一种考虑备用需求的风电消纳能力分析方法
【专利摘要】本发明提供一种考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，包括以下步骤：建立风电并网后的备用需求概率分布模型；确定备用约束条件；建立考虑备用需求的生产模拟模型；根据生成模拟模型对风电消纳能力进行分析。本发明通过建立的风电并网后备用需求的概率分布模型，得到最优的风电并网后所需备用容量，从而能够优化机组的开机方式和运行出力计划曲线，达到提高风电消纳能力的目的，为区域电网风电规划提供参考。
【专利说明】-种考虑备用需求的风电消纳能力分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源发电规划【技术领域】，具体涉及一种考虑备用需求的风电消纳能 力分析方法。
【背景技术】
[0002] 我国风资源集中、规模大，但远离负荷中心，难以就地消纳。而且，风电集中的"三 北"地区，电源结构单一，灵活调节电源比重低，虽然并网容量达到一定程度，但是弃风严 重，全国2012年"弃风"率约为17%，风电发电量仅占全国总发电量的2%，比例还很小。
[0003] 随着风电的快速发展，系统对备用的需求日益增加，即需要电力系统其他类型机 组提供更多的备用，而现在运行的备用计算方法是以负荷预报误差为主，并没有考虑大量 风电并网情况下的风电预测误差，因此由于系统没有做好备用计划而导致的弃风现象比较 严重。
[0004] 电力系统生产模拟模型能够做到全年8760h的生产模拟，能够考虑不同时段的负 荷特性电网运行方式、各类电源调度计划安排外送电力情况等，基于各类型机组边际成本 实施统一的经济调度，计算风电在每个时段的消纳空间，从而完整并准确衡量风电在各个 时段和全年的消纳能力。并且，在进行逐小时的生产模拟中，在满足技术和经济等约束条件 下，最大限度减少弃风。能够模拟在改变资源利用的不同边界条件下，系统消纳风电的最大 能力。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑备用需求的风电消纳能力分 析方法，建立了风电并网后的备用需求概率分布模型以及风电并网后考虑备用约束条件的 电力系统生产模拟模型，用以分析系统风电消纳能力，指导系统经济运行。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，所述方法包括以下步 骤：
[0008] 步骤1 :建立风电并网后的备用需求概率分布模型；
[0009] 步骤2 :确定备用约束条件；
[0010] 步骤3 :建立考虑备用需求的生产模拟模型；
[0011] 步骤4 :根据生成模拟模型对风电消纳能力进行分析。
[0012] 所述步骤1包括以下步骤：
[0013] 步骤1_1 :计算风电并网如，电力系统失负荷概率Puj);
[0014] 风电并网前，电力系统的旋转备用需求源于负荷的波动性，负荷预报误差大致服 从正态分布，即在预测值附近随机波动的概率属于正态分布；负荷在预测值μ附近波动的 概率密度函数f(x)为： (2) (1)
[0016] 其中，Ο为正态分布的方差；
[0017] 备用不足的概率即电力系统失负荷概率Pm)表示为：
[0019] 其中，LM为电力系统负荷预报值，Ri为预留备用值，σ _为负荷在预报值附近波 动的方差；
[0020] 步骤1-2 :计算风电并网后的负荷备用需求R2 ;
[0021] 风电并网后假设风电预测的方差为〇WIND，由于负荷预报误差和风电预报误差引 起的总的方差 0 TOTAL 表示为：
【权利要求】
1. 一种考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步 骤： 步骤1 :建立风电并网后的备用需求概率分布模型； 步骤2 :确定备用约束条件； 步骤3 :建立考虑备用需求的生产模拟模型； 步骤4 :根据生成模拟模型对风电消纳能力进行分析。
2. 根据权利要求1所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 步骤1包括以下步骤： 步骤1-1 :计算风电并网前，电力系统失负荷概率Pm); 风电并网前，电力系统的旋转备用需求源于负荷的波动性，负荷预报误差大致服从正 态分布，即在预测值附近随机波动的概率属于正态分布；负荷在预测值μ附近波动的概率 密度函数f (X)为： /(-y)^ J- ) ⑴ \!2πσ lct 其中，〇为正态分布的方差； 备用不足的概率即电力系统失负荷概率表示为： λ 1 R ~ Plld = ~1=-exp(--~1~-) (2) J w?