一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法与流程

1.本发明属于电力系统领域，特别是涉及一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需 求计算方法。


背景技术：

2.未来以风电、光伏为代表的新能源将逐步替代传统的化石能源成为电量供应主体， 为支撑高比例新能源电网安全稳定运行，大型调节电源需规模化发展。但由于新能源发 展的随机性、波动性以及电网承载能力有限等问题，其大规模发展将给新能源消纳和电 网安全稳定运行带来巨大难题。因此，抽水蓄能作为既能实现电能存储，又能进行能量 转换的灵活性电源，可参与到新型电力系统的电力、调峰平衡中。
3.现有研究主要从经济性，可靠性以及新能源消纳三个角度对含抽蓄、新能源、火电 等多种能源的混合系统进行研究，并未考虑实际地区由于资源分布差异带来的源荷不匹 配以及区间输电通道不能满足要求等现象。
4.因此，研究基于瓶颈分析的新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法具有 重要意义。


技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本发明提供一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算 方法。
6.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
7.一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法，方法包括以下步骤：
8.步骤s100：从电力平衡需求、调峰需求、机组运行特性，引入多个新能源的限制 因子构建新能源消纳限制场景；
9.步骤s200：针对新能源消纳限制场景，构建瓶颈分析模型，识别网架中线路输送 能力不符合预设输送能力要求和新能源消纳水平不符合预设消纳水平的区域；
10.步骤s300：基于不同的新能源消纳限制场景，以消除网架瓶颈为目标，进行抽水 蓄能需求分析，得到满足新能源消纳和电网安全稳定运行需求的抽水蓄能容量。
11.优选地，步骤s100包括：
12.步骤s110：从电力平衡需求、调峰需求、机组运行特性方面，建立影响新能源消 纳和电网安全稳定运行的多种限制指标；
13.步骤s120：基于影响新能源消纳和电网安全稳定运行的限制指标，构建新能源消 纳限制场景。
14.优选地，步骤s110包括：
15.(1)功率平衡关系约束：
16.路输送能力不符合预设输送能力要求和新能源消纳水平不符合预设消纳水平的区域。
41.优选地，步骤s220中瓶颈分析模型具体为：
[0042][0043]
式中，qak(t)表示t时刻线路k中线路动态瓶颈区间集合；qa
k,j
(t)表示t时刻线 路k中区间j成为线路瓶颈集合；表示t时刻线路k中区间j的断面输送潮流； 表示t时刻线路k中区间j的极限输电能力；zq表示区间线路瓶颈临界值；jk表 示线路k的集合。
[0044]
优选地，步骤s230具体为：
[0045]
以区间线路输送潮流的方向确定新能源消纳水平情况；以区间线路输送潮流的大小 确定线路输送能力。
[0046]
优选地，步骤s300具体为：
[0047]
步骤s310：根据不同约束下的新能源消纳限制场景确定t时刻新能源出力和t时刻 新能源总发出功率；
[0048]
步骤s320：根据t时刻新能源出力和t时刻新能源总发出功率得到对应新能源消纳 限制场景的新能源消纳率；
[0049]
步骤s330：基于各新能源消纳限制场景下的新能源消纳率，得到各场景下满足新 能源消纳和电网安全稳定运行需求的抽水蓄能容量。
[0050]
优选地，步骤s320具体为：
[0051][0052]
式中，p
r,t
表示t时刻新能源出力，p
rz,t
表示t时刻新能源总发出功率，x表示新能 源消纳率。
[0053]
上述新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法，为未来考虑电网网架结构 进一步完善抽水蓄能需求计算方法，合理布局抽水蓄能提供技术支撑和理论依据。
附图说明
[0054]
图1是本发明的一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法的流程图；
[0055]
图2为本发明具体应用在实施例中的电力系统网架示意图；
[0056]
图3为本发明具体应用在实施例中的某省逐年新能源发展规模；
[0057]
图4为本发明具体应用在实施例中的基于瓶颈模型识别出输送能力不足的线路和新 能源消纳水平较低的区域。
具体实施方式
[0058]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作 进一步的详细说明。
[0059]
在一个实施例中，如图1所示，一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算 方法，方法包括以下步骤：
[0060]
步骤s100：从电力平衡需求、调峰需求、机组运行特性，引入多个新能源的限制 因子构建新能源消纳限制场景；
[0061]
步骤s200：针对新能源消纳限制场景，构建瓶颈分析模型，识别网架中线路输送 能力不符合预设输送能力要求和新能源消纳水平不符合预设消纳水平的区域；
[0062]
步骤s300：基于不同的新能源消纳限制场景，以消除网架瓶颈为目标，进行抽水 蓄能需求分析，得到满足新能源消纳和电网安全稳定运行需求的抽水蓄能容量。
