基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法，屬于電力系統(tǒng)的調(diào)峰平衡與風(fēng)電消納分析領(lǐng)域，包括:確定邊界條件，基于邊界條件中的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線與風(fēng)電出力模擬曲線按月生成月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)，根據(jù)各月的月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)內(nèi)不同的負(fù)荷曲線與風(fēng)電出力曲線，構(gòu)成月組合場(chǎng)景庫(kù)，用多種特征量逐一對(duì)每一個(gè)組合場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡情況進(jìn)行判定，根據(jù)所有場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡結(jié)果，判定不同時(shí)間尺度下的概率性調(diào)峰平衡結(jié)果。本方法更符合目前大規(guī)模風(fēng)電接入下的電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡分析的特點(diǎn)與要求及電網(wǎng)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。
【專利說(shuō)明】基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的調(diào)峰平衡與風(fēng)電消納分析領(lǐng)域，特別涉及一種基于場(chǎng)景庫(kù) 的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源形式，有著極其可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益 和環(huán)境效益。而大力開(kāi)發(fā)可再生能源符合我國(guó)目前電源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求，是我國(guó)能源發(fā)展 戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。近年來(lái)，源于國(guó)家政策的大力支持，風(fēng)電在我國(guó)的 發(fā)展非常迅速。但由于風(fēng)電反調(diào)峰特性、源網(wǎng)規(guī)劃不合理等各方面原因，風(fēng)電在中國(guó)的接入 率并不高，棄風(fēng)限電的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著未來(lái)風(fēng)電裝機(jī)比例的進(jìn) 一步擴(kuò)大，電力系統(tǒng)風(fēng)電消納能力不足的問(wèn)題會(huì)愈發(fā)凸顯。其中，系統(tǒng)調(diào)峰能力的限制是制 約風(fēng)電接入的一個(gè)重要方面。我國(guó)電網(wǎng)調(diào)峰能力與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距，這與我國(guó)當(dāng)前的 電源結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。我國(guó)電網(wǎng)裝機(jī)結(jié)構(gòu)以燃煤火電機(jī)組為主，水電、抽水蓄能、燃?xì)廨?機(jī)等調(diào)峰能力強(qiáng)的電源在電網(wǎng)中的比例相對(duì)不足。而隨著風(fēng)電等間歇性新能源接入電網(wǎng)的 規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力的要求愈加苛刻，反過(guò)來(lái)限制風(fēng)電的消納，制約了風(fēng)電等新 能源的發(fā)展。因而，對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)下電力系統(tǒng)的調(diào)峰平衡情況做精細(xì)化的分析，建立適應(yīng)當(dāng)前 電力系統(tǒng)發(fā)展的調(diào)峰平衡判定方法，對(duì)合理規(guī)劃風(fēng)電與電網(wǎng)建設(shè)，促進(jìn)風(fēng)電消納具有現(xiàn)實(shí) 意義。
