一种电网输电能力与效率提升的方法

摘要

本发明公开了一种电网输电能力与效率提升的方法，对山地风电多年逐月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标进行统计，其中以利用小时数和月平均出力系数最大值为期望值，采用期望差的平方根计算出风电最大送出月；根据当地多年气象历史数据对逐月平均最高温度进行统计并排序；利用风电最大送出月的平均最高温度计算各级电压电网线路的持续极限输送容量；以风电最大送出月的平均最高温度为标杆，将小于该月平均最高温度的连续月份挑选出来作为一个考核周期,在该考核周期内，以各级电压电网线路持续极限输送容量作为衡量标准。具有经济效益高，投资小的优点。

权利要求

1.一种电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，包括以下步骤：S100、对研究地区内山地风电场多年各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标分别进行数值统计，得到统计结果，具体地，根据预设运行年份段的研究地区内山地风电场每月风电装机规模和月总发电量，计算各月的月利用小时数，取各月的月利用小时数的多年平均值，得到多年各月平均利用小时数；利用预设运行年份段的研究区域内山地风电场的预设小时数据进行月出力系数统计，采用对各月90%概率最大值作为各月出力系数最大值，取多年平均值得到各月平均出力系数，其中：所述多年各月平均利用小时数的指标通过以下计算公式求取：        （1）

式中， 表示第i月的多年平均利用小时数，n表示积累年数， 表示第j年第i月的发电量， 表示第j年第i月的装机，所述出力系数最大值通过以下过程求取：

1）将月出力系数分成10段，每0.1为一个档位；

2）统计每个档位出力的概率；

3）将各档位概率相加，接近90%概率之和即为该月出力系数最大值，即：       （2）

式中， 即为该月出力系数最大值；

S200、根据步骤S100中统计结果，以月平均利用小时数最大值和月平均出力系数最大值为期望值，计算其他各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标与对应期望值的期望差值，取两个指标期望差值的平方根最小值的月为风电最大送出月；

S300、利用研究地区多年气象大数据，统计逐月平均最高温度，并将统计得到的各月平均最高温度进行排序，得到温度排序结果；

S400、结合步骤S300中温度排序结果，利用风电最大送出月对应的平均最高温度计算预设的各电压等级电网线路的持续极限输送容量；

S500、结合步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月平均最高温度的连续月份组成一个考核周期，并以步骤S400中的线路极限输送容量作为考核要求，其他月份按照原有预设线路极限输送容量指标执行。

2.根据权利要求1所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S100中的具体实现方式为：

S101、根据预设运行年份段的研究地区内山地风电场每月风电装机规模和月总发电量，计算各月的月利用小时数，取各月的月利用小时数的多年平均值，得到多年各月平均利用小时数，并排序；

S102、利用预设运行年份段的研究区域内山地风电场的预设小时数据进行月出力系数统计，采用对各月90%概率最大值作为各月出力系数最大值，取多年平均值得到各月平均出力系数，并排序。

3.根据权利要求2所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S200中两个指标期望差值的平方根最小值通过下式求解：        （3）

式中， 为12个月中两个指标期望差值的平方根最小值， 为月平均利用小时数期望值， 为月平均出力系数期望值， 为月平均出力系数。

4.根据权利要求3所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S 

300中月平均最高温度的计算方式为：           （4）

式中， 为月平均最高温度，m为该月的天数， 为第r天的日最高温度。

5.根据权利要求4所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S400具体表现为：利用步骤S200中得到的风电最大送出月与步骤S300中温度排序结果对应的风电最大送出月的月平均最高温度，采用该月平均最高温度作为环境温度，计算预设的各电压等级电网中不同截面线路的持续极限输送容量。

6.根据权利要求5所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S400中线路的持续极限输送容量的计算公式为：         (5)

式中， 为线路在环境温度为 下的极限输送容量， 为环境温度系数， 为电网的各级额定电压， 为持续允许电流， 为功率因数。

7.根据权利要求6所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S500的具体实现方式为：

利用步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月的连续月份组成一个考核周期，按照步骤S400中的线路极限输送容量为考核要求，其他月份按原有极限输送容量指标执行。

8.根据权利要求7所述的电网输电能力与效率提升的方法，其特征在于，所述步骤S500中考核周期的表达式为：

    (6)

