一种基于生产运行模拟的可中断负荷容量效益计算方法与流程

1.本发明涉及电气工程技术领域，尤其是涉及一种基于生产运行模拟的可中断负荷容量效益计算方法。


背景技术：

[0002]“双碳”战略的大背景下，未来的电力系统会向以新能源为主体的新型电力系统发展，但是新能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，为了维护电力系统的安全稳定运行，需要多种不同类型设施配合运行以保障供电可靠性，需求侧响应中的可中断负荷在维护新型电力系统稳定运行中将占有重要地位。
[0003]
可中断负荷是一种基于激励的需求响应资源，可以在负荷高峰、系统故障时中断部分或全部负荷，从而保障系统安全，它可作为“虚拟机组”成为保障电力系统安全稳定运行的重要措施。然而，我国现阶段的可中断负荷的发展仍处于初级阶段，对可中断负荷给电力系统带来的效益分析不够全面。实际上，一个地区电力系统中的大量可中断负荷，在其协助电力系统调峰时，效果类似于储能电站，因而可中断负荷具有一定的容量效益。随着电力系统中新能源的占比进一步提高，以及我国可中断负荷相关政策发展的不断完善，可中断负荷的容量将会大幅增长，针对可中断负荷容量效益的相应研究工作具有重要的理论与工程价值。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中存在的问题，本发明基于生产运行模拟，结合机组等效的方法，提出一种可中断负荷容量效益计算方法，以达成分析计算可中断负荷容量效益的目的。
[0005]
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明实施例的第一方面一种基于生产运行模拟的可中断负荷容量效益计算方法，包括如下步骤：
[0006]
(1)根据地区电力系统中的实际数据，将其中的全部火电机组、全部风电机组和全部水电机组分别简化等值成一个火电机组、一个风电机组和一个水电机组，将地区电力系统看作无穷大系统，建立不同机组与地区电力系统协调运行的数学模型；
[0007]
(2)采用典型日电力系统进行生产运行模拟，以系统电力电量平衡约束、等值火电机组发电出力和爬坡约束、水电机组约束和地区电力系统备用容量约束为约束条件，进行没有可中断负荷参与的电力系统生产运行模拟，计算此时的火电机组出力；
[0008]
(3)将可中断负荷加入到步骤(1)建立的数学模型中，以经济效益的最大化为目标函数，在(2)中所述约束的基础上，加入可中断负荷的相关约束，继续进行典型日的电力系统生产运行模拟，计算系统中加入可中断负荷后的火电机组出力；
[0009]
(4)判断可中断负荷加入系统运行后未投入运行的火电机组容量是否高于额定值，若是则降低火电机组的装机容量后继续进行有可中断负荷参与的生产运行模拟，直到满足系统备用要求后，计算与可中断负荷加入前相比降低的火电机组装机容量，统计可中断负荷的容量效益。
[0010]
进一步地，机组采用了简化等效的方式，忽略了大量与可中断负荷容量效益相关度较低的参数，只将计算所需的输出功率，爬坡速率等参数进行等效；将地区电力系统当作无穷大系统考虑，不考虑网架结构，忽略线路损耗；在保证计算结果能够定量体现可中断负荷容量效益的同时提高了计算效率。
[0011]
进一步地，所述经济效益最大化的目标函数为：
[0012][0013]
其中，t为时段总数；d
c,t
为表示等值火电机组在t时刻运行状态的0-1变量，d
c,t
为0代表机组处于停机状态，d
c,t
为1代表机组处于运行状态；p
c,t
为t时刻等值火电机组的出力；k1为弃风惩罚因子；e
w,t
为t时刻系统内的弃光功率；k2为弃水惩罚因子；e
h,t
为t时刻系统内的弃水功率；g
c,t
为等值火电机组在t时刻的发电成本函数。
[0014]
进一步地，所述等值火电机组发电成本函数为：
[0015]gc,t
＝a
·
p
c,t2
+b
·
p
c,t
+c
[0016]
其中，a、b和c为火电机组的功率与发电成本间的系数；。