[0003] 以往的調(diào)峰平衡判定方法通常將所有火電機(jī)組的可調(diào)容量之和作為電力系統(tǒng)的 最大調(diào)峰能力，與全年最大調(diào)峰需求進(jìn)行比較，從全年的時(shí)間尺度上判定電力系統(tǒng)的調(diào)峰 平衡情況。這樣的判定方法從計(jì)算分析的角度而言較為簡(jiǎn)便，但從電力系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái) 看，還存在著諸多方面的問(wèn)題 ：
[0004] (1)運(yùn)用確定性的分析方法，忽略了風(fēng)電不確定性的特質(zhì)，在當(dāng)前大規(guī)模風(fēng)電接入 的情況下，已無(wú)法適應(yīng)調(diào)峰平衡的分析與判定。
[0005] (2)未充分考慮到電源結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在分析時(shí)一般只針對(duì)火電機(jī)組與水電機(jī)組 進(jìn)行建模，并沒(méi)有考慮到其他形式的電源在系統(tǒng)調(diào)峰中所起到的作用；
[0006] (3)對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的評(píng)估主要建立在全年尺度之上，這顯然是存在一定問(wèn) 題的，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的最大調(diào)峰能力并不是一成不變的，它由當(dāng)日所有開(kāi)機(jī)機(jī)組的調(diào)峰能 力共同決定，與日開(kāi)機(jī)容量及當(dāng)日可調(diào)用機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)相關(guān)，而不能僅僅以所有機(jī)組調(diào) 峰容量的總和來(lái)評(píng)估電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力；
[0007] (4)在進(jìn)行調(diào)峰平衡判定時(shí)，并沒(méi)有充分體現(xiàn)出不同時(shí)期不同機(jī)組調(diào)峰特性的變 化情況，其中包括機(jī)組檢修計(jì)劃影響、熱電機(jī)組不同時(shí)期運(yùn)行方式的變化、水電機(jī)組的強(qiáng)迫 出力與受阻容量變化等這些實(shí)際因素在整個(gè)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力中所起到的作用。
[0008] 上述問(wèn)題決定了目前方法只能對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰平衡情況作粗略的判定，并不能 適用于大規(guī)模風(fēng)電接入下的精細(xì)化判定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是解決我國(guó)目前大規(guī)模風(fēng)電接入為電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡分析中帶來(lái) 的相關(guān)問(wèn)題，提供了一種基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法，以概率性的指標(biāo)來(lái)衡 量電力系統(tǒng)的調(diào)峰平衡與風(fēng)電消納情況，本方法更符合目前大規(guī)模風(fēng)電接入下的電力系統(tǒng) 調(diào)峰平衡分析的特點(diǎn)與要求及電網(wǎng)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。
[0010] 本發(fā)明提出的一種基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟：
[0011] 1)確定邊界條件：
[0012] 確定調(diào)峰平衡判定所需的邊界條件，包括負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線、風(fēng)電出力模擬曲線、機(jī)組 裝機(jī)規(guī)劃與機(jī)組運(yùn)行參數(shù)；
[0013] 2)基于邊界條件中的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線與風(fēng)電出力模擬曲線按月生成月負(fù)荷曲線場(chǎng) 景庫(kù)與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)，其中 ：
[0014] 月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)為預(yù)測(cè)得到的能夠表征該月各負(fù)荷水平的典型日負(fù)荷預(yù)測(cè)曲 線的集合；
