网最小开机方式和风电消纳能力的水电和风电的时间序列功率输出；在此基础上优化计算电网的最小开机方式，得到电网可调峰容量空间，从而进行全年滚动计算电网可调峰容量空间消纳并网风力发电出力的能力，得到未来系统全年较为精确的弃风量。
【专利说明】用于水电资源丰富地区省级电网风力发电消纳能力的算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电网调度计算【技术领域】，尤其涉及一种用于水电资源丰富地区省级电 网风力发电消纳能力的算法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国风力发电产业飞速发展，2013年新增风力发电装机容量16088. 7MW， 同比增长24. 1% ;累计装机容量91412. 89MW，同比增长21. 4%，新增装机和累计装机两项 数据均居世界第一。大量风力发电并网造成电力系统消纳能力不足，"弃风限风"现象经常 发生，造成风电利用小时数的降低，经济损失巨大，2013年弃风量达到150亿千瓦时，经济 损失巨大。因此研究电网对于风力发电的消纳吸收能力得到越来越多的关注，特别是省级 及其以上的区域大电网。
[0003] 电力系统运行时必须时刻保持发电和用电平衡，否则就会造成频率或电压的偏 移。风力发电并网后，由于其出力的随机不确定性，增加了系统发电和用电的平衡难度，特 别是当系统中风电的比例比较高时，系统中其他电源必须时刻为风电备用，风电出力大时， 其他电源降低出力，风电出力小时，其他电源增加出力，以维持系统实时平衡。
[0004] 电力系统消纳风力发电能力的计算与评估是电力系统规划及运行调度的重要基 础，需要从电源结构、负荷特性、外送能力、风电特性、市场和经济手段等方面综合分析决 策。省级电网包含各类不同机组，火电、水电、风电装机动态增长，难以有效预测电网调峰空 间，定量的计算省级电网对于风电消纳能力是一项技术难题。水力发电作为一种清洁的可 再生能源发电，输出功率较为稳定，应尽量优先调度；对于水电资源丰富的省级电网，在丰 水大发期将会影响风电的消纳。随着经济发展，特别是第三产业比重的快速增长，和城乡居 民生活水平的提高，省级电网峰谷差迅速增长；特别近年来出现的干旱和洪涝急转极端气 候，削弱了同一流域水电机组的调峰能力，电网一般采用火电机组启停及深度调峰、抽水蓄 能电站抽水、调整外部电网联络线网间交易电量等多种手段进行调峰。大量风力发电并网 增加系统备用容量，调峰电源是平衡风电波动的必要条件。在进行省级电网调度时，需要优 先保证水电的上网，特别是水电资源丰富的区域，水电的不可调节性会影响风电的消纳，同 时电网调峰增加了火电机组低负荷运行时间。
[0005] 针对目前电网中风电消纳能力主要集中在定性分析方面，定量评估计算方法较少 的现状，特别是省级电网的风电消纳能力的定量计算需要考虑系统整体的运行调度与调峰 备用，对于水电资源丰富的省份，风电的消纳能力受到水电的影响，如何定量分析面临困 难。本发明提出一种基于电网最小负荷和最小开机方式的利用电网调峰空间消纳并网风力 发电能力的全年滚动计算方法，在精确预测未来省级电网新增水电、火电和新能源电源情 况，精确预测风电并网装机规模以及风电同时率，并且精确预测负荷增长情况的基础上，通 过历史数据抽样，计算风电水电联合概率分布，分析水电和风电的相关性，优化计算电网的 最小开机方式，得到电网可调峰容量空间，全年滚动计算风力发电的消纳能力，用以解决包 含丰富水电资源地区省级电网对于风力发电消纳吸收能力的定量评估与计算方法的这一 技术难题。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提出了一种用于水电资源丰富地区省级电网风力发电消纳 能力的算法，包括：
[0007] 步骤1、根据电源规划情况，预测未来新增水电、火电以及风电的电源装机增长；
[0008] 步骤2、根据风电装机增长和配套输电送出工程建设周期，预测省级电网风电并网 装机规模；
[0009] 步骤3、根据历史数据和经济增长情况，预测省级电网负荷增长，得到省级电网最 小负荷；预测省级电网联络线功率传输波动；
[0010] 步骤4、根据蒙特卡洛随机概率分析方法预测风电同时率；根据历史数据和气象 条件预测水电并网发电出力；通过历史数据抽样，计算风电水电联合概率分布，分析水电和 风电的相关性，得到用于计算省级电网最小开机方式和风电消纳能力的水电和风电的时间 序列功率输出；
[0011] 步骤5、在满足水电优先调度的同时，优化计算电网的最小开机方式，计算电网的 可调容量空间；
[0012] 步骤6、滚动计算电网可调容量空间消纳风力发电的能力，计算全年的弃风量。
