一种风电供暖的区域规划方法

摘要

本发明涉及一种风电供暖的区域规划方法，所述方法包括：S1、根据所获取的风功率预测曲线和风电实际出力曲线计算供暖期内所述待规划区域的弃风电量：S2、判断所述弃风电量是否大于设定的阈值，是，则认为在该区域可以实施风电清洁供暖，进行下一步，否则放弃；S3、根据所述弃风电量计算所述带规划区域中可供暖区域的面积；S4、根据所述可供暖区域的面积计算所需要的储热装置的容量；S5、根据所述供弃风电量和储热装置的容量，在可供暖区域内设计风电清洁供暖。本发明的方法根据规划区域的实际风资源数据、风电出力数据、热负荷需求数据评价该区域施行风电清洁供暖方案所具有的可行性，并定量计算可供暖面积以及所需要配置的储热装置的容量大小。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源与节能技术领域，尤其涉及一种风电供暖的区 域规划方法。

背景技术

近年来，我国的风电产业发展迅速，风电机组的装机容量已位 居世界前列。但是随着风电产业的快速发展我国的部分风资源富集 区域也面临着弃风问题，风电消纳陷入困境。根据国家能源局统计 数据显示，2013年全国的风电弃风电量达到了162亿千瓦时。尤其 是在我国“三北区域”(东北、华北、西北)，冬季供暖期由于热电 联产机组受以热定电运行模式的约束，夜间时段具有较高的强迫出 力极大降低了系统调节能力，为保证系统安全稳定运行，造成了大 量弃风。不仅浪费了大量的清洁能源，也大量消耗化石能源并排放 污染物。采用风电供暖，可以减少弃风并实现节能减排，效益巨大， 目前发展迅速。但是，如果风电清洁供暖使用的不是弃风电量，从 能源利用的角度考虑出发则不经济，但是风电出力具有间歇性和不 稳定性，和稳定的供暖需求之间不匹配，因此只是用风电供暖也很 难达到供暖的要求。

发明内容

本发明提供一种风电供暖的区域规划方法，根据待规划区域的实 际风资源数据、风电出力数据、热负荷需求数据评价该区域施行风电 供暖的可行性，并定量计算可供暖面积以及所需要配置的储热装置的 容量大小，从而可以实现使用风电进行供暖。

根据上述目的，本发明提供了一种风电供暖的区域规划方法，其 特征在于，所述方法包括：

S1、获取待规划区域的一个供暖期内的风功率预测曲线和风电实 际出力曲线，根据所获取的风功率预测曲线和风电实际出力曲线计算 供暖期内所述待规划区域的弃风电量：

S2、判断所述弃风电量是否大于设定的阈值，是，则认为在该区 域可以实施风电清洁供暖，进行下一步，否则放弃；

S3、根据所述弃风电量计算所述带规划区域中可供暖区域的面 积；

S4、根据所述可供暖区域的面积计算所需要的储热装置的容量；

S5、根据所述供弃风电量和储热装置的容量，在可供暖区域内设 计风电清洁供暖。

其中，根据所获取的风功率预测曲线和风电实际出力曲线 P_W(t)计算供暖期内所述待规划区域的弃风电量的过程为：

在t时段内，所述待规划区域的弃风功率的计算公式为： $P_W^{\mathrm{curtail}}\left(t\right)=P_W^{\max }\left(t\right)-P_W\left(t\right),$

一年内所述待规划区域的弃风电量为：

$W_W^{\mathrm{curtail}}=\underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}[P_W^{\mathrm{curtail}}\left(t\right)·\mathrm{\Delta t}],$

其中，所述t＝1,2,…,N，N为风功率预测曲线和风电实际出力曲 线的采样点数。

其中，所述步骤S3具体包括：

根据所述待规划区域的单位面积供暖热负荷指标q和供暖期天 数M，计算所述待规划区域的单位面积供暖期能耗：E＝24·q·M·10^-3；

根据所述待规划区域的单位面积供暖期能耗计算所述可供暖区 域的面积：

$A=\frac{W_W^{\mathrm{curtail}}}{E}$

其中，所述步骤S4具体包括：

获取所述可供暖区域的日风电出力曲线和供暖负荷曲线 并进行标幺化处理；

计算标幺化处理后的日风电出力曲线和供暖负荷曲线的相关系 数，并根据所述相关系数计算延时相关系数；

根据所述延时相关系数计算所述可供暖区域所需要的储热装置 的容量。

其中，所述标幺化处理后的日风电力曲线为：

$P_W^{\mathrm{pu}}\left(t\right)=\frac{P_W^{\mathrm{Day}}\left(t\right)}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{Day}}\left(i\right)}$