[0015] 月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)為通過(guò)模擬得到的能夠表征該月各種日內(nèi)風(fēng)電出力的可 能情況的典型日內(nèi)風(fēng)電出力曲線的集合；
[0016] 3)根據(jù)各月的月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)內(nèi)不同的負(fù)荷曲線與 風(fēng)電出力曲線，兩兩組合得到各月的"負(fù)荷-風(fēng)電出力"組合場(chǎng)景，以構(gòu)成月組合場(chǎng)景庫(kù)，用 以調(diào)峰平衡的判定與分析；
[0017] 4)根據(jù)"負(fù)荷-風(fēng)電出力"組合場(chǎng)景Fi, k下的日負(fù)荷序列Li,」、日風(fēng)電出力序列 Wiik和日凈負(fù)荷序列Puk，結(jié)合該月系統(tǒng)運(yùn)行的邊界條件，用多種特征量逐一對(duì)每一個(gè)組合 場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡情況進(jìn)行判定，具體包括：
[0018] 41)調(diào)峰需求：
[0019] 風(fēng)電接入后，場(chǎng)景Fuk下的調(diào)峰需求由日凈負(fù)荷序列的高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷及備 用確定，如式（1)所示：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于場(chǎng)景庫(kù)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰平衡判定方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟： 1) 確定邊界條件： 確定調(diào)峰平衡判定所需的邊界條件，包括負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線、風(fēng)電出力模擬曲線、機(jī)組裝機(jī) 規(guī)劃與機(jī)組運(yùn)行參數(shù)； 2) 基于邊界條件中的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線與風(fēng)電出力模擬曲線按月生成月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù) 與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)，其中： 月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)為預(yù)測(cè)得到的能夠表征該月各負(fù)荷水平的典型日負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線的 集合； 月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)為通過(guò)模擬得到的能夠表征該月各種日內(nèi)風(fēng)電出力的可能情 況的典型日內(nèi)風(fēng)電出力曲線的集合； 3) 根據(jù)各月的月負(fù)荷曲線場(chǎng)景庫(kù)與月風(fēng)電出力曲線場(chǎng)景庫(kù)內(nèi)不同的負(fù)荷曲線與風(fēng)電 出力曲線，兩兩組合得到各月的"負(fù)荷-風(fēng)電出力"組合場(chǎng)景，以構(gòu)成月組合場(chǎng)景庫(kù)，用以調(diào) 峰平衡的判定與分析； 4) 根據(jù)"負(fù)荷-風(fēng)電出力"組合場(chǎng)景Fi,」,k下的日負(fù)荷序列Li,」、日風(fēng)電出力序列Wi,k和 日凈負(fù)荷序列Puk,結(jié)合該月系統(tǒng)運(yùn)行的邊界條件，用多種特征量逐一對(duì)每一個(gè)組合場(chǎng)景 下的調(diào)峰平衡情況進(jìn)行判定，具體包括： 41) 調(diào)峰需求： 風(fēng)電接入后，場(chǎng)景Fuk下的調(diào)峰需求由日凈負(fù)荷序列的高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷及備用確 定，如式⑴所示：
其中，為場(chǎng)景Fuk下日凈負(fù)荷序列的最大值，即乃"：；滿足下式 尸：二maxdw 九2，'"，&知），尸；為場(chǎng)景Fijk下日凈負(fù)荷序列的最小值，即 滿足下式尸二二&上")，S為備用率； 在風(fēng)電接入前后，，采用調(diào)峰需求的變化率描述電力系統(tǒng)調(diào)峰需求的變化情況；場(chǎng)景Fi;j，k下的調(diào)峰需求變化率如式（2)所示：
