專利名稱：一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運行領(lǐng)域，特別涉及一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法。

背景技術(shù)：
我國西北地區(qū)風(fēng)能資源豐富，地形平坦、交通方便、沒有破壞性風(fēng)速的優(yōu)良風(fēng)電場多，風(fēng)電裝機容量逐步增加。為了維持電力系統(tǒng)的正常運行，在風(fēng)電并網(wǎng)運行時，必須由其它常規(guī)發(fā)電方式為其有功出力提供補償調(diào)節(jié)，以保證對用電負荷持續(xù)、可靠、安全地供電。然而，與常規(guī)的水力發(fā)電、火力發(fā)電等發(fā)電方式相比，風(fēng)力發(fā)電最根本的不同在于其有功出力存在間歇性、隨機性和不可控性。這種對風(fēng)電有功出力的補償調(diào)節(jié)，可看成對負的負荷波動跟蹤，即對風(fēng)電的“調(diào)峰”。此外，由于風(fēng)電的不確定性，其所需電網(wǎng)提供的調(diào)峰容量基本與裝機容量相當(dāng)。
風(fēng)電并網(wǎng)以后，電網(wǎng)中的備用容量需要增加用于風(fēng)電調(diào)峰的容量。并網(wǎng)風(fēng)電超過電網(wǎng)可為風(fēng)電提供的“調(diào)峰”極限，就意味著電網(wǎng)難以平衡風(fēng)電出力的隨機性帶來有功波動，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率頻繁變化，給電網(wǎng)安全、可靠供電帶來災(zāi)難性后果。因此，研究大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后的電網(wǎng)調(diào)峰能力，對于指導(dǎo)風(fēng)電有序開發(fā)、保證全額收購風(fēng)電具有重要意義。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法，能夠根據(jù)給定電網(wǎng)的水電參數(shù)，合理調(diào)度并網(wǎng)的風(fēng)電容量，平衡風(fēng)電出力的隨機性帶來有功波動，保障電網(wǎng)安全、可靠供電。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)采集給定電網(wǎng)系統(tǒng)的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預(yù)想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風(fēng)電電量Wi、日平均風(fēng)電利用小時數(shù)H，并設(shè)定水電為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為F、風(fēng)電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風(fēng)電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24； 當(dāng)Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝F； 當(dāng)Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H； 當(dāng)Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)； (2)將風(fēng)電出力Fa代入給定電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術(shù)出力之間的差值F火，作為火電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量； (3)當(dāng)F火＜0時，減小水電可平衡的風(fēng)電出力Fa值，重復(fù)步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網(wǎng)系統(tǒng)為風(fēng)電提供的總調(diào)峰容量F總＝Fa+F火，F(xiàn)總即為可并入給定電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電電量. 風(fēng)電出力過程具有隨機性、間歇性與不可控性的特點，但是風(fēng)電的電力電量呈現(xiàn)一定的對應(yīng)關(guān)系。氣象站多年觀測數(shù)據(jù)和測風(fēng)塔短期監(jiān)測均表明，風(fēng)資源特點是隨著風(fēng)速的增大，出現(xiàn)的頻次減小，對應(yīng)于風(fēng)電出力與電量的關(guān)系，就是風(fēng)電出力越大，其電量構(gòu)成越小，風(fēng)電的絕大部分電量是由小風(fēng)速所對應(yīng)的小電力累加而成的。
與風(fēng)電相似，水電的徑流來水也具有隨機性的特點，但可通過具有調(diào)節(jié)能力的水庫對其進行調(diào)節(jié)，使水庫下泄流量趨于可控，即使水電站的出力趨于可控，水電站的調(diào)峰能力取決于其水庫的運行以及電站的可用機組容量，決定水電站調(diào)峰能力的因素有3個，水電站的強迫出力、預(yù)想出力以及平均出力。
