一種快速計(jì)算電網(wǎng)風(fēng)電場棄風(fēng)率及機(jī)組發(fā)電量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化與經(jīng)濟(jì)調(diào)度領(lǐng)域，具體涉及一種快速計(jì)算電網(wǎng)風(fēng)電 場棄風(fēng)率及機(jī)組發(fā)電量的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 風(fēng)電等新能源的大規(guī)模接入電網(wǎng)，優(yōu)化了整個(gè)電力系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，減少了溫室 氣體的排放；然而在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)提供清潔能源的同時(shí)，風(fēng)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性和 不可控性給電力系統(tǒng)安排開機(jī)方式提出了挑戰(zhàn)；從電力系統(tǒng)的角度看，在安排常規(guī)機(jī)組開 機(jī)容量時(shí)面對這開機(jī)容量過大造成棄風(fēng)與開機(jī)容量過小面對切負(fù)荷的矛盾；從新能源的角 度，開機(jī)方式的確定直接影響棄風(fēng)率的計(jì)算結(jié)果。
[0003] 以吉林省電網(wǎng)為例，2015年供熱期棄風(fēng)率高達(dá)42. 96 %，供熱期棄風(fēng)率高達(dá) 60%~70%，這意味著風(fēng)電機(jī)組有接近一半容量在閑置，直接影響風(fēng)電場的成本收回周期 及整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，也意味著火電等常規(guī)機(jī)組的開機(jī)容量過大；更重要的是，目前計(jì)算 風(fēng)電場的棄風(fēng)率的計(jì)算方法，計(jì)算速度較慢，這限制了目前風(fēng)電場棄風(fēng)率的計(jì)算效率。
[0004] 因此，快速計(jì)算風(fēng)電場的棄風(fēng)率在提高風(fēng)電場上網(wǎng)電量的過程中就顯得尤為重 要；而現(xiàn)有的棄風(fēng)率計(jì)算方法多采用機(jī)組組合的方式，計(jì)算結(jié)果精度較高，但是計(jì)算時(shí)間較 長，無法滿足電力系統(tǒng)實(shí)際計(jì)算中的快速性的需求；同時(shí)，目前的方法沒有兼顧電力系統(tǒng)調(diào) 度采用一個(gè)周期調(diào)度一次的現(xiàn)實(shí)，計(jì)算結(jié)果會(huì)加大火電等常規(guī)機(jī)組的波動(dòng)頻次。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種簡單通用的、快速的、充分計(jì)及負(fù)荷特性風(fēng)電棄風(fēng)率的 計(jì)算區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電場棄風(fēng)率及機(jī)組發(fā)電量的方法；本發(fā)明旨在說明電力系統(tǒng)的基于區(qū)間負(fù) 荷曲線的開機(jī)方式的確定方法，并且在此方法的機(jī)組上，快速計(jì)算風(fēng)電場的棄風(fēng)率；本發(fā)明 能夠保證在風(fēng)電場上網(wǎng)電量最大，即棄風(fēng)率最小的情況下，快速的計(jì)算出系統(tǒng)的棄風(fēng)率。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種快速計(jì)算電網(wǎng)風(fēng)電場棄風(fēng)率及機(jī)組發(fā)電量的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)預(yù)測電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線，確定電力系統(tǒng)的調(diào)度周期，根據(jù)電力系統(tǒng)預(yù)測負(fù)荷 曲線及調(diào)度周期形成區(qū)間負(fù)荷曲線；
[0009] 2)按照步驟1)的區(qū)間負(fù)荷曲線，確定開機(jī)方式，根據(jù)確定的開機(jī)方式，修正預(yù)測 負(fù)荷曲線；
[0010] 3)根據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)速信息，預(yù)測風(fēng)功率，建立風(fēng)功率模型，根據(jù)預(yù)測風(fēng)功率和步驟 2)的修正負(fù)荷曲線快速計(jì)算風(fēng)電棄風(fēng)率，同時(shí)修正負(fù)荷曲線；