其中，為風(fēng)電接入前電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求，由日負(fù)荷序列的最大值、最小值及備 用率決定，如式（3)所示：
式中，=max(A. 人_/，2，…，A.，,.，J， Li,j-min(L.,Ll , ^i,j,")； 若Puk > 1，則判定風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求增加； 42) 調(diào)峰率需求： 風(fēng)電接入電力系統(tǒng)之后，場(chǎng)景Fuk下的調(diào)峰率需求由開(kāi)機(jī)容量需求和調(diào)峰需求共同決 定，在場(chǎng)景Fi^k下的調(diào)峰率需求如式（4)所示：
其中，尸為系統(tǒng)開(kāi)機(jī)容量需求，由日凈負(fù)荷序列的最大值與備用率決定，如式（5) 所示：
在風(fēng)電接入前后，采用調(diào)峰率需求的變化率來(lái)描述系統(tǒng)調(diào)峰率需求的變化情況，調(diào)峰 需求變化率如式（6)所示：
其中，為風(fēng)電接入后系統(tǒng)的調(diào)峰率需求，如式（7)所示：
式中，為風(fēng)電未接入系統(tǒng)下的開(kāi)機(jī)容量需求，由日負(fù)荷序列的最大值與備用率決 定，如式⑶所示：
若quk > 1，則判定風(fēng)電接入后系統(tǒng)的調(diào)峰率需求增加； 43)調(diào)峰裕度： 調(diào)峰裕度為反映日內(nèi)調(diào)峰平衡情況的特征量，由場(chǎng)景Fi^t下的調(diào)峰需求與電力 系統(tǒng)的最大調(diào)峰能力i3丨得到，如式（9)所示：
其中，電力系統(tǒng)的最大調(diào)峰能力p丨=rx表示在當(dāng)前場(chǎng)景下可以獲得的電力系統(tǒng)最大可 調(diào)范圍，由電力系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)容量需求與可調(diào)用機(jī)組的調(diào)峰率決定；首先，對(duì)所有可調(diào) 用機(jī)組除去當(dāng)日必開(kāi)機(jī)組后的可調(diào)用機(jī)組的調(diào)峰率由高到低排序；其次，根據(jù)場(chǎng)景Fuk下 的開(kāi)機(jī)容量需求M從高到低選取機(jī)組，直至所選機(jī)組與必開(kāi)機(jī)組的最大容量之和滿足 開(kāi)機(jī)容量需求時(shí)，將所選機(jī)組與必開(kāi)機(jī)組作為最大調(diào)峰能力的開(kāi)機(jī)機(jī)組，將所有開(kāi)機(jī) 機(jī)組的可調(diào)范圍相加，得到當(dāng)日系統(tǒng)的最大可調(diào)范圍為K;:!:至Km; 其中，凡口為當(dāng)日系統(tǒng)的最小技術(shù)出力，PGJ為當(dāng)日系統(tǒng)的最大技術(shù)出力，則當(dāng)日系 統(tǒng)的最大調(diào)峰能力如式（10)所示：
若調(diào)峰裕度APuk >0,則判定場(chǎng)景Fuk下滿足系統(tǒng)的調(diào)峰平衡；若調(diào)峰裕度APijk <0,則判定場(chǎng)景Fi,j,k下不能滿足系統(tǒng)的調(diào)峰平衡，需要在電力系統(tǒng)的最小技術(shù)出力/t；：! 超過(guò)了該時(shí)段的凈負(fù)荷Putt時(shí)進(jìn)行棄風(fēng)，以保證調(diào)峰平衡的實(shí)現(xiàn)； 在場(chǎng)景Fi，j，k下，時(shí)段t(t = 1，2,. . . n)內(nèi)的棄風(fēng)功率如式（11)所示：
則場(chǎng)景Fuk下全天的棄風(fēng)電量如式（12)所示：
其中，h為單位時(shí)段的長(zhǎng)度； 逐一完成對(duì)每個(gè)單一場(chǎng)景的計(jì)算與判定，即得到在全年所有場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡判定結(jié) 果； 5)根據(jù)所有場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡結(jié)果，判定不同時(shí)間尺度下的概率性調(diào)峰平衡結(jié)果： 51)全年尺度下的概率性調(diào)峰平衡判定： 基于得到的在全年所有場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡判定結(jié)果，分別計(jì)算出調(diào)峰需求、調(diào)峰率需 求以及調(diào)峰裕度的概率分布，以此作為全年調(diào)峰需求、調(diào)峰率需求以及調(diào)峰裕度的概率分 布，同時(shí)，計(jì)算調(diào)峰平衡判定的全年概率性指標(biāo)，全年概率性指標(biāo)具體包括如下： 511) 全年調(diào)峰不足概率： 定義全年調(diào)峰不足概率如式（13)所示：