式中， 为低于风电最大送出月平均最高温度 的连续月份组成一个考核周期合集，并以 作为考核标准， 为第i月的月平均最高温度。

说明书

一种电网输电能力与效率提升的方法

技术领域

[0001] 本发明属于电网规划与调度技术领域，具体涉及一种电网输电能力与效率提升的方法。

背景技术

[0002] 现有电力系统规划和调度中对输电线路全年采用单一极限输送能力进行考核，该考核方式既不智能，也无法适应以新能源为主体的新型电力系统的输电要求，导致电网运
行利用效率偏低，电网建设投资增大。

[0003] 当前对于大多数地区而言，风电出力特性存在着鲜明的季节分布，尤其是在冬春两季，风电出力要大于夏秋两季，此时正是电网送电压力较大的时段。但在电网规划设计和
调度运行时，对于各电压等级输电线路的极限输电能力均按40℃环境温度作为考核标准。
而实际在风电大发的季节，气温却远未达到该高温，从而导致全年在很长一个时间段内的
电网输电能力受限，不能满足日益增长的新能源装机送出需求。按照智能化电网建设的构
想，应遵循逐月的平均最高气温核算线路极限输送能力，并以此作为考核标准。但考虑目前
的技术发展阶段和调度管理水平，要完全实现是较为困难的。通过对风电出力规律的季节
分布特性研究，将全年划分成两个考核周期却是较为可能实现的。

[0004] 有鉴于此，为充分释放存量电网输电能力，提高既有设备利用效率，减少电网投资，增强系统运行经济性，如何提供一种实施性强、便于操作的电网输电能力与效率提升的
方法成了本技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种电网输电能力与效率提升的方法，其不仅提高了既有设备的利用效率与经济效益，还节约了电网规划投资。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种电网输电能力与效率提升的方法，包括以下步骤：

[0007] S100、对研究地区内山地风电场多年各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标分别进行数值统计，得到统计结果；

[0008] S200、根据步骤S100中统计结果，以月平均利用小时数最大值和月平均出力系数最大值为期望值，计算其他各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标与对应期望值
的期望差值，取两个指标期望差值的平方根最小值的月为风电最大送出月；

[0009] S300、利用研究地区多年气象大数据，统计逐月平均最高温度，并将统计得到的各月平均最高温度进行排序，得到温度排序结果；

[0010] S400、结合步骤S300中温度排序结果，利用风电最大送出月对应的平均最高温度计算预设的各电压等级电网线路的持续极限输送容量；

[0011] S500、结合步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月平均最高温度的连续月份组成一个考核周期，并以步骤S400中的线路极限输送容量作为考核要求，其他
月份按照原有预设线路极限输送容量指标执行。

[0012] 作为进一步的改进，所述步骤S100中的具体实现方式为：

[0013] S101、根据预设运行年份段的研究地区内山地风电场每月风电装机规模和月总发电量，计算各月的月利用小时数，取各月的月利用小时数的多年平均值，得到多年各月平均
利用小时数，并排序；

[0014] S102、利用预设运行年份段的研究区域内山地风电场的预设小时数据进行月出力系数统计，采用对各月90%概率最大值作为各月出力系数最大值，取多年平均值得到各月平
均出力系数，并排序。

[0015] 作为进一步的改进，所述多年各月平均利用小时数的指标通过以下计算公式求取：

[0016]         （1）

[0017] 式中， 表示第i月的多年平均利用小时数，n表示积累年数， 表示第j年第i月的发电量， 表示第j年第i月的装机。

[0018] 作为进一步的改进，所述出力系数最大值通过以下过程求取：

[0019] 1）将月平均出力系数分成10段，每0.1为一个档位；

[0020] 2）统计每个档位出力的概率；

[0021] 3）将各档位概率相加，接近90%概率之和即为该月出力系数最大值，即：

[0022]        （2）

[0023] 式中， 即为该月月出力系数最大值。

[0024] 作为进一步的改进，所述步骤S200中两个指标期望差值的平方根最小值通过下式求解：

[0025]         （3）

[0026] 式中， 为12个月中两个指标期望差值的平方根最小值， 为全年月平均利用小时数期望值， 为月平均出力系数期望值， 为月平均出力系数。

[0027] 作为进一步的改进，所述步骤300中月平均最高温度的计算方式为：

[0028]            （4）

[0029] 式中， 为月平均最高温度，m为该月的天数， 为第r天的日最高温度。

[0030] 作为进一步的改进，所述步骤S400具体表现为：利用步骤S200中得到的风电最大送出月与步骤S300中温度排序结果对应的风电最大送出月的月平均最高温度，采用该月平
均最高温度作为环境温度，计算预设的各电压等级电网中不同截面线路的持续极限输送容
量。