[0013] 所述步骤4中风电水电联合概率分布的计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种用于水电资源丰富地区省级电网风力发电消纳能力的算法，其特征在于，包 括： 步骤1、根据电源规划情况，预测未来新增水电、火电以及风电的电源装机增长； 步骤2、根据风电装机增长和配套输电送出工程建设周期，预测省级电网风电并网装机 规模； 步骤3、根据历史数据和经济增长情况，预测省级电网负荷增长，得到省级电网最小负 荷；预测省级电网联络线功率传输波动； 步骤4、根据蒙特卡洛随机概率分析方法预测风电同时率；根据历史数据和气象条件 预测水电并网发电出力；通过历史数据抽样，计算风电水电联合概率分布，分析水电和风电 的相关性，得到用于计算省级电网最小开机方式和风电消纳能力的水电和风电的时间序列 功率输出； 步骤5、在满足水电优先调度的同时，优化计算电网的最小开机方式，计算电网的可调 容量空间； 步骤6、滚动计算电网可调容量空间消纳风力发电的能力，计算全年的弃风量。
2. 根据权利要求1所述算法，其特征在于，所述步骤4中风电水电联合概率分布的计算 公式如下：
其中，X为水电随机出力；y为风电随机出力；μχ、μy、σχ、σy、r为分布参数,通过拟 合得到。
3. 根据权利要求1所述算法，其特征在于，所述步骤5中电网的最小开机方式的优化计 算包括： 首先建立目标函数，使得在满足水电优先调度的同时，通过优化火电机组的启停和出 力使省级电网在一定时间内的燃耗最小，目标函数如下： ?=丄J
其中，T为优化时间长度，N为系统中火电机组数，P^t)为火电机组j在时间t的功率 出力，F(P^t))为火电机组的燃耗函数；+_(t)为火电机组的启停状态；s^t)为火电机组的 启停燃耗； 火电机组的运行燃耗拟合为一个二次函数，如下： F(pj(t)) =ajPj2 (t)+bjPj(t) +Cj 其中，apbp&为火电机组j的燃耗系数； 火电机组的启动燃耗用以下指数函数进行计算：
其中，αρ^为机组启动耗量常数；Xf(Z)为机组j在时间t己经持续停运的时间； τj为锅炉的冷却时间常数； 然后建立约束条件，包括： a) 电网功率平衡约束：保证水电优先调度使用，水电和火电的总发电量必须满足系统 总负荷的需求，
其中，Pw (t)为电网并网水电出力，pD (t)为电网负荷； b) 电网旋转备用约束：为保证可靠供电和良好的电能质量，维持系统供电的可靠性， 必须提供充足的旋转备用，即在某个时间段内，如果有机组停运或临时维护，其它机组必须 有足够的备用容量来补充，
其中，歹,_(0为火电机组最大出力；SD(t)为电网备用； c) 火电机组最小启停时间约束：用于避免火电机组频繁的启停；
其中，Iu为火电机组连续开机时间；1^_为火电机组连续停机时间； d) 火电机组有功出力约束：因为火电机组的有功出力有一定范围，这是由机组自身特 性决定的，
其中，乙为火电机组运行最小出力； e) 爬坡约束：因为每台火电机组在单位时间内的出力增加和减少都有一定的幅度限 制，因此要考虑机组的爬坡率约束， Pj(t)_Pj(t-l) <RUj*Uj(t-l) Pj(t-1)-Pj(t) <Rdj*Uj(t) 其中，Ruj为火电机组向上爬坡斜率，Rdj为火电机组向下爬坡斜率； f) 环境约束：即排放的废气总量应满足环境保护的要求，不能超过排放许可，
其中，Vra2为单位火电发电量产生的C02排放量，Haj2为C02排放总量限制； 最后通过优化计算得到火电机组的启停和出力情况，因此统调火电最小出力Ptjlin(t)为：
4. 根据权利要求1所述算法，其特征在于，所述步骤5中电网的可调容量空间的计算公 式为： Peon(t) =Pl (t) - (Pwmin (t) +Ptmin (t) +Pe (t)) 式中：P_为电网可调峰容量空间此为系统负荷，即统调口径；Pwjlin为统调水电最小 出力；PtJlin为统调火电最小出力；Pe为联络线输入功率；t为时间步长。
5. 根据权利要求1所述算法，其特征在于，所述步骤6包括： 首先计算风力发电出力能力， Pwind(t) =Pw_install*Kw(t) 式中：Pwind为风力发电出力能力；Pw_instaii为并网风力发电装机容量；Kw为风电同时率； 然后计算并网的风力发电出力， a) 如果Pcm⑴ > 0,并且PMn(t) >Pwind⑴，则： Pwind-in (t) - Pwind (t) b) 如果PMn(t) > 0,并且PMn(t) <Pwind(t)，则： Pwind-in⑴=Pcon ⑴ C)如果P_(t) < 0,则： Pwind_in(t) =〇 式中：Pwimun(t)为并网的风力发电出力； 最后采用逐时滚动的计算方法计算含水电资源丰富地区的省级电网全年较为精确的 弃风量，计算公式如下：
式中：C1()St为系统全年弃风量。
【文档编号】G06Q50/06GK104463378SQ201410848668
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】盛鵾, 潘力强, 文明, 何红斌, 陈跃辉, 李湘华, 谢车轮, 周冠东, 王二林, 胡剑宇 申请人:国家电网公司, 国网湖南省电力公司