考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法

摘要

本发明公开了一种考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，具体为：从发电侧获取各类发电厂的出力预测数据；通过对需求侧可调负荷调节潜力模型的求解，获得各可调负荷的调节空间；计算高新能源渗透率下的大规模新能源电网的实际正负备用值；建立考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型：以统调等值负荷曲线最平滑、统调等值负荷曲线的峰谷差最小、负荷侧资源参与调节的总成本最低为目标，确定大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的优化目标函数并设置约束条件；基于所建立的优化模型，计算大规模新能源电网的统调等值负荷平滑优化结果。本发明实现了发电侧与需求侧的有机统一，降低了电网系统运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统发电调度技术领域，特别是一种考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法。

背景技术

提高电力系统的新能源消纳能力以促进化石能源的清洁替代成为实现发电行业绿色低碳转型的关键。风、光等波动型新能源受环境影响严重，随机性显著，其大量接入为电网安全稳定运行造成极大负面影响，易导致电网出现峰谷差过大、午间低谷、备用不足等现象，从而使得发电机组需要频繁的调节以应对新能源大规模并网导致的电网问题。

目前国内外现有的电网统调发电曲线平滑方法主要有基于模型预测控制的方法、基于人工智能的方法、基于市场化机制的方法、基于多目标优化的方法以及基于协同控制的方法，这些方法均仅通过调度常规发电机组的出力实现平滑调度。但未来电网中能源结构的变化趋势是新能源并网规模逐渐增大、常规发电机组的占比降低，这使得现有的统调发电方法将无法满足未来新能源大规模并网下的新型电网对统调发电曲线平滑的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在最小的成本以及不出现额外的备用问题的条件下借助负荷侧资源实现的考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，包括以下步骤：

步骤1、从发电侧获取各类型发电厂的出力预测数据；

步骤2、通过对需求侧可调负荷调节潜力模型的求解，获得各可调负荷的调节空间；

步骤3、计算高新能源渗透率下的大规模新能源电网的实际正负备用值；

步骤4、建立考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型：以统调等值负荷曲线最平滑、统调等值负荷曲线的峰谷差最小、负荷侧资源参与调节的总成本最低为目标，确定大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的优化目标函数，并设置模型的约束条件；

步骤5、基于步骤4所建立的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型，计算大规模新能源电网的统调等值负荷平滑优化结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）基于对未来传统发电机组占比下降这一趋势的考虑，本发明采用需求侧的可调负荷资源进行统调发电曲线的平滑调度，而不是局限于发电侧的机组资源，从而实现发电侧与需求侧的统一；

（2）本发明在进行统调发电曲线平滑的过程中加入发电侧的备用约束，从而保证在解决电网本身突发的备用问题的同时不会产生新的备用问题；

（3）本发明在进行统调发电曲线的平滑调度的过程中加入统调等值负荷曲线的削峰填谷调度，使得统调等值负荷曲线更加平滑、峰谷差更小，更有利于常规机组在爬坡阶段以及高峰低谷时段的电网调度。

附图说明

图1是本发明考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法的流程图。

图2是全时段统调等值负荷曲线调节前后对比图。

图3是午间低谷时段统调等值负荷曲线调节前后对比图。

图4是负荷侧资源的各时刻调节总量图。

图5是温控负荷各时刻调节总量图。

图6是电动公交车充电站1各时刻调节总量图。

图7是电动公交车充电站2各时刻调节总量图。

图8是电动公交车充电站3各时刻调节总量图。

图9是工业负荷1各时刻调节总量图。

图10是工业负荷2各时刻调节总量图。

图11是工业负荷3各时刻调节总量图。

图12是储能系统1各时刻调节总量图。

图13是储能系统2各时刻调节总量图。

图14是储能系统3各时刻调节总量图。

具体实施方式

本发明考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，从负荷侧对将新能源出力等效为负荷的统调等值负荷进行调节，在解决部分原有备用问题以及不产生新的备用问题的前提下，降低负荷峰谷差，从而使得发电曲线更加平滑，降低发电机组的调节频率以及调节难度。

本发明考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，包括以下步骤：

步骤1、从发电侧获取各类型发电厂的出力预测数据；

步骤2、通过对需求侧可调负荷调节潜力模型的求解，获得各可调负荷的调节空间；

步骤3、计算高新能源渗透率下的大规模新能源电网的实际正负备用值；

步骤4、建立考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型：以统调等值负荷曲线最平滑、统调等值负荷曲线的峰谷差最小、负荷侧资源参与调节的总成本最低为目标，确定大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的优化目标函数，并设置模型的约束条件；

步骤5、基于步骤4所建立的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型，计算大规模新能源电网的统调等值负荷平滑优化结果。

作为一种具体示例，步骤1中从发电侧获取各类型发电厂的出力预测数据，其中：

从发电侧获得的发电厂出力预测数据包括燃煤发电出力预测数据、燃气发电出力预测数据、水力发电出力预测数据、风力发电出力预测数据、光伏发电出力预测数据、核电出力预测数据以及外来电出力预测数据，除上述出力预测数据外，还需获得燃煤发电开机容量数据、燃气发电开机容量数据以及水力发电开机容量数据。