[0031] 作为进一步的改进，所述步骤S400中线路的持续极限输送容量的计算公式为：

[0032]          (5)

[0033] 式中， 为线路在环境温度为 下的极限输送容量， 为环境温度系数，为电网的各级额定电压， 为持续允许电流， 为功率因数。

[0034] 作为进一步的改进，所述步骤S500的具体实现方式为：

[0035] 利用步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月的连续月份组成一个考核周期，按照步骤S400中的线路极限输送容量为考核要求，其他月份按原有极限输送容
量指标执行。

[0036] 作为进一步的改进，所述步骤S500中考核周期的表达式为：

[0037]     (6)

[0038] 式中， 为低于风电最大送出月平均最高温度 的连续月份组成一个考核周期合集，并以 作为考核标准， 为第i月的月平均最高温度。

[0039] 本发明首先对山地风电场多年逐月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标进行统计，其中以月平均利用小时数和月平均出力系数最大值为期望值，采用期望差的平
方根计算出最为靠近期望值的月份，定义为风电最大送出月；然后根据当地多年气象历史
数据对逐月平均最高温度进行统计并排序；接下来利用风电最大送出月的平均最高温度计
算各级电压电网线路的持续极限输送容量；最后，以风电最大送出月的平均最高温度为标
杆，将小于该月平均最高温度的连续月份挑选出来作为一个考核周期，在该考核周期内，在
实际电网运行时采用上述重新计算出来的线路持续极限输送容量作为衡量标准。与现有规
划和调度对线路输送极限单一的考核方法相比，本发明以研究区域内山地风电场的月出力
特征指标为基础，创造性地将其与气温紧密关联在一起，并以此为媒介，进一步和电网输送
容量极限发生联系，最终形成考核周期，达到充放释放电网输电能力的目的。这一方法不仅
提高了既有设备的利用效率与经济效益，还节约了电网规划投资。

附图说明

[0040] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得
其它的附图。

[0041] 图1是一种电网输电能力与效率提升的方法的流程图。

具体实施方式

[0042] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及
实施例中的特征可以相互组合。

[0043] 参见图1，图1为本发明第一种实施方式提供的一种电网输电能力与效率提升的方法，包括以下步骤：

[0044] S100、对研究地区内山地风电场多年各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标分别进行数值统计，得到统计结果；

[0045] S200、根据步骤S100中统计结果，以月平均利用小时数最大值和月平均出力系数最大值为期望值，计算其他各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标与对应期望值
的期望差值，取两个指标期望差值的平方根最小值的月为风电最大送出月；

[0046] S300、利用研究地区多年气象大数据，统计逐月平均最高温度，并将统计得到的各月平均最高温度进行排序，得到温度排序结果；

[0047] S400、结合步骤S300中温度排序结果，利用风电最大送出月对应的平均最高温度计算预设的各电压等级电网线路的持续极限输送容量；

[0048] S500、结合步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月平均最高温度的连续月份组成一个考核周期，并以步骤S400中的线路极限输送容量作为考核要求，其他
月份（即温度不低于风电最大送出月平均最高温度的连续月份）按照原有预设线路极限输
送容量指标执行。

[0049] 本实施例中，首先对研究地区内山地风电场多年逐月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标分别进行统计，得到统计结果；其次，根据前述统计结果，以月平均利用小
时数最大值和月平均出力系数最大值为期望值，计算其他各月平均利用小时数和月平均出
力系数两个指标与对应期望值的期望差值，取两个指标期望差值的平方根最小值，将该平
方根最小值对应的月作为风电最大送出月；然后，利用研究地区多年气象大数据，统计逐月
平均最高温度，并将统计得到的各月平均最高温度进行排序，得到温度排序结果；再次，结
合前述温度排序结果，利用风电最大送出月对应的平均最高温度计算预设的各电压等级电
网线路的持续极限输送容量；最后，结合前述温度排序结果，将温度低于风电最大送出月平
均最高温度的连续月份组成一个考核周期，并以前一步骤中的线路极限输送容量作为考核
要求，其他月份按照原有预设线路极限输送容量指标执行。即本发明首先研究研究区域内
山地风电场的月出力特征指标，再创造性地通过各月气温将风电出力特性与电网输送容量
极限关联起来，形成考核周期，该方法便于实现和操作，且本发明改善了现有规划和调度对
电网线路输送容量极限单一的考核方法，提高了电网运行的效率和经济性。