[0017]
进一步地，所述弃风功率为：
[0018]ew,t
＝w
w,t-p
w,t
[0019]
其中，w
w,t
为t时刻等值风电机组理论上的发出功率；p
w,t
为t时刻等值风电机组实际上的发出功率；
[0020]
所述弃水功率为：
[0021]eh,t
＝w
h,t-p
h,t
[0022]
其中，w
h,t
为t时刻等值水电机组理论上的发出功率；p
h,t
为t时刻等值水电机组实际上的发出功率。
[0023]
进一步地，所述可中断负荷的相关约束包括中断量约束、最小中断时间约束和一天内总中断电量约束。
[0024]
进一步地，所述中断量约束为：
[0025]
p
i,min
≤p
i,t
≤p
i,max
[0026]
其中，p
i,min
为可中断负荷任意时刻的最小中断量；p
i,max
为可中断负荷任意时刻的最大中断量。
[0027]
进一步地，最小中断时间约束为：
[0028]
ti≥t0[0029]
其中，ti为可中断负荷的中断时间；t0为可中断负荷的最小中断时间。
[0030]
进一步地，所述可中断负荷的一天内总中断量约束为：
[0031][0032]
其中，p
i,t
为t时刻可中断负荷响应中断指令的功率q
max
为一天内可中断负荷总中断电量的最大值。
[0033]
本发明实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序
数据以实现上述的基于生产运行模拟的可中断负荷容量效益计算方法。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0035]
1、采用机组等效和数据驱动的思路，能够避免对电力系统网络结构的详细建模；本发明为数据驱动方法，不需要详细的物理参数，忽略了大量与可中断负荷容量效益相关度较低的参数，，不考虑网架结构，忽略线路损耗，且将发电机组进行了简化处理，节约了计算资源，提高了计算效率。在保证计算结果能够定量体现可中断负荷容量效益的同时提高了计算效率。
[0036]
2、将可中断负荷在模型中类比于储能电站，采用可中断负荷与多机组协调运行的模型，能够有效地分析出可中断负荷在电力系统中体现的容量效益；
[0037]
3、以可中断负荷加入前后满足系统要求的火电机组装机容量变化来定量地体现可中断负荷的容量效益比较直观，能够把不易定量分析的容量效益以数值的方式体现出来。
附图说明
[0038]
图1为本发明容量效益计算方法的框架图；
[0039]
图2为多机组与电力系统协调运行模型的示意图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图及具体实施示例对本发明作进一步详细说明。
[0041]
如图1位本发明基于生产运行模拟的可中断负荷电站容量效益计算方法的框架图，所述容量效益计算方法有包括如下步骤：(1)根据地区电力系统中的实际数据，将其中的全部火电机组简化等值成一个火电机组，忽略与容量效益计算相关度较低的参数，只将计算所需的输出功率，爬坡速率等参数进行等效，再以相同的方法处理区域电力系统内的全部风电机组和水电机组，将地区电力系统看作无穷大系统，不考虑网架结构，忽略其中的线路损耗，建立不同机组与地区电力系统协调运行的数学模型如图2所示。
[0042]
(2)采用典型日电力系统生产运行模拟仿真程序，以系统电力电量平衡约束、等值火电机组发电出力和爬坡约束、水电机组约束和地区电力系统备用容量约束为约束条件。
[0043]
所述系统电力电量平衡约束如下：
[0044]
p
c,t
+p
w,t
+p
h,t
+p
i,t
+p
l,t
＝l
t
[0045]
其中，p
i,t
为t时刻可中断负荷响应中断指令的功率；p
l,t
为t时刻地区电力系统中外来电的功率；l
t
为t时刻系统内的本地负荷。
[0046]
所述火电机组出力和爬坡约束如下：
[0047][0048]
p
c,t-p
c,t-1
≤-r
min
