一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法

摘要

本发明涉及电网规划和调度运行领域，公开了一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法。包括以下步骤：(1)设定水电为风电提供的调峰容量为F、风电与水电出力之和为定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，试算电网允许的风电最大出力Fa；(2)将Fa代入给定电网系统运行的模拟计算模型，计算得出小方式下火电的负荷率以及该负荷率下的火电出力与火电最小技术出力之间的差值F火，作为火电可为风电提供的调峰容量；(3)当F火＜0时，减小水电可平衡的风电出力Fa值，重复步骤(2)，直到F火≥0，此时获得给定电网系统为风电提供的总调峰容量F总＝Fa+F火，F总即为可并入给定电网系统的风电容量。

权利要求

1.一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)采集给定电网系统的水电强迫出力Q、水电平均出力P、水电预想出力Y，以及日平均水电电量Wa、日平均风电电量Wi、基于风电最大出力的日平均风电利用小时数H，并设定水电为风电提供的调峰容量为F、风电与水电出力之和为定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，得电网系统的风电最小接纳电量为Wimin＝(F+Q-P)×24，风电最大接纳电量为Wimax＝(Y-P)×24；

当Wimin≤Wi≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝F；

当Wi≥Wimin且Wi＞Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((Y-P)×24)/H；

当Wi＜Wimin≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)；

(2)将风电出力Fa代入给定电网系统运行的模拟计算模型，计算得出小方式下火电的负荷率以及该负荷率下的火电出力与火电最小技术出力之间的差值F火，作为火电可为风电提供的调峰容量；

(3)当F火＜0时，减小水电可平衡的风电出力Fa值，重复步骤(2)，直到F火≥0，此时获得给定电网系统为风电提供的总调峰容量F总＝Fa+F火，F总即为可并入给定电网系统的风电电量。

说明书

一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电网规划和调度运行领域，特别涉及一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法。

背景技术

[0002] 我国西北地区风能资源丰富，地形平坦、交通方便、没有破坏性风速的优良风电场多，风电装机容量逐步增加。为了维持电力系统的正常运行，在风电并网运行时，必须由其它常规发电方式为其有功出力提供补偿调节，以保证对用电负荷持续、可靠、安全地供电。然而，与常规的水力发电、火力发电等发电方式相比，风力发电最根本的不同在于其有功出力存在间歇性、随机性和不可控性。这种对风电有功出力的补偿调节，可看成对负的负荷波动跟踪，即对风电的“调峰”。此外，由于风电的不确定性，其所需电网提供的调峰容量基本与装机容量相当。

[0003] 风电并网以后，电网中的备用容量需要增加用于风电调峰的容量。并网风电超过电网可为风电提供的“调峰”极限，就意味着电网难以平衡风电出力的随机性带来有功波动，导致电网频率频繁变化，给电网安全、可靠供电带来灾难性后果。因此，研究大规模风电并网后的电网调峰能力，对于指导风电有序开发、保证全额收购风电具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法，能够根据给定电网的水电参数，合理调度并网的风电容量，平衡风电出力的随机性带来有功波动，保障电网安全、可靠供电。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

[0006] 一种基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0007] (1)采集给定电网系统的水电强迫出力Q、水电平均出力P、水电预想出力Y，以及日平均水电电量Wa、日平均风电电量Wi、日平均风电利用小时数H，并设定水电为风电提供的调峰容量为F、风电与水电出力之和为定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得电网系统的风电最小接纳电量为Wimin＝(F+Q-P)×24，风电最大接纳电量为Wimax＝(Y-P)×24；

[0008] 当Wimin≤Wi≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝F；

[0009] 当Wi≥Wimin且Wi＞Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((Y-P)×24)/H；

[0010] 当Wi＜Wimin≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)；

[0011] (2)将风电出力Fa代入给定电网系统运行的模拟计算模型，计算得出小方式下火电的负荷率以及该负荷率下的火电出力与火电最小技术出力之间的差值F火，作为火电可为风电提供的调峰容量；

[0012] (3)当F火＜0时，减小水电可平衡的风电出力Fa值，重复步骤(2)，直到F火≥0，此时获得给定电网系统为风电提供的总调峰容量F总＝Fa+F火，F总即为可并入给定电网系统的风电电量。

[0013] 风电出力过程具有随机性、间歇性与不可控性的特点，但是风电的电力电量呈现一定的对应关系。气象站多年观测数据和测风塔短期监测均表明，风资源特点是随着风速的增大，出现的频次减小，对应于风电出力与电量的关系，就是风电出力越大，其电量构成越小，风电的绝大部分电量是由小风速所对应的小电力累加而成的。