[0050] 为更好地理解本发明，通过9个过程，具体参见表1至表9，其以计算表格形式逐步演绎本发明的实施方法及彼此关联。表1是本发明月平均利用小时数计算表，表2是本发明
月平均出力系数计算表，表3是本发明月90%概率最大月平均出力系数计算表，表4是本发明
月期望值与期望差距计算表，表5是本发明月平均最高温度计算表，表6是本发明各月平均
最高温度排序表格，表7是本发明架空导线持续极限输点容量的温度修正系数参照值，表8
是本发明修正温度系数后的架空导线输电容量及增幅，表9是本发明全年考核周期分配及
考核标准表。

[0051] 表1 月平均利用小时数计算表

[0052]

[0053] 表2 月平均出力系数计算表

[0054]

[0055] 表3 月90%概率最大月平均出力系数计算表

[0056]

[0057] 表4 月期望值与期望差距计算表

[0058]

[0059] 表5 月平均最高温度计算表

[0060]

[0061] 表6 月平均最高温度排序表

[0062]

[0063] 表7 架空导线持续极限输点容量的温度修正系数参照值表

[0064]

[0065] 表8 修正温度系数后的架空导线输电容量及增幅表

[0066]

[0067] 表9 全年考核周期分配及考核标准表

[0068]

[0069] 需要说明的是，表3中出力点数分布＊中的＊表示对全月744个时点按其对应出力大小进行分时段累加。由于统计数据规模较大，在采用excel表格分档统计时，可利用公式“
”求得，其中， 表示对符合
要求的结果进行累加， 表示对符合要求的结果进行计数,I1表示该月最开始一个
出力系数，I744表示该月最后一个出力系数，（I1:I744，“＞10％”，I1:I744“＜=20％”)表示
出力系数大于0.1而小于等于0.2（分阶段逐档统计）。此外，表4中值得提及的是：若多个月
份期望差距相同，则取气温最高的月份作为最大送出月。

[0070] 在进一步的优选实施例中，本发明提供的一种电网输电能力与效率提升的方法，包括以下步骤：

[0071] S100、对研究地区内山地风电场多年逐月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标分别进行统计，得到统计结果；具体地，该步骤的具体实现方式为：

[0072] S101、根据预设运行年份段的研究地区内山地风电场每月风电装机规模和月总发电量，计算各月的月利用小时数，取各月的月利用小时数的多年平均值，得到多年各月平均
利用小时数，并排序；

[0073] 上述多年各月平均利用小时数的指标通过以下计算公式求取：

[0074]         （1）

[0075] 式中， 表示第i月的多年平均利用小时数，n表示积累年数， 表示第j年第i月的发电量， 表示第j年第i月的装机；

[0076] S102、利用预设运行年份段的研究区域内山地风电场的预设小时数据进行月出力系数统计，采用对各月90%概率最大值作为各月出力系数最大值，取多年平均值得到各月平
均出力系数，并排序；

[0077] 上述出力系数最大值通过以下过程求取：

[0078] 1）将月平均出力系数分成10段，每0.1为一个档位；此处档位指的是针对装机规模的月平均出力系数，如0.2指的就是风电场发出电力为装机规模的0.2倍)

[0079] 2）统计每个档位出力的概率；

[0080] 3）将各档位概率相加，接近（即约等于）90%概率之和即为该月最大月平均出力系数：

[0081]        （2）

[0082] 式中， 即为该月最大月平均出力系数。

[0083] 需要说明的是，当各档位概率相加，等于90%概率之和时，技术方案最优，且为该月理论的最大月平均出力系数，但是实际应用中，鉴于外界因素的影响，各档位概率相加等于
90%概率之和的情况较难实现，因此本发明通过将各档位概率相加，接近90%概率之和即为
该月最大月平均出力系数。