，知2σ?0ΑΟ2 其中，Lw为电力系统负荷预报值，&为预留备用值，σ _为负荷在预报值附近波动的 方差； 步骤1-2 :计算风电并网后的负荷备用需求R2 ; 风电并网后假设风电预测的方差为σ WIND，由于负荷预报误差和风电预报误差引起的 总的方差 0 TOTAL 表示为： σΤΟΤΑΙ = \σψΙΝΟ σ?ΟΑΟ 假设风电并网容量为Ww，等效负荷符合正态分布，为维持与风电并网钱电力系统相同 的失负荷概率Pud，根据正态分布表得到此时对应的等效负荷临界值EQULW为： EQULxin =φ-\Ριιη) (4) 其中，为正态分布函数的反函数； 则此时负荷备用需求R2由下式得到： R2 = EQUL^-Ri (5) 步骤1-3 :确定备用需求概率分布规律； 步骤1-3-1 :将备用定义为当计划发电量或者负荷与实际的发电出力和负荷不相符时 产生的不平衡量，此时为了维持电力系统功率平衡的额外的功率容量定义为备用容量； 考虑产生不平衡量即备用需求的因素包括负荷预报误差、风电预报误差和常规机组突 然跳闸； 1)负荷预报误差产生的向上不平衡量Imbalance+lM(^P向下不平衡量Imbalance'Md* 别表示为： Imbalance+load = Lforest*Rand ( σ ) (6) Imbalance_load = Lforest*Rand (-σ ) (7) 其中，LfOTest为负荷预报值； 2) 风电预报误差产生的向上不平衡量Imbalance+win(^P向下不平衡量Imbalance、ind分 别表示为： Imbalance+Wind = ffforest*Rand ( σ ) (8) Imbalance-Wind = Wf〇rest*Rand(_ σ ) (9) 其中，Wf_st为风电预报值； 3) 常规机组突然跳闸只产生向上备用需求，总的失掉机组容量(：_为：
(10) 其中，η为常规机组的总台数，Q为电力系统内第i台常规机组的容量，Xi为第i台常 规机组跳闸的概率； 步骤1-3-2 :将以上三种因素产生的不同时段的不平衡量分别矢量相加，得到各时段 的电力系统总的不平衡量，有： 『= Σ(:; *..V + Imbalance liMh, + Imbalance whii! (11) i=\ Rdn = Imbalance load+Imbalance wind (12) 其中，广和俨分别为向上和向下的备用需求，通过模拟分析，即可得到电力系统总的 不平衡量即备用需求概率分布规律。
3. 根据权利要求1所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 步骤2中，备用约束条件包括等式约束、不等式约束和备用约束； 1) 等式约束包括电力系统内电平衡约束和电力系统内热平衡约束； 2) 不等式约束包括常规机组出力约束和常规机组组合特性约束； 所述常规机组出力约束包括火电机组出力约束和水电机组出力约束； 所述常规机组组合特性约束包括常规机组发电功率约束、常规机组爬坡率约束和常规 机组启停时间约束； 3) 备用约束包括向上备用电量约束和向下备用电量约束。
4. 根据权利要求3所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 电力系统内电平衡约束表示为： X^+X((l-Xtes)-^) = ^+ X V/er,rEi? (13) z+e/r r^R Μ- 其中，式中等号左侧为区域r内所有常规机组发出功率和减去损耗后与外区域的交换 功率，右侧为区域r内的负荷和电储能装置作为负荷的功率，且Pi;t为第i台常规机组在t 时刻的发电功率，L1()SS为线路损耗，PtMns为传输线功率，gTrf为区域r内t时刻负荷功率， 为电储能装置作为负荷的功率，L为所有参与调度机组，。为所有电储能装置作 为负荷的数量，R为电平衡区，T为整个计算时段； 所述电力系统内热平衡约束表示为： ΣΗυ=Ηα：?+ Σ KJ〇ad ^t^T,aeA 04) ie^a ieheat_sta 其中，式中左侧为地区a内所有热能出力的和，右侧为地区a内的热负荷与热储能装置 作为负荷的功率，Hi;t为第i台常规机组在t时刻的热功率，/为地区a内t时刻热负荷 功率，//=-ω为地区a内t时刻热储能装置功率，Ia为所有供热机组数目，Iteat st。为地区a 内热储能装置作为热负荷的数量，T为整个计算时段，A为热平衡区。