本發(fā)明主要利用水電出力、風(fēng)電出力特點，以水電為主為風(fēng)電提供調(diào)峰容量，并兼顧火電，合理調(diào)度風(fēng)電并網(wǎng)容量，平衡風(fēng)電出力的隨機性帶來有功波動，保障整個給定電網(wǎng)的安全運行與可靠供電。



下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1為典型的風(fēng)電出力過程圖； 圖2為酒泉風(fēng)電基地的風(fēng)電出力與電量的關(guān)聯(lián)圖； 圖3為水電出力與電量的關(guān)聯(lián)示意圖； 圖4為Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力示意圖； 圖5為Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時，水電可平衡的風(fēng)電出力示意圖； 圖6為Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力示意圖。

具體實施例方式 參照圖1，說明風(fēng)電出力特性。風(fēng)電出力過程具有隨機性、間歇性與不可控性的特點，風(fēng)電出力為f，則f的變化是無規(guī)律的，可以假定某日風(fēng)電出力曲線如圖1所示，立柱表示風(fēng)電某時刻的電量，風(fēng)電日電量

風(fēng)電出力與電量的關(guān)系，可用于確定電網(wǎng)可平衡的風(fēng)電電力。
參照圖2，為酒泉風(fēng)電基地的風(fēng)電出力與電量的關(guān)聯(lián)圖。通過對酒泉風(fēng)電基地運行風(fēng)電場的運行數(shù)據(jù)研究表明，風(fēng)電的電力電量呈現(xiàn)一定的對應(yīng)關(guān)系，酒泉風(fēng)電機組裝機容量達到516萬千瓦時，其出力與累計電量的關(guān)聯(lián)圖表明一定裝機容量的風(fēng)電并網(wǎng)運行時，電力與電量的關(guān)系是隨著風(fēng)電電力的增長，由其構(gòu)成的風(fēng)電電量程下降趨勢。
與風(fēng)電相似，水電的徑流來水也具有隨機性的特點，但可通過具有調(diào)節(jié)能力的水庫對其進行調(diào)節(jié)，使水庫下泄流量趨于可控，即使水電站的出力趨于可控，水電站的調(diào)峰能力取決于其水庫的運行以及電站的可用機組容量，決定水電站調(diào)峰能力的因素有3個，水電站的強迫出力、預(yù)想出力以及平均出力。
參照圖3，圖中Q、P、Y分別代表水電站的強迫出力、平均出力、預(yù)想出力。強迫出力是電站的最小出力，預(yù)想出力是電站的可用容量(出力)，平均出力是電站受來水、用水限制的可用電量對應(yīng)的出力，主要反映水電發(fā)電的實際電量。水電站每日的水電電量Wa包括水電可調(diào)節(jié)電量Wat與水電強迫電量Waq兩部分Wa＝Wat+Waq＝P×24。
本發(fā)明采用水電為風(fēng)電提供調(diào)峰容量，相當(dāng)于利用水電站水庫的調(diào)節(jié)能力為風(fēng)電儲能調(diào)峰，在風(fēng)電出力增加時，降低水電的出力；在風(fēng)電出力降低時，加大水電出力，使風(fēng)電與水電出力之和始終保持在某一定值。具體為一個允許的最大風(fēng)電電力，有一個對應(yīng)風(fēng)電電量。假設(shè)電網(wǎng)內(nèi)水電可以為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為F，也就是說通過水電調(diào)節(jié)能夠允許的風(fēng)電的最大出力為F，那么在保證風(fēng)電與水電出力之和為定值(F+Q)的前提下，使得水電與風(fēng)電的出力任何時候都滿足水電可用容量的限制，又滿足水庫的水足以調(diào)節(jié)風(fēng)電電力的要求，則這個最大風(fēng)電出力就是水電可以提供的風(fēng)電調(diào)峰容量。
本發(fā)明基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法，包括以下步驟 (1)、采集給定電網(wǎng)系統(tǒng)的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預(yù)想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風(fēng)電電量Wi、日平均風(fēng)電利用小時數(shù)H，并設(shè)定水電為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為F、風(fēng)電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風(fēng)電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24。
(a)當(dāng)Wiminn≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝F。
如圖4所示，這種情況下，水電可完全平衡風(fēng)電。水電可平衡的風(fēng)電出力和風(fēng)電電量分別為F、(F×H)；并且水電尚有富余，多余水電可參與電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰，可參與系統(tǒng)調(diào)峰的水電電量Was為Was＝(P-Q)×24-F×(24-H)。
(b)當(dāng)Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H。
如圖5所示，受水電出力不能超過預(yù)想出力以及不能棄水調(diào)峰的限制，水電可平衡的風(fēng)電出力Fa為Fa＝((Y-P)×24)/H。