[0084] 月平均出力系数和月最大月平均出力系数本质都是指的风电实际出力功率占装机的比例。这里的月最大月平均出力系数对应的是正好使得概率之和为90%对应的月平均
出力系数，正如后文表格中指的0.4。

[0085] 本实施例中，对近5年山地风电场8760小时出力情况进行统计。按照表1‑表3的计算表求取全年各月的月平均利用小时数和月90%概率最大月平均出力系数，再取多年平均
值。本实例中5月平均利用小时数为179小时，90%概率最大月平均出力系数为0.4。

[0086] S200、根据步骤S100中统计结果，以月平均利用小时数最大值和月平均出力系数最大值为期望值，计算其他各月平均利用小时数和月平均出力系数两个指标与对应期望值
的期望差值，取两个指标期望差值的平方根最小值的月为风电最大送出月，其中该两个指
标期望差值的平方根最小值通过下式求解：

[0087]         （3）

[0088] 式中， 为12个月中两个指标期望差值的平方根最小值， 为月平均利用小时数期望值， 为月平均出力系数期望值， 为月平均出力系数；

[0089] 本实施例中，利用步骤S100中统计结果进行排序，获取全年月平均利用小时数最大值和月90%概率最大值，并以此为期望值计算各月与期望值的差距，选择最小差距作为年
风电最大送出月。表4是本发明月期望值与期望差距计算表，从表4可知，本实例中6月为全
年风电最大送出月。

[0090] S300、利用研究地区多年气象大数据，统计逐月平均最高温度，并将统计得到的各月平均最高温度进行排序，得到温度排序结果，其中，月平均最高温度的计算方式为：

[0091]            （4）

[0092] 式中， 为月平均最高温度，m为该月的天数， 为第r天的日最高温度；

[0093] 本实施例中，对地区近5年逐月平均最高温度情况进行统计。表5是本发明月平均最高温度计算表，表6是本发明各月平均最高温度排序表。按照表5‑表6的计算方法求取全
年各月平均最高温度并按高低排序。本实例中全年排序从高到低是：7、8、6、9、5、10、4、3、
11、12、1月。

[0094] S400、利用步骤S200中得到的风电最大送出月与步骤S300中温度排序结果对应的风电最大送出月的月平均最高温度，采用该月平均最高温度作为环境温度，计算预设的各
电压等级电网中不同截面线路的持续极限输送容量，该线路的持续极限输送容量的计算公
式为：

[0095]          (5)

[0096] 式中， 为线路在环境温度为 下的极限输送容量， 为环境温度系数，为电网的各级额定电压， 为持续允许电流， 为功率因数；

[0097] 本实施例中，表7是是本发明架空导线持续极限输点容量的温度修正系数参照值表，表8是本发明修正温度系数后的架空导线输电容量及增幅表。首先根据表7，采用插值
法，求取全年风电最大送出月的平均最高温度所对应的温度系数，再利用表8计算出各电压
等级导线截面所对应的载流量。本实例中，按最大送出月平均最高温度30℃计算的环境温
度系数为0.94；并对三个电压等级典型导线截面进行计算可知，提升输送能力（输送容量增
幅）达16%。

[0098] S500、利用步骤S300中温度排序结果，将温度低于风电最大送出月的连续月份组成一个考核周期，按照步骤S400中的线路极限输送容量为考核要求，其他月份按原有极限
输送容量指标执行，其中，该考核周期的表达式为：

[0099]     (6)

[0100] 式中， 为低于风电最大送出月平均最高温度 的连续月份组成一个考核周期合集，并以 作为考核标准， 为第i月的月平均最高温度。

[0101] 本实施例中，利用表6中温度排序结构，将温度低于风电最大送出月平均最高温度的连续月份组成一个考核周期，并利用表8的线路极限输送容量为考核要求。本实例中，第
一周期为1、2、3、4、5、10、11、12月，按30℃环境温度考核，考核倍数相较于40℃提升1.16倍。

[0102] 以上对本发明所提供的一种提升电网输电能力与效率的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明用于帮助
理解本发明的核心思想和操作方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不
脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入
本发明权利要求的保护范围内。