[0049]
p
c,t-p
c,t-1
≤r
max
[0050]
其中，为等值火电机组任意时刻允许的最小出力；为等值火电就任意时刻允许的最大出力；为等值火电机组在t-1时刻的出力；r
min
为等值火电机组在任意时刻的爬坡下限；r
max
为等值火电机组在任意时刻的爬坡上限。
[0051]
所述水电机组约束如下：
[0052][0053]
其中，为等值水电机组在调度周期内总发电量的最小值；为等值水电机组在调度周期内总发电量的最大值。
[0054]
所述地区电力系统备用容量约束如下：
[0055]hmin
≤h
t
[0056]
其中，h
min
为任意时刻地区电力系统内的备用容量下限；h
t
为t时刻地区电力系统内的备用容量。
[0057]
在上述约束条件下，进行没有可中断负荷(可中断负荷相关参数均设为0)参与的电力系统生产运行模拟，计算此时的火电机组出力。
[0058]
(3)将可中断负荷加入到数学模型中，以经济效益的最大化为目标函数，在(2)中所述约束的基础上，加入可中断负荷的相关约束，包括中断量约束、最小中断时间约束和一天内总中断电量约束。
[0059]
所述经济效益最大化的目标函数为：
[0060][0061]
其中，t为时段总数；d
c,t
为表示等值火电机组在t时刻运行状态的0-1变量，d
c,t
为0代表机组处于停机状态，d
c,t
为1代表机组处于运行状态；p
c,t
为t时刻等值火电机组的出力；k1为弃风惩罚因子；e
w,t
为t时刻系统内的弃光功率；k2为弃水惩罚因子；e
h,t
为t时刻系统内的弃水功率；g
c,t
为等值火电机组在t时刻的发电成本函数。
[0062]
其中，等值火电机组发电成本函数为：
[0063]gc,t
＝a
·
p
c,t2
+b
·
p
c,t
+c
[0064]
其中，a、b和c为火电机组的功率与发电成本间的系数；。
[0065]
弃风功率计算公式为：
[0066]ew,t
＝w
w,t-p
w,t
[0067]
其中，w
w,t
为t时刻等值风电机组理论上的发出功率；p
w,t
为t时刻等值风电机组实际上的发出功率。
[0068]
弃水功率计算公式为：
[0069]eh,t
＝w
h,t-p
h,t
[0070]
其中，w
h,t
为t时刻等值水电机组理论上的发出功率；p
h,t
为t时刻等值水电机组实际上的发出功率。
[0071]
所述可中断负荷相关约束如下：
[0072]
(a)中断量约束
[0073]
p
i,min
≤p
i,t
≤p
i,max
[0074]
其中，p
i,min
为可中断负荷任意时刻的最小中断量；p
i,max
为可中断负荷任意时刻的最大中断量。
[0075]
(b)最小中断时间约束
[0076]
ti≥t0[0077]
其中，ti为可中断负荷的中断时间；t0为可中断负荷的最小中断时间。
[0078]
(c)总中断电量约束
[0079][0080]
其中，q
max
为一天内可中断负荷总中断电量的最大值。
[0081]
加入上述约束，确定目标函数后，继续进行典型日的电力系统生产运行模拟，计算系统中加入可中断负荷后的火电机组出力。
[0082]
(4)判断可中断负荷加入系统运行后未投入运行的火电机组容量是否高于额定值，若是则降低火电机组的装机容量后继续进行有可中断负荷参与的生产运行模拟，直到满足系统备用要求后，计算与可中断负荷加入前相比降低的火电机组装机容量，统计可中断负荷的容量效益。
[0083]
综上所述，本发明方法采用机组等效和数据驱动的思路，能够避免对电力系统网络结构的详细建模；节约了计算资源，提高了计算效率。在保证计算结果能够定量体现可中断负荷容量效益的同时提高了计算效率。本发明方法以可中断负荷加入前后满足系统要求的火电机组装机容量变化来定量地体现可中断负荷的容量效益比较直观，能够把不易定量分析的容量效益以数值的方式体现出来。
[0084]
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。