基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法及系统与流程

1.本发明涉及电气工程电力规划技术领域，尤其是基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法及系统。


背景技术：

2.大力发展以风电、光伏为代表的新能源是落实“碳达峰、碳中和”、构建以新能源为主体的新型电力系统等战略目标的必经之路。
3.近期，各省陆续明确了分年度风电、光伏发展规模。而省域规划中风电、光伏发展时序及规模的确定方法无法直接应用至县级层面。主要原因为：电力系统运行一般是以省级电网为基础，大型电源(包括统调煤电机组、核电、抽水蓄能、省域间联络线等)和跨区联络线等均由省级或更高级别的调控部门统筹指挥，实现各地区源荷动态平衡。因此严格来讲目前消纳能力是一个省域或更大区域的概念，县域甚至市域均难以开展具体测算。目前已发表文献中，尚未有基于全省风电光伏发展目标的分县区发展规模分解方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法及系统，用于解决现有省级以下对消纳缺乏分析，未对电力进行合理完善规划的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，所述方法包括以下步骤：
7.确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；
8.将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；
9.基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。
10.进一步地，所述实时调峰盈亏的计算具体为：
11.实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和-调峰电源最低出力总和。
12.进一步地，若下级的输电为送出电力，则所述外电接受电力的取值为负。
13.进一步地，所述不同类型电源包括火电、水电、核电、跨省输电、风电、光伏以及储能电源，所述储能电源包括抽水蓄能、调峰燃气和电化学储能。
14.进一步地，所述火电包括煤电，所述煤电开机容量的计算具体为：
15.煤电开机容量＝周期全网最大负荷*(1+旋转备用比例)-水电出力-风电可信最低出力-光伏可信最低出力-核电装机*100％-余热余能机组出力-生物质及垃圾机组出力-统调自备机组出力-地方公用电厂出力-外电曲线最大受电容量-燃气机组出力。
16.进一步地，所述将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统具体为：
17.将本级统调机组开机容量按照负荷率分解至下级电力系统；
18.将下级非统调机组开机容量送入本级的当前电力系统；
19.将储能电源按照负荷率分解至下级电力系统。
20.进一步地，所述边界约束还包括不同类型电源的最大规划装机量、外电规划最大输送容量、负荷量最值和新能源出力最值。
21.本发明第二方面提供了一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析系统，所述系统包括：
22.数据获取单元，用于确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；
23.数据处理单元，用于将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；
24.数据分析单元，基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。
25.进一步地，所述实时调峰盈亏的计算具体为：
26.实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和-调峰电源最低出力总和。
27.本发明第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述系统上运行时，使所述系统执行所述方法的步骤。
28.本发明第二方面的所述电力系统新能源消纳能力分析系统能够实现第一方面及第一方面的各实现方式中的方法，并取得相同的效果。
29.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
30.本发明通过确定所有电源的开机容量，并将开机容量等效分解至下级(市级)电力系统，基于约束条件，得到电源的出力总和。通过计算实时调峰盈亏，得到弃电量，用于评估市级电力系统对新能源的消纳能力。通过本发明实施例能够基于县区本身自然资源、电力系统强度等差异化分解全省风电、光伏规划规模，为基层行政区域科学制定风电、光伏发展规划提供参考。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明所述方法实施例的流程示意图；
33.图2是本发明所述系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
34.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示
所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
35.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，所述方法包括以下步骤：
36.s1,确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；
37.s2,将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；
38.s3,基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。
39.步骤s1中，电力系统主要电源类型主要包括火电、水电、核电、跨省输电、风电、光伏等，其中火电包括煤电、燃气发电、余热余能、生物质及垃圾发电，煤电按照不同调度属性又可进一步分为统调公用煤电、统调自备煤电、地方公用电厂、地方自备电厂等。所有电源在调度部门运行策略下，满足不同时期负荷供电需求。灵活性调节资源主要包括抽水蓄能、调峰燃气、电化学储能等新型储能。
40.在实际生产过程中，系统为了保障高峰负荷供应，需保证大量的可控电源开机，包括煤电、核电在内的大量常规电源一经开机均无法实现频繁启停，因此一定的开机组合则决定了这一时期系统的最低出力。新能源发电波动性、随机性大，若这一时期出现新能源大发现象，则可导致源大于荷的短时不平衡，消纳问题由此而生。
41.一般情况下，除了风电和光伏发电，其他主要类型电源出力皆可控，因此通过调整不同时期煤电的开机以满足负荷供应，并在系统有调峰需求的时期通过煤电、抽蓄和储能等其他灵活性调节手段进行调峰。为了保障电力供应，某一周期(如一个周)的煤电开机容量由本周期电力平衡确定，开机容量取决于电网最大负荷按一定比例减去外电、水电、核电、风电、光伏及其它不可调峰的电源装机或出力。
42.煤电开机容量可参考如下方法确定：
43.煤电开机容量＝周期全网最大负荷*(1+旋转备用比例)-水电出力-风电可信最低出力-光伏可信最低出力-核电装机*100％-余热余能机组出力-生物质及垃圾机组出力-统调自备机组出力-地方公用电厂出力-外电曲线最大受电容量(分季)-燃气机组出力-其他电源出力。
44.其中，旋转备用比例可按照系统实际情况灵活选取，取值范围为5％～13％。
45.在对弃电率做上限设定的前提下，法可推算得出本省可消纳的风电、光伏装机容量。
46.步骤s2中，等效分解包括将本级统调机组开机容量按照负荷率分解至下级电力系统；将下级非统调机组开机容量送入本级的当前电力系统；将储能电源按照负荷率分解至下级电力系统。