[0011] 4)根據(jù)步驟3)的修正負(fù)荷曲線，運(yùn)用等效電量函數(shù)法計(jì)算開機(jī)機(jī)組的發(fā)電量。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)具體包括以下實(shí)現(xiàn)步驟：
[0013] 1-1)預(yù)測系統(tǒng)的負(fù)荷模型：
[0014] 某時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測值與實(shí)際值之間存在一定偏差，表示為：
[0016] 式中，<為第t個(gè)時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測值；/fA為由某隨機(jī)因素集決定的第t個(gè)時(shí) 段系統(tǒng)負(fù)荷的實(shí)際值；4為第t個(gè)時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測誤差，服從均值為0的正態(tài)分布，T 為系統(tǒng)運(yùn)行的最大時(shí)段；
[0017] 1-2)確定電力系統(tǒng)的調(diào)度周期：
[0018] 根據(jù)負(fù)荷曲線及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出確定電力系統(tǒng)的調(diào)度周期有兩種方式，第一 種方式是首先確定開機(jī)方式，然后根據(jù)負(fù)荷曲線來確定下一次調(diào)整開機(jī)方式的時(shí)間，第二 種方式是直接確定時(shí)間周期作為開機(jī)周期，考慮到經(jīng)濟(jì)因素及發(fā)電機(jī)組的物理特性，在工 程中采用第二種方式；
[0019] 1-3)區(qū)間負(fù)荷曲線的形成：
[0020] 根據(jù)確定的電力系統(tǒng)的調(diào)度周期及預(yù)測的負(fù)荷模型，找出周期內(nèi)負(fù)荷的最大值及 負(fù)荷的最小值，將負(fù)荷的最大值確定為該周期的上負(fù)荷曲線，將負(fù)荷的最小值確定為該周 期的下負(fù)荷曲線。
[0021] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)具體包括以下步驟：
[0022] 2-1)根據(jù)區(qū)間負(fù)荷曲線確定開機(jī)方式：
[0023] 確定一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的區(qū)間負(fù)荷曲線的上曲線和下曲線分別表示為Pui^PP dciwnJJ 所有的開機(jī)機(jī)組應(yīng)該滿足式（5):
[0025] 其中，Pliniax表示第i臺(tái)機(jī)組的出力上限，P ^in表示第i臺(tái)機(jī)組的出力下限，U表示 的是開機(jī)集合；
[0026] 在確定開機(jī)組合時(shí)，要使開機(jī)的容量盡量小以保證風(fēng)電的最大接納，因而其目標(biāo) 函數(shù)表示為
[0027] min Σ PininPii thu (4)
[0028] 式中，Plithu取0或1，表示第i臺(tái)機(jī)組的開停機(jī)情況1表示開機(jī)，0表示關(guān)機(jī)；
[0029] 將式（4)、（5)采用分之定界法進(jìn)行求解，得到系統(tǒng)中的開機(jī)機(jī)組及系統(tǒng)中的非開 機(jī)機(jī)組；
[0030] 2-2)修正預(yù)測曲線：
[0031] 根據(jù)式（6)求出開機(jī)機(jī)組的最小開機(jī)容量？_:
[0033] 根據(jù)式（7)修正負(fù)荷曲線：
[0034] Prlit= P lit-Pnin t = 1, 2, 3. . . tnax (7)
[0035] 式中W lit表示t時(shí)刻修正后的負(fù)荷，Plit表示t時(shí)刻修正前的負(fù)荷。
[0036] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)具體包括以下步驟：
[0037] 3-1)建立電力系統(tǒng)風(fēng)功率模型：
[0038] 根據(jù)歷史風(fēng)況信息，識別出典型的風(fēng)速或風(fēng)功率模式，通過聚類分析形成多個(gè)風(fēng) 場景；在第t個(gè)時(shí)段、第s個(gè)場景下系統(tǒng)風(fēng)功率的期望值表示為：
[0040] 式中，為時(shí)段t、場景s下系統(tǒng)加總的風(fēng)功率期望值；％為由某隨機(jī)因素集決 定的時(shí)段t、場景s下系統(tǒng)風(fēng)功率的實(shí)際值；S為系統(tǒng)運(yùn)行下的場景；