[0063]
上述新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法，为未来考虑电网网架结构 进一步完善抽水蓄能需求计算方法，合理布局抽水蓄能提供技术支撑和理论依据。
[0064]
在一个实施例中，步骤s100包括：
[0065]
步骤s110：从电力平衡需求、调峰需求、机组运行特性方面，建立影响新能源消 纳和电网安全稳定运行的多种限制指标；
[0066]
步骤s120：基于影响新能源消纳和电网安全稳定运行的限制指标，构建新能源消 纳限制场景。
[0067]
具体地，新能源消纳是受到资源和电网网架结构的制约的，单一约束或多种约束下 的新能源消纳量是不一样的，那就是构成了不一样的场景，即多个新能源消纳限制场景。
[0068]
在一个实施例中，步骤s110包括：
[0069]
(1)功率平衡关系约束：
[0070][0071]
式中，ng表示火电机组数量，nr表示新能源数量，n
l
表示区外来电数量，n
hh
表 示水电机组数量，nh表示抽水蓄能电站数量，nd表示分区负荷数量，p
g,t
表示火电机 组出力，p
r,t
表示新能源出力，p
l,t
表示第l条区外来电功率，α表示抽水蓄能电站参与 调峰的比例，p
hh,t
表示水电机组出力，p
h,max
表示抽水蓄能电站最大出力，p
d,t
表示分区 d的负荷需求；
[0072]
(2)调峰平衡需求约束：
[0073]
以典型日最大负荷确定所需火电机组的最大出力：
[0074][0075]
以典型日最小负荷确定调峰需求：
[0076][0077]
式中，p
dmax,t
、p
dmin,t
分别表示分区负荷最大值、最小值；δg、ε
hh
、ωr、π
l
分别表 示火电机组、水电机组、新能源机组、区外来电的调峰系数，δph表示电网调峰需求， 均由抽水蓄能电站满足；
[0078]
(3)机组运行特性：
[0079]
1)火电机组运行约束：
[0080]
出力约束：p
g,min
≤p
g,t
≤p
g,max
[0081]
运行爬坡约束：-rd·
δt≤p
g,t-p
g,t-1
≤ru·
δt
[0082]
式中，p
g,min
、p
g,max
分别表示火电机组最小、最大出力；p
g,t-1
表示第g台机组在t-1 时刻的功率，rd、ru表示功率上爬坡、下爬坡系数，δt表示时间间隔；
[0083]
2)抽水蓄能电站运行约束：
[0084]
抽水约束：0≤p
h,t
≤βhp
hs,max
[0085]
放水约束：0≤p
h,t
≤ηhp
hs,max
[0086]
且βh+ηh≤1；
[0087]
式中，p
hs,max
表示水电机组的装机容量，βh、ηh分别表示抽水蓄能电站的放水状态， 抽水状态，二者不能同时为1。
[0088]
在一个实施例中，步骤s120包括：
[0089][0090]
式中，表示仅考虑电力需求的场景；表示仅考虑调峰需求的场景；表示仅 考虑机组运行特性的场景；表示综合考虑电力需求、调峰需求、机组运行特性的场 景。
[0091]
在一个实施例中，步骤s200包括：
[0092]
步骤s210：引入城市轨道交通网络瓶颈的概念，将电力系统中新能源消纳限制场 景的电网运行瓶颈分为静态瓶颈和动态瓶颈；其中，静态瓶颈是指未考虑电网“n-1
”ꢀ
故障、“n-2”故障，不增加新能源情况下，网架中线路输电能力受限区域；动态瓶颈 是指未考虑电网“n-1”故障、“n-2”故障，增加新能源情况下，网架中线路输电能 力受限区域，以及考虑电网“n-1”故障、“n-2”故障，增加新能源情况下，网架中线 路输电能力受限区域。
[0093]
具体地，动态瓶颈主要考虑新能源消纳水平以及电网的暂态稳定性。如图2所示， 网架中a、b、c、d表示将某地区整个电网分为4个分区电网。11、12
…
1j，21、22
…
2j， 31、32
…
3j中首数字表示分区电网a和b、c、d之间第k个输电通道，第2个数字表 示第k个输电通道中的第j条线路。
[0094]
步骤s220：将线路的静态瓶颈转为动态瓶颈，对其建立瓶颈分析模型。
[0095]
具体地，根据上述分析可知，电网运行的静态瓶颈主要表现在区间线路的输电能力。 但当新能源增加下区间线路输送的载流量需求会增加或者线路满/过载率提高，因此线 路的静态瓶颈转为动态瓶颈，对其建立瓶颈分析模型。
[0096]
在一个实施例中，步骤s220中瓶颈分析模型具体为：
[0097][0098]
式中，qak(t)表示t时刻线路k中线路动态瓶颈区间集合；qa
k,j
(t)表示t时刻线 路k中区间j成为线路瓶颈集合；表示t时刻线路k中区间j的断面输送潮流； 表示t时刻线路k中区间j的极限输电能力；zq表示区间线路瓶颈临界值；jk表 示线路k的集合。
[0099]
具体地，瓶颈分析模型基于网络中的线路的输送能力就是去识别线路输送能力不符 合预设输送能力要求和新能源消纳水平不符合预设消纳水平的区域，这个过程需要进行 建模计算，用专业软件bpa进行潮流仿真与分析。
[0100]
步骤s230：以分区电网可承载新能源容量为研究对象，基于瓶颈分析模型识别线 路输送能力不符合预设输送能力要求和新能源消纳水平不符合预设消纳水平的区域。
瓦。
[0119]
以上对本发明所提供的一种新能源消纳限制场景构建及抽水蓄能需求计算方法进 行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这 些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。