(c)當(dāng)Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。
如圖6所示，這種情況下，水電可平衡的風(fēng)電出力Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。
(2)將風(fēng)電出力Fa代入給定電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術(shù)出力之間的差值F火，作為火電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量。
具有調(diào)節(jié)能力的水電站進行風(fēng)水互補運行后，喪失了參與電網(wǎng)系統(tǒng)負荷調(diào)峰的能力，因此，為滿足電網(wǎng)系統(tǒng)負荷的調(diào)峰要求，電網(wǎng)中的其它電源必須加大調(diào)峰力度?？鄢姙轱L(fēng)電提供的調(diào)峰容量后，使用傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算可得出小方式下火電的負荷率，即火電承擔(dān)系統(tǒng)負荷、調(diào)峰和備用的最小出力率。該負荷率下的火電出力與火電最小技術(shù)出力之間的差值F火，作為火電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量。現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)運行都建立有模擬計算模型，通過該模擬計算模型所獲取的信息作為電網(wǎng)運行的調(diào)度依據(jù)。
(3)當(dāng)F火＜0時，減小水電可平衡的風(fēng)電出力Fa值，重復(fù)步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網(wǎng)系統(tǒng)為風(fēng)電提供的總調(diào)峰容量F總＝Fa+F火，F(xiàn)總即為可并入給定電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電電量。
當(dāng)F火＞0時，表明火電還可以為給定電網(wǎng)系統(tǒng)提供部分容量用于為風(fēng)電調(diào)峰； 當(dāng)F火＝0時，表明火電不能為為電網(wǎng)系統(tǒng)提供部分容量用于為風(fēng)電調(diào)峰； 當(dāng)F火＜0時，表明火電不能滿足給定電網(wǎng)系統(tǒng)負荷調(diào)峰要求，需要減少水電為風(fēng)電的提供調(diào)峰容量，用于給定電網(wǎng)系統(tǒng)的負荷調(diào)峰，此時需要重新按照上述步驟進行試算，直到F火≥0。
需要說明的是，由水電平衡風(fēng)電電力所構(gòu)成的電量以及水電電量，確定火電機組開機方式后，火電機組的電力變化僅引起火電電量的變化，不會再對火電機組的開機方式造成影響，由此確定的火電機組向風(fēng)電提供的調(diào)峰容量也就是一個確定的數(shù)值。
此外，本發(fā)明的基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法，一方面可以應(yīng)用于實際調(diào)度生產(chǎn)中；另一方面，也可用于給定電網(wǎng)系統(tǒng)未來規(guī)劃的風(fēng)電項目的模擬調(diào)度中，換言之，該調(diào)度方法可以驗證風(fēng)電項目規(guī)劃的合理性。
現(xiàn)以西北電網(wǎng)2010水平年預(yù)測數(shù)據(jù)為例，模擬本發(fā)明的基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法。
1、確定用于為風(fēng)電調(diào)峰的水電站黃河上游水電站裝機容量大，調(diào)節(jié)性能好，考慮到劉家峽及其下游的綜合用水及防凌、防汛要求復(fù)雜且嚴(yán)格，難以發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)峰作用，結(jié)合西北電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻管理實際以及電廠調(diào)度管轄關(guān)系，并根據(jù)各水電廠的實際調(diào)節(jié)能力，2010年選擇龍羊峽、李家峽、公伯峽、拉西瓦、積石峽水電站為風(fēng)電調(diào)峰；根據(jù)龍羊峽、李家峽、公伯峽、拉西瓦、積石峽水電站水文資料及預(yù)測2010年9月上述水電站預(yù)想出力820萬千瓦，平均出力299萬千瓦，強迫出力158.4萬千瓦。
2、提出并網(wǎng)風(fēng)電的出力特性并網(wǎng)酒泉基地風(fēng)電，其2010年9月風(fēng)電出力與電量(來源于規(guī)劃資料和裝機容量)的對應(yīng)關(guān)系如下表1。
表1
由水電、風(fēng)電資料形成計算公式Wimax＝(820-299)×24，計算出水電可接納的最大風(fēng)電電量為12504萬千瓦時，對應(yīng)的最大調(diào)峰容量為516萬千瓦。
3、計算水電可以為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量，以及此調(diào)峰容量所對應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)電量。