作为一种具体示例，步骤2中所述的需求侧，具体如下：

将电网系统中需求侧划分为不可调负荷、可调负荷；不可调负荷包括一类负荷、二类负荷以及居民用电负荷，是电网必须满足需求的部分；可调负荷包括空调负荷、电动公交车、部分工业负荷这些能够在改变功率的同时不影响社会正常秩序的负荷，是电网能够进行调度的部分。

作为一种具体示例，步骤3所述的计算高新能源渗透率下的大规模新能源电网的实际正负备用值，具体如下：

其中，

其中，

作为一种具体示例，步骤4所述的以统调等值负荷曲线最平滑、统调等值负荷曲线的峰谷差最小、负荷侧资源参与调节的总成本最低为目标，确定大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的优化目标函数，具体如下：

第一目标函数

其中，

其中，

其中，

其中，

（2）统调等值负荷曲线的峰谷差最小

第二本目标函数

其中，

（3）负荷侧资源调节的总成本最低

第三本目标函数

其中，

作为一种具体示例，步骤4所述模型的约束条件，包括：

温控负荷约束、电动公交车约束、工业负荷约束、储能系统约束和备用约束。

作为一种具体示例，步骤4模型的约束条件，具体如下：

（1）温控负荷约束

其中，

（2）电动公交车约束

其中，

（3）工业负荷约束

其中，

（4）储能系统约束

其中，

（5）备用约束

其中，

本发明提供一种考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，同时考虑需求侧的可调负荷调度以及发电侧的备用问题，能够实现发电侧与需求侧的统一，通过调度负荷侧的可调资源，在解决电网本身的备用问题的同时使得统调等值负荷曲线更加平滑、峰谷差更小，更有利于常规机组在爬坡阶段以及高峰低谷时段的电网调度。

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的详细说明。

实施例

结合图1，本实施例考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑方法，包括以下步骤：

步骤1、从发电侧获取各类型发电厂的出力预测数据，具体如下：从发电侧获得的发电厂出力预测数据包括燃煤发电出力预测数据、燃气发电出力预测数据、水力发电出力预测数据、风力发电出力预测数据、光伏发电出力预测数据、核电出力预测数据以及外来电出力预测数据，除上述出力预测数据外，还需获得燃煤发电开机容量数据、燃气发电开机容量数据以及水力发电开机容量数据。

步骤2、通过对需求侧可调负荷调节潜力模型的求解，获得各可调负荷的调节空间，具体如下：

将电网系统中需求侧划分为不可调负荷、可调负荷；不可调负荷为包括一类负荷、二类负荷以及居民用电等负荷，是电网必须满足需求的部分；可调负荷为包括空调负荷、电动公交车、部分工业负荷等能够在改变功率的同时不影响社会正常秩序的负荷，是电网可进行调度的部分。

步骤3、计算高新能源渗透率下的大规模新能源电网的实际正负备用值，具体如下：

其中，

其中，

步骤4、建立考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型，还设置约束条件包括：

温控负荷约束、电动公交车约束、工业负荷约束、储能系统约束和备用约束。

步骤5所述的以统调等值负荷最平滑、统调等值负荷峰谷差最小、负荷侧资源参与调节的总成本最低为目标，建立考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的优化目标函数，具体如下：

（1）统调等值负荷曲线最平滑

第一目标函数

其中，

其中，

其中，

其中，

（2）统调等值负荷曲线的峰谷差最小

第二本目标函数

其中，

（3）负荷侧资源调节的总成本最低

第三本目标函数

其中，

进一步地，步骤4所述模型的约束条件，包括：

温控负荷约束、电动公交车约束、工业负荷约束、储能系统约束和备用约束。

进一步地，步骤4模型的约束条件，具体如下：

（1）温控负荷约束

其中，

（2）电动公交车约束

其中，

（3）工业负荷约束

其中，

（4）储能系统约束

其中，

（5）备用约束

其中，

本实施例采用某地区的负荷数据进行仿真，选用某地区一天24h的负荷数据，温控负荷为当地的商业楼宇空调负荷，电动公交车充电站、工业负荷以及储能系统集群均选用当地的三个不同负荷作为示例。

图2、图3为全时段、午间低谷时段统调等值负荷曲线调节前后对比图，图4为负荷侧资源的各时刻调节总量图，图5为温控负荷各时刻调节总量图，图6、图7、图8为电动公交车充电站1、2、3各时刻调节总量图，图9、图10、图11为工业负荷1、2、3各时刻调节总量图，图12、图13、图14为储能系统1、2、3各时刻调节总量图。

本发明依据考虑备用问题的大规模新能源电网统调发电曲线平滑优化模型的求解结果对各负荷侧资源进行调度，可有效降低新能源大规模并网对发电机组调度产生的负面影响。

需要说明的是，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。