所述标幺化处理后的供暖负荷曲线为：

$H_L^{\mathrm{pu}}\left(t\right)=\frac{H_L^{\mathrm{Day}}\left(t\right)}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{Day}}\left(i\right)}$

其中，所述相关系数的计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}r=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})(H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}^2}}\\ =\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}·\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}}\end{array}\right)$

根据所述相关系数的计算公式计算所述延时相关系数的公式为：

$\left(\begin{array}{c}{r}_{\mathrm{delay}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})(H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}^2}}\\ =\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}·\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}{(i-t_{\mathrm{delay}})}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})\right)}^2}}\end{array}\right)$

其中，$\stackrel{‾}{{P^{\mathrm{pu}}}_W}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right),\overline{H_L^{\mathrm{pu}}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right),$为标幺化日风电出 力曲线的平均值，为标幺化供暖负荷曲线的平均值，t_delay表示热 负荷延时时间。

其中，根据所述延时相关系数计算所述可供暖区域所需要的储热 装置的容量的具体过程包括：

计算当所述延时相关系数取得最大值时的热负荷延时时间

根据所述当所述延时相关系数取得最大值时的延时相关系数计 算需要的储热装置的容量为

本发明所述的风电供暖的区域规划方法，根据年时间尺度的风资 源特性曲线和年尺度的风电实际出力曲线计算待规划区域限电弃风 总量以对实施风电供暖的可行性进行评估，并计算风电供暖的面积， 根据风电出力典型日特性和热负荷典型日特性之间的延时相关系数 计算，确定所配置的储热装置容量的大小，从而可以实现在一定的区 域内进行风电供暖。另外，本方法在不同的时间尺度下综合考虑了风 电出力、风资源特性以及热负荷需求的具体影响，从而可以合理地利 使用弃风电量进行供暖，实现了资源的充分利用。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示 意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明的风电供暖的区域规划方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。

本发明所述的风电供暖的区域规划方法的原理为：根据年时间尺 度的风资源特性曲线和年尺度的风电实际出力曲线计算待规划区域 的弃风电量以对实施风电供暖的可行性进行评估，然后计算风电供暖 的面积，同时，由于风电出力具有间歇性和不稳定性，和稳定的供暖 需求之间不匹配，因此需要加入储热装置，在风电出力大的时段将多 余的能量存储起来，在风电出力小的时段释放能量保证供暖需求，因 此根据风电出力典型日特性和热负荷典型日特性之间的延时相关系 数计算，确定所配置的储热装置容量的大小。

图1示出了本发明的风电供暖的区域规划方法的流程图。

参照图1，本发明的实施例的风电供暖的区域规划方法具体包括：

S1、获取待规划区域的一个供暖期内的风功率预测曲线(即风电出力极限曲线)和风电实际出力曲线P_W(t)，根据所获取的风 功率预测曲线和风电实际出力曲线计算供暖期内所述待规划区域的 弃风电量：

在t时段内，所述待规划区域的弃风功率的计算公式为：

$P_W^{\mathrm{curtail}}\left(t\right)=P_W^{\max }\left(t\right)-P_W\left(t\right),$

一年内所述待规划区域的弃风电量为：

$W_W^{\mathrm{curtail}}=\underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}[P_W^{\mathrm{curtail}}\left(t\right)·\mathrm{\Delta t}],$

其中，所述t＝1,2,…,N，N为风功率预测曲线和风电实际出力曲 线的采样点数，在计算中，两条曲线的采样步长相同，因此在同一时 间尺度下的采样点数相等，均为N。

上述步骤中，年时间尺度的风功率预测曲线指的是该区域内一年 内总的风电预测出力，也就是该区域内所有风场出力极限的总和，而 风电实际出力曲线指的是同一区域、同一时段内所有风场的实际出力 总和。