按照本發(fā)明的步驟(1)的要求Wa+Wi≥(F+Q)×24，先由水電、風(fēng)電資料形成計算公式Wa+Wi＝(F+Q)×24，即(158.4+F)×24＝299×24+Wi，由此式從表1中查找出水電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為240萬千瓦，相應(yīng)的風(fēng)電日電量為2521.7萬千瓦時；如果沒有剛好滿足Wa+Wi＝(F+Q)×24時，選取最接近的數(shù)據(jù)，且Wa+Wi≥(F+Q)×24。
根據(jù)西北電網(wǎng)運行資料可知陜西、甘肅、寧夏、清?；痣姍C組的平均最小技術(shù)出力分別為55％、66％、68％、66％。
利用西北電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算出陜西、甘肅、寧夏、清海火電機組的最小負荷率分別為59％、82％、68％、66％；并將電力系統(tǒng)運行模擬計算結(jié)果中的火電機組最小負荷率與火電機組實際最小技術(shù)出力相比較，表明水電為風(fēng)電提供240萬千瓦調(diào)峰容量可行；確定的火電機組最小負荷率與實際最小技術(shù)出力的差值，求得火電機組可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為134萬千瓦。
由水電和火電量部分為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量，得到2010年平水年9月西北電網(wǎng)可為風(fēng)電提供的總調(diào)峰容量為374萬千瓦。
權(quán)利要求
1.一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)采集給定電網(wǎng)系統(tǒng)的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預(yù)想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風(fēng)電電量Wi、基于風(fēng)電最大出力的日平均風(fēng)電利用小時數(shù)H，并設(shè)定水電為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為F、風(fēng)電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風(fēng)電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24；
當(dāng)Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝F；
當(dāng)Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H；
當(dāng)Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)；
(2)將風(fēng)電出力Fa代入給定電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術(shù)出力之間的差值F火，作為火電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量；
(3)當(dāng)F火＜0時，減小水電可平衡的風(fēng)電出力Fa值，重復(fù)步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網(wǎng)系統(tǒng)為風(fēng)電提供的總調(diào)峰容量F總＝Fa+F火，F(xiàn)總即為可并入給定電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電電量。
全文摘要
本發(fā)明涉及電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運行領(lǐng)域，公開了一種基于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)峰能力的調(diào)度方法。包括以下步驟(1)設(shè)定水電為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為F、風(fēng)電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，試算電網(wǎng)允許的風(fēng)電最大出力Fa；(2)將Fa代入給定電網(wǎng)系統(tǒng)運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術(shù)出力之間的差值F火，作為火電可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量；(3)當(dāng)F火＜0時，減小水電可平衡的風(fēng)電出力Fa值，重復(fù)步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網(wǎng)系統(tǒng)為風(fēng)電提供的總調(diào)峰容量 F總＝Fa+F火，F(xiàn)總即為可并入給定電網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)電容量。
文檔編號H02J3/38GK101707378SQ20091021912
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者魏磊, 朱敏奕, 姜寧, 高媛媛, 孫川永, 于廣亮 申請人:西北電網(wǎng)有限公司