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      一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法

      文檔序號:6623402閱讀:314來源:國知局
      一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,該方法建立基于電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬的區(qū)域新能源開發(fā)模型,建立新能源消納水平衡量指標,優(yōu)化考慮安全約束的常規(guī)電源開機組合,開展電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬研究,在連續(xù)時間序列上分析新能源開發(fā)規(guī)模、新能源電量消納及常規(guī)電源運行情況,在此基礎(chǔ)上進行基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定的敏感度分析,提出風電開發(fā)規(guī)模容量分配研究方法,優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)新能源開發(fā)布局。該發(fā)明完善了新能源并網(wǎng)消納研究方法體系,為大規(guī)模新能源開發(fā)規(guī)劃提供了技術(shù)支撐。
      【專利說明】一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電技術(shù)中的新能源規(guī)劃領(lǐng)域的方法,具體講涉及一種基 于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法。

      【背景技術(shù)】
      [0002] 目前針對電力系統(tǒng)調(diào)度所基于時序的生產(chǎn)模擬廣泛用于電力電量平衡和安排發(fā) 電生產(chǎn)計劃?;跁r序的生產(chǎn)模擬是指在給定的負荷條件下,模擬各發(fā)電機組的運行狀況, 并計算發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)費用的一種時序仿真方法。將系統(tǒng)負荷、新能源發(fā)電出力看作隨時間 變化的時間序列,能夠計及時序變化特性。系統(tǒng)負荷與機組出力之間的平衡關(guān)系看作產(chǎn)品 與需求間的供需平衡關(guān)系,在這種約束下優(yōu)化目標函數(shù),得到最優(yōu)指標。時序生產(chǎn)模擬對發(fā) 電系統(tǒng)的運行和決策都起著重要作用,其中短時間尺度的生產(chǎn)模擬一般為幾個到幾十個小 時不等,可以優(yōu)化系統(tǒng)運行方式,為調(diào)度部門提供合理的發(fā)電計劃,提高新能源接納能力, 消納更多的新能源電量;長時間尺度的生產(chǎn)模擬是數(shù)月或數(shù)年,模擬不同的裝機規(guī)模、電網(wǎng) 架構(gòu)等條件下新能源生產(chǎn)情況,為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃提供參考依據(jù)。
      [0003] 靜態(tài)電壓穩(wěn)定性計算一般采用實用算法,計算的結(jié)果通常表現(xiàn)為P-V曲線形式。 ρ-v分析是一種靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的工具,它通過建立節(jié)點電壓和一個地區(qū)負荷或輸電斷 面潮流之間的關(guān)系曲線,指示地區(qū)負荷或斷面功率水平導致整個系統(tǒng)臨近電壓崩潰的程 度。電壓崩潰的特征是,隨著傳輸?shù)揭粋€區(qū)域功率的增加,這個區(qū)域的電壓分布將變得越來 越低,直至達到崩潰點。在常規(guī)電力系統(tǒng)應用P-V曲線分析電壓穩(wěn)定性問題時,P通常表示 某區(qū)域的總負荷,也可代表系統(tǒng)傳輸斷面或者是區(qū)域聯(lián)絡線上的傳輸功率,V則代表關(guān)鍵節(jié) 點的電壓。