S2、根据得到的供暖期内该区域的弃风电量，对风电清洁供暖在 该区域实施的可行性进行评估，判断弃风电量是否大于设定的阈值， 是，则认为在该区域可以实施风电清洁供暖，进行下一步，否则放弃 风电供暖的规划；

上述步骤中，弃风电量的阈值根据待规划区域的实际情况，综合 考虑实施的经济性、电网运行安全性等因素后给出。

S3、根据所述弃风电量计算所述带规划区域中可供暖区域的面 积。

根据该带规划区域单位面积供暖热负荷指标q(单位：W/m²)和 供暖期天数M，计算所述待规划区域的单位面积供暖期能耗： E＝24·q·M·10^-3；

然后根据待规划区域的单位面积供暖期能耗计算可供暖区域的 面积：

$A=\frac{W_W^{\mathrm{curtail}}}{E}$

上述步骤中，供暖热负荷指标和供暖期天数由该区域供暖设计标 准确定。

S4、根据所述可供暖区域的面积计算所需要的储热装置的容量； 具体包括：

获取可供暖区域的日风电出力曲线和供暖负荷曲线 并进行标幺化处理；

标幺化处理后的日风电力曲线为：

$P_W^{\mathrm{pu}}\left(t\right)=\frac{P_W^{\mathrm{Day}}\left(t\right)}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{Day}}\left(i\right)}$

标幺化处理后的供暖负荷曲线为：

$H_L^{\mathrm{pu}}\left(t\right)=\frac{H_L^{\mathrm{Day}}\left(t\right)}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{Day}}\left(i\right)}$

计算标幺化处理后的日风电出力曲线和供暖负荷曲线的相关系 数，并根据所述相关系数计算延时相关系数；

其中，所述相关系数的计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}r=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})(H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}^2}}\\ =\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·H_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}·\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}}\end{array}\right)$

根据所述相关系数的计算公式计算所述延时相关系数的公式为：

$\left(\begin{array}{c}{r}_{\mathrm{delay}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})(H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(P_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)-\overline{P_W^{\mathrm{pu}}})}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\overline{H_L^{\mathrm{pu}}})}^2}}\\ =\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·H_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}{\left(i\right)}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right)\right)}^2}·\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}{(i-t_{\mathrm{delay}})}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}(i-t_{\mathrm{delay}})\right)}^2}}\end{array}\right)$

其中，$\stackrel{‾}{{P^{\mathrm{pu}}}_W}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_W^{\mathrm{pu}}\left(i\right),\overline{H_L^{\mathrm{pu}}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{H}_L^{\mathrm{pu}}\left(i\right),$为标幺化日风电出 力曲线的平均值，为标幺化供暖负荷曲线的平均值，t_delay表示热 负荷延时时间。

上述步骤中，相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的 统计指标，延时相关系数则反映的是在加入了一定的延时之后，两个 变量的关系密切程度。

然后根据所述延时相关系数计算所述可供暖区域所需要的储热 装置的容量，具体为：

计算当所述延时相关系数取得最大值时的热负荷延时时间 即$t_{\mathrm{delay}}^{\max }\to r^{\max }=r(P_W\left(t\right),H_L(t-t_{\mathrm{delay}}))$

根据计算需要的储热装置的容量：

S5、根据所述供弃风电量和储热装置的容量，在可供暖区域内设 计风电清洁供暖。

本发明所述的风电供暖的区域规划方法，根据年时间尺度的风资 源特性曲线和年尺度的风电实际出力曲线计算待规划区域限电弃风 总量以对实施风电供暖的可行性进行评估，并计算风电供暖的面积， 根据风电出力典型日特性和热负荷典型日特性之间的延时相关系数 计算，确定所配置的储热装置容量的大小，从而可以实现在一定的区 域内进行风电供暖。另外，本方法在不同的时间尺度下综合考虑了风 电出力、风资源特性以及热负荷需求的具体影响，从而可以合理地利 使用弃风电量进行供暖，实现了资源的充分利用。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可 以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样 的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。