[0014] 与风电相似，水电的径流来水也具有随机性的特点，但可通过具有调节能力的水库对其进行调节，使水库下泄流量趋于可控，即使水电站的出力趋于可控，水电站的调峰能力取决于其水库的运行以及电站的可用机组容量，决定水电站调峰能力的因素有3个，水电站的强迫出力、预想出力以及平均出力。

[0015] 本发明主要利用水电出力、风电出力特点，以水电为主为风电提供调峰容量，并兼顾火电，合理调度风电并网容量，平衡风电出力的随机性带来有功波动，保障整个给定电网的安全运行与可靠供电。

附图说明

[0016] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0017] 图1为典型的风电出力过程图；

[0018] 图2为酒泉风电基地的风电出力与电量的关联图；

[0019] 图3为水电出力与电量的关联示意图；

[0020] 图4为Wimin≤Wi≤Wimax时，水电可平衡的风电出力示意图；

[0021] 图5为Wi≥Wimin且Wi＞Wimax时，水电可平衡的风电出力示意图；

[0022] 图6为Wi＜Wimin≤Wimax时，水电可平衡的风电出力示意图。

具体实施方式

[0023] 参照图1，说明风电出力特性。风电出力过程具有随机性、间歇性与不可控性的特点，风电出力为f，则f的变化是无规律的，可以假定某日风电出力曲线如图1所示，立柱表示风电某时刻的电量，风电日电量 风电出力与电量的关系，可用于确定电网可平衡的风电电力。

[0024] 参照图2，为酒泉风电基地的风电出力与电量的关联图。通过对酒泉风电基地运行风电场的运行数据研究表明，风电的电力电量呈现一定的对应关系，酒泉风电机组装机容量达到516万千瓦时，其出力与累计电量的关联图表明：一定装机容量的风电并网运行时，电力与电量的关系是随着风电电力的增长，由其构成的风电电量程下降趋势。

[0025] 与风电相似，水电的径流来水也具有随机性的特点，但可通过具有调节能力的水库对其进行调节，使水库下泄流量趋于可控，即使水电站的出力趋于可控，水电站的调峰能力取决于其水库的运行以及电站的可用机组容量，决定水电站调峰能力的因素有3个，水电站的强迫出力、预想出力以及平均出力。

[0026] 参照图3，图中Q、P、Y分别代表水电站的强迫出力、平均出力、预想出力。强迫出力是电站的最小出力，预想出力是电站的可用容量(出力)，平均出力是电站受来水、用水限制的可用电量对应的出力，主要反映水电发电的实际电量。水电站每日的水电电量Wa包括水电可调节电量Wat与水电强迫电量Waq两部分：Wa＝Wat+Waq＝P×24。

[0027] 本发明采用水电为风电提供调峰容量，相当于利用水电站水库的调节能力为风电储能调峰，在风电出力增加时，降低水电的出力；在风电出力降低时，加大水电出力，使风电与水电出力之和始终保持在某一定值。具体为：一个允许的最大风电电力，有一个对应风电电量。假设电网内水电可以为风电提供的调峰容量为F，也就是说通过水电调节能够允许的风电的最大出力为F，那么在保证风电与水电出力之和为定值(F+Q)的前提下，使得水电与风电的出力任何时候都满足水电可用容量的限制，又满足水库的水足以调节风电电力的要求，则这个最大风电出力就是水电可以提供的风电调峰容量。

[0028] 本发明基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法，包括以下步骤：

[0029] (1)、采集给定电网系统的水电强迫出力Q、水电平均出力P、水电预想出力Y，以及日平均水电电量Wa、日平均风电电量Wi、日平均风电利用小时数H，并设定水电为风电提供的调峰容量为F、风电与水电出力之和为定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得电网系统的风电最小接纳电量为Wimin＝(F+Q-P)×24，风电最大接纳电量为Wimax＝(Y-P)×24。

[0030] (a)当Wiminn≤Wi≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝F。

[0031] 如图4所示，这种情况下，水电可完全平衡风电。水电可平衡的风电出力和风电电量分别为F、(F×H)；并且水电尚有富余，多余水电可参与电网系统调峰，可参与系统调峰的水电电量Was为：Was＝(P-Q)×24-F×(24-H)。

[0032] (b)当Wi≥Wimin且Wi＞Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((Y-P)×24)/H。

[0033] 如图5所示，受水电出力不能超过预想出力以及不能弃水调峰的限制，水电可平衡的风电出力Fa为：Fa＝((Y-P)×24)/H。

[0034] (c)当Wi＜Wimin≤Wimax时，水电可平衡的风电出力为Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。

[0035] 如图6所示，这种情况下，水电可平衡的风电出力Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。