      [0004] 現(xiàn)有的新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法沒有結(jié)合資源特性和場地可用性以及穩(wěn) 定性校驗確定新能源開發(fā)布局,因此亟需一種解決上述問題的新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析 方法。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的是提供一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā) 規(guī)模及布局分析方法,該方法首先通過建立的含大規(guī)模新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模 擬計算模型,開展新能源接納能力評估,確定新能源發(fā)電的開發(fā)規(guī)模;在此基礎(chǔ)上基于靜態(tài) 電壓穩(wěn)定分析,從網(wǎng)架約束角度開展新能源發(fā)電規(guī)模接入敏感度分析,結(jié)合資源特性和場 地可用性以及穩(wěn)定性校驗確定新能源開發(fā)布局。該發(fā)明完善了新能源并網(wǎng)消納研究方法體 系,為大規(guī)模新能源開發(fā)規(guī)劃提供了技術(shù)支撐。
      [0006] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
      [0007] 本發(fā)明提供一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)布局分析方法,其改進之處在 于,所述分析方法包括下述步驟:
      [0008] (1)確定區(qū)域電網(wǎng)新能源開發(fā)規(guī)模;
      [0009] (2)確定區(qū)域電網(wǎng)新能源布局分配。
      [0010] 進一步地,所述步驟(1)包括下述子步驟:
      [0011] 〈1>建立新能源發(fā)電系統(tǒng)運行目標函數(shù);
      [0012] 〈2>建立電力系統(tǒng)運行約束條件;
      [0013] 〈3>計算電力系統(tǒng)時序生產(chǎn),評估新能源接納能力;
      [0014] 〈4>校驗新能源運行指標是否滿足規(guī)劃要求。
      [0015] 進一步地,所述步驟〈1>中,按式1)所示的接納以風電、光伏新能源發(fā)電量消納最 大化為目標的新能源:

      【權(quán)利要求】
      1. 一種基于電網(wǎng)約束的區(qū)域新能源開發(fā)布局分析方法,其特征在于,所述分析方法包 括下述步驟: (1) 確定區(qū)域電網(wǎng)新能源開發(fā)規(guī)模; (2) 確定區(qū)域電網(wǎng)新能源布局分配。
      2. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 (1)包括下述子步驟: 〈1>建立新能源發(fā)電系統(tǒng)運行目標函數(shù); 〈2>建立電力系統(tǒng)運行約束條件; 〈3>計算電力系統(tǒng)時序生產(chǎn),評估新能源接納能力; 〈4>校驗新能源運行指標是否滿足規(guī)劃要求。
      3. 如權(quán)利要求2所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 〈1>中,按式1)所示的接納以風電、光伏新能源發(fā)電量消納最大化為目標的新能源:
      1); 其中,N表示系統(tǒng)所有分區(qū)總數(shù),T表示調(diào)度時間的總長度,如式2)所示的第η個分區(qū) t時段的新能源出力PN(t,n): PN(t, n) = Pw(t, n)+Pv(t, η) 2); 其中,Pw(t,n)和匕⑴n)分別為第n個分區(qū)t時段的風電和光伏發(fā)電出力。
      4. 如權(quán)利要求2所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 〈2>中,約束條件包括爬坡特性與出力限值約束、機組啟停特性約束、聯(lián)絡線送電能力約和 系統(tǒng)備用各量約束; ①所述爬坡特性與出力限值約束包括: 常規(guī)機組包括的凝氣式火電機組NQ、背壓式火電機組BY、抽氣式火電機組CQ及水庫式 水電機組SK,其發(fā)電總功率用TP(t,j)表示,其中j表示機組的編號;發(fā)電總功率的上下限 及其爬坡特性的約束如式3)?式5)所示,式6)則給出四類發(fā)電機組總功率的表達式:
      其中,TPmax(j)和TPmin(j)分別為第j臺機組的出力上限和出力下限,AP j uJ^P APj d_ 分別為第j臺機組的向上和向下爬坡率;x(t,j)表示t時段時第j臺機組的運行狀態(tài),0表 示機組已停機,1則表示機組正在運行;P」(t+1)表示第j臺機組t+Ι時段的發(fā)電出力;Pj(t) 表示第j臺機組t時段的發(fā)電出力; 水庫式水電機組的特征是庫存容量大,根據(jù)電力系統(tǒng)負荷水平自由調(diào)節(jié);水庫式水電 廠按庫容的大小進行日、周、年或多年調(diào)節(jié),在調(diào)節(jié)周期內(nèi),除了受機組容量限制外,也考慮 庫存水量的限制,按下式7)約束調(diào)節(jié)周期內(nèi)的總發(fā)電量: TPj (t) +TPj (t+1) +. . . TPj (t+k) ^ Hydj,^ 7); -TPj (t) -TPj (t+1) -. . . TPj (t+k) ^ Hydj^^ 式中,辦訂_和分別為調(diào)節(jié)周期內(nèi)水電機組發(fā)電量上限和下限,k由水電機組 發(fā)電量約束周期參數(shù)決定;TPj(t)和TPj(t+k)分別為第j臺水電機組第t時段和第t+k時 段的出力; ② 機組啟停特性約束包括: 下式8)示出了機組狀態(tài)變量X,y,z的機組啟停機運行狀態(tài)邏輯約束:
      8), 式8)表示:當X由0變?yōu)?時,y = l,z = 0;當X由1變?yōu)?時,y = 0, z = 1 ;該表 達式8)首先表示:任意機組從t-Ι到t時的狀態(tài)發(fā)生變化時,X之差為1,則必然出現(xiàn)啟機 或停機動作,y或z等于1, X之差減去y或z必等于0,同理,X之差為0也滿足條件,式子 左邊也取0 ;其次表示:啟機參數(shù)y的值取決與t-Ι到t時,機組運行狀態(tài)的改變,狀態(tài)不變 時,y取〇,狀態(tài)改變時,y取〇停機,或取1啟機;因此,y的值必定小于t-Ι和t時X值之 和;再者表示:y的值與t-Ι和t時X值之和必定小于2 ;再一表示:z作為停機參數(shù),其取值 的規(guī)律和y類似,用第二個式子中的解釋;第五個式子與第三個式子的規(guī)律相同; 下式9)和10)分別示出了機組的最小啟機時間及最小停機時間:
      9) 10); 式中,k由機組最小啟機或停機時間參數(shù)決定,其反映最小啟機或停機的時間步長; y(t)和z(t)分別為第j臺機組t時段的啟動狀態(tài)和停機狀態(tài),對于y,0表示不在啟動狀 態(tài),1表示正在啟動;對于z,0表示不在停機狀態(tài),1表示正在停機;y(t)和z (t)均表示一 次停機或啟機持續(xù)時間步長的動作狀態(tài),不表示啟機或停機的過程;式8)和式9)示出了 : 當機組在t時刻開始啟機或停機后的t?t+k個時間段內(nèi),不允許機組再出現(xiàn)停機或啟機 的動作; ③ 聯(lián)絡線送電能力約束包括: 下式11)表示區(qū)域間的傳輸容量約束:
      11); 式11)中,Li為第i條傳輸線的輸電功率,Li;max和-Li;max分別為第i條傳輸線傳輸容 量上限和下限;考慮區(qū)域間傳輸功率,電力負荷平衡以區(qū)域為單位分區(qū)平衡,該平衡方程由 下式表示:
      12); 式中,TPall,n(t)和PN,n(t)分別表示第t時段η區(qū)域的所有發(fā)電機組的總功率之和與所 有新能源發(fā)電功率;L(t)為該區(qū)域與外區(qū)域凈功率交換值,Plin(t)表示第t時段η區(qū)域的 電力負荷; ④ 系統(tǒng)備用容量約束包括:定義電力系統(tǒng)的正負備用兩個常量ΡΜ和,并按下式13) 備用約束發(fā)電機組的出力:
      13); 式中,和分別為正負旋轉(zhuǎn)備用,h⑴為電力系統(tǒng)負荷,cpw為新能源發(fā)電可信容 量。
      5. 如權(quán)利要求2所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 〈3>中,模擬計算含大規(guī)模新能源的電力系統(tǒng)時序生產(chǎn),得到常規(guī)電源運行指標、新能源運 行指標并予以分析,新能源接納能力的評估包括: 常規(guī)電源運行指標包括利用小時數(shù)、啟停次數(shù)、啟停費用、平均負荷率和備用率;新能 源運行指標包括利用小時數(shù)、發(fā)電量和棄風/棄光率;校驗各項指標是否滿足電力規(guī)劃的 目標要求中的經(jīng)濟性、可靠性和安全性要求。
      6. 如權(quán)利要求2所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 〈4>中,根據(jù)區(qū)域能源利用規(guī)劃,判斷各項運行指標是否合理,是否滿足規(guī)劃要求;若已滿 足,計算結(jié)束,否則,調(diào)整新能源規(guī)劃后重新進行電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬計算;最后確定新 能源接入位置。
