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(yùn)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(guó)西北地區(qū)風(fēng)能資源豐富，地形平坦、交通方便、沒(méi)有破壞性風(fēng)速的優(yōu)良風(fēng)電場(chǎng)多，風(fēng)電裝機(jī)容量逐步增加。為了維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必須由其它常規(guī)發(fā)電方式為其有功出力提供補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證對(duì)用電負(fù)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(jī)性和不可控性。這種對(duì)風(fēng)電有功出力的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，可看成對(duì)負(fù)的負(fù)荷波動(dòng)跟蹤，即對(duì)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(jī)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(guò)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(jī)性帶來(lái)有功波動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率頻繁變化，給電網(wǎng)安全、可靠供電帶來(lái)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(duì)于指導(dǎo)風(fēng)電有序開(kāi)發(fā)、保證全額收購(gòu)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(jī)性帶來(lái)有功波動(dòng)，保障電網(wǎng)安全、可靠供電。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)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(qiáng)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(shí)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(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝F； 當(dāng)Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H； 當(dāng)Wi＜Wimin≤Wimax時(shí)，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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算得出小方式下火電的負(fù)荷率以及該負(fù)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(shí)，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(shí)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(guò)程具有隨機(jī)性、間歇性與不可控性的特點(diǎn)，但是風(fēng)電的電力電量呈現(xiàn)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。氣象站多年觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔短期監(jiān)測(cè)均表明，風(fēng)資源特點(diǎn)是隨著風(fēng)速的增大，出現(xiàn)的頻次減小，對(duì)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(duì)應(yīng)的小電力累加而成的。
與風(fēng)電相似，水電的徑流來(lái)水也具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，但可通過(guò)具有調(diào)節(jié)能力的水庫(kù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使水庫(kù)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(kù)的運(yùn)行以及電站的可用機(jī)組容量，決定水電站調(diào)峰能力的因素有3個(gè)，水電站的強(qiáng)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(diǎn)，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(jī)性帶來(lái)有功波動(dòng)，保障整個(gè)給定電網(wǎng)的安全運(yùn)行與可靠供電。



下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為典型的風(fēng)電出力過(guò)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(shí)，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(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力示意圖； 圖6為Wi＜Wimin≤Wimax時(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力示意圖。

具體實(shí)施例方式 參照?qǐng)D1，說(shuō)明風(fēng)電出力特性。風(fēng)電出力過(guò)程具有隨機(jī)性、間歇性與不可控性的特點(diǎn)，風(fēng)電出力為f，則f的變化是無(wú)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(shí)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?qǐng)D2，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(guò)對(duì)酒泉風(fēng)電基地運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)研究表明，風(fēng)電的電力電量呈現(xiàn)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，酒泉風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量達(dá)到516萬(wàn)千瓦時(shí)，其出力與累計(jì)電量的關(guān)聯(lián)圖表明一定裝機(jī)容量的風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電力與電量的關(guān)系是隨著風(fēng)電電力的增長(zhǎng)，由其構(gòu)成的風(fēng)電電量程下降趨勢(shì)。
與風(fēng)電相似，水電的徑流來(lái)水也具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，但可通過(guò)具有調(diào)節(jié)能力的水庫(kù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使水庫(kù)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(kù)的運(yùn)行以及電站的可用機(jī)組容量，決定水電站調(diào)峰能力的因素有3個(gè)，水電站的強(qiáng)迫出力、預(yù)想出力以及平均出力。