[0036] (2)将风电出力Fa代入给定电网系统运行的模拟计算模型，计算得出小方式下火电的负荷率以及该负荷率下的火电出力与火电最小技术出力之间的差值F火，作为火电可为风电提供的调峰容量。

[0037] 具有调节能力的水电站进行风水互补运行后，丧失了参与电网系统负荷调峰的能力，因此，为满足电网系统负荷的调峰要求，电网中的其它电源必须加大调峰力度。扣除水电为风电提供的调峰容量后，使用传统的电网系统运行的模拟计算模型，计算可得出小方式下火电的负荷率，即火电承担系统负荷、调峰和备用的最小出力率。该负荷率下的火电出力与火电最小技术出力之间的差值F火，作为火电可为风电提供的调峰容量。现有的电网系统运行都建立有模拟计算模型，通过该模拟计算模型所获取的信息作为电网运行的调度依据。

[0038] (3)当F火＜0时，减小水电可平衡的风电出力Fa值，重复步骤(2)，直到F火≥0，此时获得给定电网系统为风电提供的总调峰容量F总＝Fa+F火，F总即为可并入给定电网系统的风电电量。

[0039] 当F火＞0时，表明火电还可以为给定电网系统提供部分容量用于为风电调峰；

[0040] 当F火＝0时，表明火电不能为为电网系统提供部分容量用于为风电调峰；

[0041] 当F火＜0时，表明火电不能满足给定电网系统负荷调峰要求，需要减少水电为风电的提供调峰容量，用于给定电网系统的负荷调峰，此时需要重新按照上述步骤进行试算，直到F火≥0。

[0042] 需要说明的是，由水电平衡风电电力所构成的电量以及水电电量，确定火电机组开机方式后，火电机组的电力变化仅引起火电电量的变化，不会再对火电机组的开机方式造成影响，由此确定的火电机组向风电提供的调峰容量也就是一个确定的数值。

[0043] 此外，本发明的基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法，一方面可以应用于实际调度生产中；另一方面，也可用于给定电网系统未来规划的风电项目的模拟调度中，换言之，该调度方法可以验证风电项目规划的合理性。

[0044] 现以西北电网2010水平年预测数据为例，模拟本发明的基于大规模风电并网的电网调峰能力的调度方法。

[0045] 1、确定用于为风电调峰的水电站：黄河上游水电站装机容量大，调节性能好，考虑到刘家峡及其下游的综合用水及防凌、防汛要求复杂且严格，难以发挥电网调峰作用，结合西北电网调峰调频管理实际以及电厂调度管辖关系，并根据各水电厂的实际调节能力，2010年选择龙羊峡、李家峡、公伯峡、拉西瓦、积石峡水电站为风电调峰；根据龙羊峡、李家峡、公伯峡、拉西瓦、积石峡水电站水文资料及预测：2010年9月上述水电站预想出力820万千瓦，平均出力299万千瓦，强迫出力158.4万千瓦。

[0046] 2、提出并网风电的出力特性：并网酒泉基地风电，其2010年9月风电出力与电量(来源于规划资料和装机容量)的对应关系如下表1。

[0047] 表1

[0048]

[0049] 由水电、风电资料形成计算公式：Wimax＝(820-299)×24，计算出水电可接纳的最大风电电量为12504万千瓦时，对应的最大调峰容量为516万千瓦。

[0050] 3、计算水电可以为风电提供的调峰容量，以及此调峰容量所对应的风电并网电量。

[0051] 按照本发明的步骤(1)的要求Wa+Wi≥(F+Q)×24，先由水电、风电资料形成计算公式：Wa+Wi＝(F+Q)×24，即(158.4+F)×24＝299×24+Wi，由此式从表1中查找出水电可为风电提供的调峰容量为240万千瓦，相应的风电日电量为2521.7万千瓦时；如果没有刚好满足Wa+Wi＝(F+Q)×24时，选取最接近的数据，且Wa+Wi≥(F+Q)×24。

[0052] 根据西北电网运行资料可知陕西、甘肃、宁夏、清海火电机组的平均最小技术出力分别为55％、66％、68％、66％。

[0053] 利用西北电网系统运行的模拟计算模型，计算出陕西、甘肃、宁夏、清海火电机组的最小负荷率分别为59％、82％、68％、66％；并将电力系统运行模拟计算结果中的火电机组最小负荷率与火电机组实际最小技术出力相比较，表明水电为风电提供240万千瓦调峰容量可行；确定的火电机组最小负荷率与实际最小技术出力的差值，求得火电机组可为风电提供的调峰容量为134万千瓦。

[0054] 由水电和火电量部分为风电提供的调峰容量，得到2010年平水年9月西北电网可为风电提供的总调峰容量为374万千瓦。