      7. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 (2)包括下述步驟: A、 確定新能源接入變電站的P-V曲線,進而確定電壓變化率; B、 繪制電壓靈敏度P-L曲線,確定新能源接入能量增幅; C、 確定區(qū)域電網(wǎng)新能源可接入變電站的接納能力比例; D、 按照接納能力比例分配區(qū)域電網(wǎng)新能源接入總量。
      8. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 A中,在新能源接入處計算功率電壓P-V,繪制P-V曲線,得到隨著新能源出力變化而變化的 電壓尚散值(V。,Vi,......)。
      9. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟B 中,根據(jù)電壓離散值(VyVi,%……),確定電壓變化率……),電壓變化率的大小, 反映新能源接入對區(qū)域電網(wǎng)電壓變化的影響,通過功率P值和電壓變化率L值繪制新能源 出力-電壓變化率P-L曲線; 按下式14)計算電壓變化率(U,L2, L3……):,
      14); 當新能源接入引起節(jié)點電壓呈單調(diào)遞減,且選取電壓變化率LN,計算區(qū)域電網(wǎng)中節(jié)點 可接入新能源容量的增幅;P-L曲線上LN對應的功率PN和曲線過零點對應的功率P。之差定 義為新能源出力增幅,新能源出力增幅反映新能源出力與節(jié)點電壓之間的變化聯(lián)系;N = 1、2、3、......; 第i個地區(qū)的第j個節(jié)點處可接入新能源容量的增幅如下式所示: Pz(i,j) = PN(i,j)-P〇(i,j) 15); 第i個區(qū)域電網(wǎng)可接入新能源容量增幅累計值為:
      16) 得出區(qū)域電網(wǎng)I個地區(qū)子電網(wǎng)的可接入新能源容量增幅累計值:
      17)。
      10. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 C中,區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)多個節(jié)點可接納新能源容量的增幅比值為節(jié)點的新能源可接入變電站的 接納能力比例; 第i個地區(qū)子電網(wǎng)及其第j個節(jié)點的接納能力比例為:
      18); 19)〇
      11. 如權(quán)利要求1所述的區(qū)域新能源開發(fā)規(guī)模及布局分析方法,其特征在于,所述步驟 D中,按照區(qū)域電網(wǎng)新能源接入總量接納能力比例進行分配,即得出區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點新能 源接入容量; 區(qū)域電網(wǎng)新能源接入規(guī)劃總量為Pw,則得到區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)各地區(qū)子電網(wǎng)的新能源布局, 即第i個子電網(wǎng)及其第j個節(jié)點的新能源接入量分別為:
      其中:KIT(i,j)表示第i個地區(qū)子電網(wǎng)第j個節(jié)點的接納能力比例; 對各節(jié)點接入新能源后的暫態(tài)穩(wěn)定性進行校驗,若穩(wěn)定,計算結(jié)束;若不穩(wěn)定,按照 0. 1 %的步長下調(diào)電壓變化率LN,如果電壓變化率LN = 2. 5 %時仍不滿足穩(wěn)定性校驗,則判 定節(jié)點無法接入新能源,節(jié)點所分配的新能源容量按照比例分配給其它節(jié)點。
      【文檔編號】G06Q50/06GK104156887SQ201410398349
      【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
      【發(fā)明者】李琰, 遲永寧, 魏林君, 蘇媛媛, 王真, 王志冰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 江蘇省電力公司
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