其中，為示性函數(shù)，表征場(chǎng)景Fuk下是否發(fā)生調(diào)峰不足的情況，如式（14)所示：
全年調(diào)峰不足概率指標(biāo)反映出全年發(fā)生調(diào)峰不足情況的概率，能從"足夠"或者"不足" 的角度判定調(diào)峰平衡情況； 512) 全年最大調(diào)峰缺額： 定義全年最大調(diào)峰缺額為所有組合場(chǎng)景下的最大調(diào)峰不足量，如式（15)所示：
其中，函數(shù)4定義如式（16):
全年最大調(diào)峰缺額指標(biāo)用來(lái)反映出全年調(diào)峰平衡的極端情況，通過(guò)該指標(biāo)可以判定調(diào) 峰不足程度； 513) 全年棄風(fēng)電量期望： 定義全年的棄風(fēng)電量期望如式（17)所示：
其中，N為全年的總天數(shù)； 這一指標(biāo)反映全年棄風(fēng)電量的期望值，是從量的角度來(lái)評(píng)價(jià)全年的棄風(fēng)情況，以此反 映全年調(diào)峰不平衡的程度； 514) 全年日棄風(fēng)電量累計(jì)概率： 定義數(shù)值Wtl下的全年日棄風(fēng)電量累計(jì)概率為所有場(chǎng)景下日棄風(fēng)電量不超過(guò)該數(shù)值Wtl 的概率，如式（18)所示：
其中，51；^為示性函數(shù)，表征場(chǎng)景Fuk下的日棄風(fēng)電量與數(shù)值Wtl之間的關(guān)系，如式 (19)所示：
全年日棄風(fēng)電量累計(jì)概率用于判定全年日棄風(fēng)電量的分布情況； 52)月度尺度下的概率性調(diào)峰平衡判定： 基于得到的各月內(nèi)所有場(chǎng)景下的調(diào)峰平衡判定結(jié)果，用調(diào)峰平衡判定的月度概率性指 標(biāo)來(lái)衡量判定該月的調(diào)峰平衡情況，月度性指標(biāo)具體包括如下： 521) 月內(nèi)調(diào)峰不足概率： 定義第i個(gè)月內(nèi)發(fā)生調(diào)峰不足概率如式（20)所示：
月內(nèi)調(diào)峰不足概率反映出該月內(nèi)發(fā)生調(diào)峰不足情況的概率，能從"足夠"或者"不足"的 角度來(lái)判定調(diào)峰平衡情況； 522) 月內(nèi)最大調(diào)峰缺額： 定義第i個(gè)月內(nèi)最大調(diào)峰缺額如式（21)所示：
月內(nèi)最大調(diào)峰缺額用于反映出各月調(diào)峰平衡的極端情況，判定調(diào)峰資源的緊缺程度； 523) 月內(nèi)日均棄風(fēng)電量： 根據(jù)第i個(gè)月內(nèi)的所有組合場(chǎng)景下的棄風(fēng)電量，定義該月內(nèi)日均棄風(fēng)電量如式（22)所 示：
月內(nèi)日均棄風(fēng)電量從量的角度判定該月的風(fēng)電消納情況，由此判定調(diào)峰不足程度； 53)時(shí)段尺度下的概率性調(diào)峰平衡判定： 對(duì)各個(gè)時(shí)段逐一進(jìn)行分析，用調(diào)峰平衡判定的時(shí)段概率性指標(biāo)來(lái)判定時(shí)段尺度下的調(diào) 峰平衡結(jié)果，時(shí)段概率性指標(biāo)具體包括如下： 531) 全年時(shí)段棄風(fēng)概率： 定義全年時(shí)段棄風(fēng)概率為全年一天中各時(shí)段發(fā)生棄風(fēng)的概率，即全年時(shí)段t內(nèi)的棄風(fēng) 概率如式（23)所示：
其中，Sutt為示性函數(shù)，表征場(chǎng)景Fuk下在時(shí)段t內(nèi)是否會(huì)發(fā)生棄風(fēng)，如式（24)所 示：
全年時(shí)段棄風(fēng)概率是從"發(fā)生"或"不發(fā)生"的角度判定各時(shí)段的棄風(fēng)情況； 532) 各月時(shí)段棄風(fēng)功率期望： 定義第i個(gè)月在時(shí)段t內(nèi)的平均棄風(fēng)功率如式（25)所示：
各月時(shí)段棄風(fēng)功率期望從量的角度判定該月各時(shí)段內(nèi)的風(fēng)電消納情況。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104268800SQ201410520063
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】康重慶, 顧澤鵬, 張寧 申請(qǐng)人:清華大學(xué)