5.根据权利要求3所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 火电机组出力约束中，火力发电厂的供热式火电机组包括背压式热电机组和抽气式热电机 组； (1) 背压式热电机组工作特性如下： pTHbp =ETHbP _cmbp (15) 其中，和分别为第i台背压式热电机组在t时刻的发电功率和热功率， 为第i台背压式热电机组的电-热出力比值； (2) 抽气式热电机组工作特性如下： Hffx ·Cb]Hex < P?ex <P?ex -H?ex ·C?ex (16) 其中，和别为第i台抽气式热电机组每增加一单位热功率时相应的最低 电功率增加值和最高电功率降低值，和为第i台抽气式热电机组在t时刻的发电 功率和热功率； 所述水电机组出力约束中，水电厂的水电机组包括径流式水电机组和水库式水电机 组； (1) 径流式水电机组的工作特性如下：
其中，^为第i台径流式水电机组在t时刻的发电功率，f为径流式水电机组的装机 容量，FUT为水电满发利用小时数，#为第i台径流式水电机组在t时刻的发电功率平均 值，为第i台径流式水电机组在t时刻的发电量； (2) 水库式水电机组的工作特性如下： (18) Wmm < Ws <wmax 其中，ws为水库式水电机组本周初始可发电量，win为水库式水电机组本周流入的可发 X 1 r^rese 电量，为水库式水电机组本周实际发电量，ws+1为水库式水电机组下周初始可发电 t 量，Wmax和wmin为水库式水电机组的可发电量上下限。
6. 根据权利要求3所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 常规机组发电功率约束表示为： C 19) 其中，ΚΓΧ和#Γη分别为第i台常规机组在t时刻的发电功率上下限； 常规机组爬坡率约束表示为： APtJ < Δ^7Χ (20) 其中，APi t为第i台常规机组在t时刻的发电功率变化值，Δ/^χ为第i台常规机组 在t时刻的发电功率变化最大值； 常规机组启停时间约束表示为： rp〇n rpmin on rp〇ff rpmin off (21) 其中，T°n和T°ff分别为常规机组启动和停止时间，Tmin °n和Tmin °ff分别为常规机组启动 和停止时间下限值。
7. 根据权利要求3所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：向上 备用电量约束和向下备用电量约束分别表不为： CcipP.rVP〇naj-VPi>TVR·：] (22) i VP , -CapPmm^-VPoH^j > Y VR α,? C 23) 其中，CapPa;i分别为a区域中第i台常规机组的机组容量，VPona;i表示a区域中第i 台常规机组是否在线，VPaii为a区域中第i台常规机组出力，为a区域中第i台常规机 组可提供的向上调节量，CapP minu为a区域中第i台常规机组的最小出力，为a区 域中第i台常规机组可提供的向下调节量。
8. 根据权利要求1所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 步骤3中，生产模拟模型的目标函数如下： QOBJ = min {SobJ+Cost} (24) 其中，Q0BJ为生产模拟目标值，为生产成本，其为燃料成本、运行维护费用、水库式 水电费用、传输费用、发电或存储电的投资费用、新建投资税费、传输线路的投资费用、征税 总费用、弹性电负荷改变费用、弹性热负荷改变费用和不可行惩费之和，征税总费用包括排 放税、燃料税、发电税和热电税；Cost为备用成本，且有： Cost = ^ Cost, (R：；,u - R；1"·1) · Proh1 (25) i 其中，Probi为第i台常规机组的可提供备用的概率，Cosh为对应于Probi的提供备用 成本，分别为第i台常规机组t时刻的提供的向上和向下的备用容量。
9. 根据权利要求1所述的考虑备用需求的风电消纳能力分析方法，其特征在于：所述 步骤4中，根据得到的风电并网后虑备用需求的生产模拟模型，通过改变生产模拟模型中 的风电电量，即可以分析不同风电并网容量下产生的不同备用需求，从而可以分析风电并 网后对备用需求的影响；通过生产模拟计算得到不同风电并网容量情景下的弃风电量，进 而分析备用对风电消纳的影响。
【文档编号】H02J3/38GK104092241SQ201410334048
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】白宏, 迟永宁, 李俊峰, 陈贺, 张佐岩, 李琰, 赵琳, 唐文倩, 吕鸣镝, 胡开元, 耿丹, 李建锋, 王真, 魏林君, 汤海雁, 苏媛媛 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网黑龙江省电力有限公司, 中国循环经济协会