參照?qǐng)D3，圖中Q、P、Y分別代表水電站的強(qiáng)迫出力、平均出力、預(yù)想出力。強(qiáng)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(lái)水、用水限制的可用電量對(duì)應(yīng)的出力，主要反映水電發(fā)電的實(shí)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(qiáng)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(kù)的調(diào)節(jié)能力為風(fēng)電儲(chǔ)能調(diào)峰，在風(fēng)電出力增加時(shí)，降低水電的出力；在風(fēng)電出力降低時(shí)，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(gè)允許的最大風(fēng)電電力，有一個(gè)對(duì)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(shuō)通過(guò)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(shí)候都滿足水電可用容量的限制，又滿足水庫(kù)的水足以調(diào)節(jié)風(fēng)電電力的要求，則這個(gè)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(qiáng)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(guò)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(shí)，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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算得出小方式下火電的負(fù)荷率以及該負(fù)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(jìn)行風(fēng)水互補(bǔ)運(yùn)行后，喪失了參與電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)峰的能力，因此，為滿足電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算可得出小方式下火電的負(fù)荷率，即火電承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷、調(diào)峰和備用的最小出力率。該負(fù)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?，F(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行都建立有模擬計(jì)算模型，通過(guò)該模擬計(jì)算模型所獲取的信息作為電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度依據(jù)。
(3)當(dāng)F火＜0時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，表明火電不能滿足給定電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)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(fù)荷調(diào)峰，此時(shí)需要重新按照上述步驟進(jìn)行試算，直到F火≥0。
需要說(shuō)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(jī)組開(kāi)機(jī)方式后，火電機(jī)組的電力變化僅引起火電電量的變化，不會(huì)再對(duì)火電機(jī)組的開(kāi)機(jī)方式造成影響，由此確定的火電機(jī)組向風(fēng)電提供的調(diào)峰容量也就是一個(gè)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(shí)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(lái)規(guī)劃的風(fēng)電項(xiàng)目的模擬調(diào)度中，換言之，該調(diào)度方法可以驗(yàn)證風(fēng)電項(xiàng)目規(guī)劃的合理性。
現(xiàn)以西北電網(wǎng)2010水平年預(yù)測(cè)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(jī)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(shí)際以及電廠調(diào)度管轄關(guān)系，并根據(jù)各水電廠的實(shí)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(cè)2010年9月上述水電站預(yù)想出力820萬(wàn)千瓦，平均出力299萬(wàn)千瓦，強(qiáng)迫出力158.4萬(wàn)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(lái)源于規(guī)劃資料和裝機(jī)容量)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表1。
表1
由水電、風(fēng)電資料形成計(jì)算公式Wimax＝(820-299)×24，計(jì)算出水電可接納的最大風(fēng)電電量為12504萬(wàn)千瓦時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大調(diào)峰容量為516萬(wàn)千瓦。
3、計(jì)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(duì)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(jì)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(wàn)千瓦，相應(yīng)的風(fēng)電日電量為2521.7萬(wàn)千瓦時(shí)；如果沒(méi)有剛好滿足Wa+Wi＝(F+Q)×24時(shí)，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(yùn)行資料可知陜西、甘肅、寧夏、清?；痣姍C(jī)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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算出陜西、甘肅、寧夏、清?；痣姍C(jī)組的最小負(fù)荷率分別為59％、82％、68％、66％；并將電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬計(jì)算結(jié)果中的火電機(jī)組最小負(fù)荷率與火電機(jī)組實(shí)際最小技術(shù)出力相比較，表明水電為風(fēng)電提供240萬(wàn)千瓦調(diào)峰容量可行；確定的火電機(jī)組最小負(fù)荷率與實(shí)際最小技術(shù)出力的差值，求得火電機(jī)組可為風(fēng)電提供的調(diào)峰容量為134萬(wàn)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(wàn)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(qiáng)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(shí)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(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝F；
當(dāng)Wi≥Wimin且Wi＞W(wǎng)imax時(shí)，水電可平衡的風(fēng)電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H；
當(dāng)Wi＜Wimin≤Wimax時(shí)，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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算得出小方式下火電的負(fù)荷率以及該負(fù)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(shí)，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(shí)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(yùn)行領(lǐng)域，公開(kāi)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(yùn)行的模擬計(jì)算模型，計(jì)算得出小方式下火電的負(fù)荷率以及該負(fù)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(shí)，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(shí)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(hào)H02J3/38GK101707378SQ20091021912
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西北電網(wǎng)有限公司