[0041] 當(dāng)全系統(tǒng)分散在各位置的多個(gè)風(fēng)電場的出力加總時(shí)，應(yīng)用中心極限定理，假設(shè)系 統(tǒng)風(fēng)電出力預(yù)測誤差服從均值為〇的正態(tài)分布：
[0043] 式中，<為時(shí)段t、場景s下系統(tǒng)加總的風(fēng)功率的預(yù)測誤差； <為系統(tǒng)風(fēng)功率預(yù) 測誤差€的標(biāo)準(zhǔn)差；不同地區(qū)的風(fēng)況、預(yù)測工具的精度、預(yù)測點(diǎn)距當(dāng)前的時(shí)間、預(yù)測的時(shí)間 分辨率以及各方對風(fēng)功率預(yù)測的積極性都會(huì)影響 < 的取值，其計(jì)算公式如下：
[0045] 式中，Wp為并網(wǎng)風(fēng)電場的總裝機(jī)容量；μ r μ2為影響風(fēng)功率預(yù)測誤差標(biāo)準(zhǔn)差的經(jīng) 驗(yàn)參數(shù)，其取值范圍均為〇~1 ;
[0046] 3-2)風(fēng)電場棄風(fēng)量的計(jì)算：
[0047] 對于沒有聯(lián)絡(luò)線功率約束的單區(qū)域風(fēng)電場，棄風(fēng)量的計(jì)算方式根據(jù)下式：
[0049] 式中，Ptiuliwindit表示t時(shí)刻風(fēng)電的棄風(fēng)量，P wind,t表示t時(shí)刻的風(fēng)電發(fā)電量，P lit表 示t時(shí)刻負(fù)荷；
[0050] 對于有聯(lián)絡(luò)線約束的多區(qū)域風(fēng)電場，上網(wǎng)電量和棄風(fēng)量計(jì)算根據(jù)如下公式計(jì)算：
[0053] 式中，條件 T1 表示 Pline, t< P11< P cul, wind, t, Pline, t< P cul, wind, t< P11，條件 T2 表示 P1, t Pline，t*^ Pcul，wind，t' Pl，t P cul，wind, t P I ine，t ^ 條件T3表示Prawnd, t< P line, P 1，tJ Pcul，wind，t Pl，t P line，t，P on, wind，t' P cul, wind, t分別表示風(fēng)電上網(wǎng)電量及風(fēng)電棄風(fēng)電量序列，P linf3it 表示連接風(fēng)電輸出端和風(fēng)電輸入端的輸電線路的剩余輸送容量；
[0054] 3-3)棄風(fēng)率的計(jì)算：
[0055] 風(fēng)電場的棄風(fēng)率根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：
[0057] 式中，P表示風(fēng)電場的棄風(fēng)率。
[0058] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)具體包括以下步驟：
[0059] 4-1)修正計(jì)算完棄風(fēng)率后的負(fù)荷曲線：
[0060] 對于沒有聯(lián)絡(luò)線約束的單區(qū)域風(fēng)電場，修正負(fù)荷曲線根據(jù)下式計(jì)算：
[0062] 式中，Pw^表示t時(shí)刻負(fù)荷經(jīng)過單區(qū)域風(fēng)電上網(wǎng)電量計(jì)算后的數(shù)值；
[0063] 對于沒有聯(lián)絡(luò)線約束的多區(qū)域風(fēng)電場，修正負(fù)荷曲線根據(jù)下式計(jì)算：
[0065] 式中，P' liWindit表示t時(shí)刻風(fēng)電接納后的修正負(fù)荷功率序列；
[0066] 4-2)機(jī)組發(fā)電量的計(jì)算：
[0067] 將得到修正時(shí)序負(fù)荷曲線轉(zhuǎn)化為持續(xù)負(fù)荷曲線，然后利用等效電量函數(shù)法計(jì)算發(fā) 電機(jī)組的發(fā)電量。
[0068] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0069] 本發(fā)明能夠在考慮電力系統(tǒng)實(shí)際情況將復(fù)雜的優(yōu)化問題分解成幾個(gè)較為簡單的 約束問題，并通過數(shù)據(jù)流將這幾個(gè)優(yōu)化問題連接起來，從而快速的計(jì)算出區(qū)域電網(wǎng)的棄風(fēng) 率。該方法與基于機(jī)組組合的時(shí)序計(jì)算方法相比，可以大幅度提高計(jì)算速度；與基于解析法 的計(jì)算區(qū)域電網(wǎng)棄風(fēng)率的方法相比，在計(jì)算考慮聯(lián)絡(luò)線的多區(qū)域電網(wǎng)棄風(fēng)率計(jì)算時(shí)，具有 可以計(jì)算區(qū)域任意多而不需要進(jìn)行復(fù)雜的邏輯編程的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】：