大区电力系统新能源电源规划及储能配置方法研究

摘要

电力供应体系中的新能源大规模发展是我国实现能源转型和应对全球气候变化的重要措施之一。规划作为基础环节，对新能源的有序发展起到重要作用。目前规划新能源时，主要考虑新能源的资源特性，优先在资源条件好、开发难度低的地区建设新能源发电项目。由于规划新能源时未考虑详细的电力系统运行特性，在一定程度上导致了新能源发展的不均衡。局部地区出现较为严重的新能源消纳问题，制约了部分地区的新能源发展。从根据解决新能源消纳问题，需要在规划阶段同时考虑新能源资源条件和电力系统条件，一方面为既定装机容量方案反馈新能源并网运行情况，另一方面根据既定的电量发展目标提供相适应的新能源发展方案。通过制定合理的新能源电源规划方案，实现新能源装机与发电量共同增长的目标。虽然合理的电源规划方案可以引导新能源的有序发展，但实际的装机容量还会受到能源政策、新能源发电技术成本等因素影响，造成实际装机容量偏离预期规划，增加了电力系统应对新能源出力变化的灵活性需求，此时通过储能装置的灵活配置来提高电力系统灵活性是一种行之有效的措施。因此，针对规模日益扩大的大区电力系统，研究新能源电源规划及储能配置方法具有重要意义。
　　本文在充分调研和总结现代电力系统新能源电源规划方法及储能配置方法的基础上，针对大区电力系统提出了以时序电力平衡为基础的新能源电源规划方法和提高电力系统灵活性的储能配置方法。主要研究内容包括：
　　（1）提出了大区电力系统中长期时序生产模拟的快速计算模型。通过机组聚合和对描述机组运行特性的离散变量进行连续化处理，建立了一种模拟大区电力系统时序运行过程的线性规划模型，显著提高了模拟计算效率，在模拟精度和仿真速度上实现了良好的平衡。东北电网实际算例结果表明，与现有电力系统时序生产模拟混合整数线性规划模型相比，所提线性规划模型能够在保证时序运行模拟结果准确性的同时显著提高计算效率。所提方法应用于大区电力系统中长期时序生产模拟问题时，无需采用逐时段滚动的求解方法，为大区电力系统新能源电源规划及接纳能力分析研究奠定了基础。
　　（2）基于前述所提出的大区电力系统中长期时序生产模拟的快速计算模型，提出了量化大区电力系统光伏接纳能力的方法，能够在较短时间内完成系统全年运行过程的场景扫描，从而量化了不同光伏发电装机容量以及系统运行场景下电力系统光伏接纳能力的变化，并计算了满足光伏发电量占比要求的最小光伏发电装机容量需求。针对西北电网实际算例，分析了西北各省级电网因电源结构不同而造成的光伏接纳能力不同，并分析了火光互补、水光互补和风光互补等运行机制对该区域电力系统光伏接纳能力的影响，为未来光伏电源规划提供参考。
　　（3）基于高时空分辨率的气象及地理数据建立的新能源资源时空特性表征方法和改进的大区电力系统中长期时序生产模拟的快速计算模型，提出了考虑资源时空特性的新能源容量规划与布局优化方法。所提方法能够同时考虑新能源资源时空特性、电力系统接纳能力和保障新能源开发利用的发电量占比目标，获得投资成本最小的新能源新增装机容量及布局方案，为大区电力系统新能源发展提供详细具体的执行方案。西北电网仿真结果表明，单纯考虑资源特性所得到的新能源规划方案无法保证新能源发电量占比目标，而本文所提出的新能源容量规划与布局优化模型能获得确保新能源发电量占比的电源规划方案，并基于所提方法分析了省间电力交换调节能力对西北电网新能源规划布局的影响。
　　（4）作为新能源电源规划方法的补充，针对新能源过度发展可能导致的系统灵活性需求增加，提出了一种提高电力系统灵活性的储能配置方法和基于鲁棒线性优化理论的求解方法。针对电力系统既有灵活性资源与储能装置应对新能源出力随机变化灵活性需求，提出了一种优化的协调分配方法，使得所提方法能够在系统灵活调节能力受限和不足时，确定所需储能装置的最小功率容量及布局方案。通过Garver6节点系统与辽宁实际电网算例验证了所提储能配置方法的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2新能源电源规划及储能配置方法的研究现状

1.3现有研究的局限性

1.4本文研究内容与创新点

2 大区电力系统中长期时序生产模拟的快速计算模型

2.1引言

2.2集群火电机组时序运行特性的数学建模

2.3大区电力系统时序生产模拟的线性规划模型

2.4算例分析

2.5小结

3 大区电力系统光伏接纳能力量化方法及分析应用

3.1引言

3.2量化电力系统光伏接纳能力的计算流程

3.3大区电力系统光伏接纳能力定量分析方法

3.4光伏接纳能力量化方法在西北电网中的应用分析

3.5小结

4 考虑资源时空特性的新能源容量规划与布局优化方法

4.1引言

4.2考虑资源时空特性的新能源规划思路

4.3考虑资源时空特性的新能源容量规划与布局优化的数学模型

4.4算例分析

4.5小结

5 提高电力系统灵活性的储能鲁棒优化配置方法

5.1引言

5.2提高电力系统灵活性的储能配置优化模型

5.3基于鲁棒线性优化理论的模型求解方法

5.4算例分析

5.5小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2后续研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文及专利

附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目

附录3 西北电网系统参数及场景扫描结果