47.假设该省电网结构较为坚强，不存在潮流转移阻塞。
48.具体来说：对所有电源(包括跨省区送电通道)按是否为统调公用调度进行分类。属于统调的包括统调公用煤电、统调水电、核电、省外来电、统调公用热电联产燃气机组等，假定该时期以上机组开机容量为unit
public-province
＝u1+u2+
…
+um,其中1-m为各类统调电源类型。定义地市等效统调公用机组，unit
public-city
＝unit
public-province
×
l
city
/l
province
,其中
l
province
和l
city
分别代表全省各地市最大全网负荷值。等效统调公用机组中各类机组调峰能力沿用原始机组属性。
49.非统调公用电厂包括统调自备煤电、地方小水电、地方其他火电等，认为每个地市市域内的非统调公用电厂归本地所有。定义地市地方机组unit
private-city
＝u1+u2+
…
+un,其中1-n为各类非统调公用电厂电源类型。
50.同理，对抽蓄和储能等灵活性调节资源按地市负荷占比进行分配，unit
flexibility-city
＝unit
flexibility-province
×
l
city
/l
province
。
51.边界约束条件还包括不同类型电源的最大规划装机量、外电规划最大输送容量、负荷量最值和新能源出力最值。
52.其中，各电源规划装机相关约束包括煤电(统调公用煤电、统调自备煤电、孤网机组、地方小电厂)、余热余能机组、生物质及垃圾发电机组、燃气机组、核电机组、小水电机组、抽蓄机组装机容量；外电规划最大输送容量相关约束包括外电最大输送功率，包括特高压交流、500千伏交流、各直流。
53.省内各电源调峰能力设定相关约束包括确定省内各类电源是否参与调峰，若参与调峰，设定其最大调峰深度。其中，供热煤电机组区分供热季和非供热季，冬季以供热电源开机为主。
54.负荷量最值通过计算负荷曲线得到，负荷曲线通过取实际发生的还原叠加分布式光伏后的8760h(365天)全网曲线进行标幺化得到；新能源处理最值通过风电、光伏处理曲线，去往年实际发生的8760h风电、光伏出力曲线标幺化得到；外电规划最大输送电容量通过外电输送曲线取实际发生的外电曲线进行标幺化，或直接选取规划运行的8760h外电输送曲线。
55.步骤s3中，所述实时调峰盈亏的计算具体为：
56.8760h逐小时实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和(风、光、核、地方电厂、生物质及垃圾、余热余能等)-调峰电源最低出力总和。
57.若下级的输电为送出电力，则所述外电接受电力的取值为负。
58.如图2所示，本发明还提供了一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析系统，所述系统包括数据获取单元1、数据处理单元2和数据分析单元3。
59.数据获取单元1用于确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；数据处理单元2用于将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；数据分析单元3基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。
60.数据分析单元3中，所述实时调峰盈亏的计算具体为：
61.实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和-调峰电源最低出力总和。
62.本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述系统上运行时，使所述系统执行所述方法的步骤。
63.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。2.根据权利要求1所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述实时调峰盈亏的计算具体为：实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和-调峰电源最低出力总和。3.根据权利要求2所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，若下级的输电为送出电力，则所述外电接受电力的取值为负。4.根据权利要求1所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述不同类型电源包括火电、水电、核电、跨省输电、风电、光伏以及储能电源，所述储能电源包括抽水蓄能、调峰燃气和电化学储能。5.根据权利要求4所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述火电包括煤电，所述煤电开机容量的计算具体为：煤电开机容量＝周期全网最大负荷*(1+旋转备用比例)-水电出力-风电可信最低出力-光伏可信最低出力-核电装机*100％-余热余能机组出力-生物质及垃圾机组出力-统调自备机组出力-地方公用电厂出力-外电曲线最大受电容量-燃气机组出力。6.根据权利要求1所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统具体为：将本级统调机组开机容量按照负荷率分解至下级电力系统；将下级非统调机组开机容量送入本级的当前电力系统；将储能电源按照负荷率分解至下级电力系统。7.根据权利要求1所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法，其特征是，所述边界约束还包括不同类型电源的最大规划装机量、外电规划最大输送容量、负荷量最值和新能源出力最值。8.一种基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析系统，其特征是，所述系统包括：数据获取单元，用于确定本级电力系统不同类型电源的开机容量；数据处理单元，用于将所述开机容量按照统调属性，等效分解至下级电力系统，并基于包括本级电源调峰能力在内的边界约束，确定所述不同类型电源的出力总和；数据分析单元，基于实时电网负荷、储能、外电接受电力以及电源出力总，计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。9.根据权利要求所述基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析系统，其特征是，所述实时调峰盈亏的计算具体为：实时调峰盈亏＝实时全网负荷+抽蓄、储能-外电接受电力-不调峰电源出力总和-调峰电源最低出力总和。
10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，其特征是，所述计算机指令在权利要求8和9所述系统上运行时，使所述系统执行如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提供了基于源荷平衡的电力系统新能源消纳能力分析方法及系统，包括确定省级电力系统不同类型电源的开机容量；将开机容量按照统调属性，等效分解至市级电力系统，并基边界约束，确定不同类型电源的出力总和；计算实时调峰盈亏，若所述实时调峰盈亏值为正，则存在弃电，新能源未全部消纳。本发明通过确定省级电力系统所有电源的开机容量，并将开机容量等效分解至下级(市级)电力系统，基于约束条件，得到电源的出力总和。通过计算实时调峰盈亏，得到弃电量，用于评估市级电力系统对新能源的消纳能力。能够基于市域本身自然资源、电力系统强度等差异化分解全省风电、光伏规划规模，为基层行政区域科学制定风电、光伏发展规划提供参考。划提供参考。划提供参考。


技术研发人员：刘冬 鉴庆之 赵龙 郑志杰 冯亮 孙东磊 孙毅 王宪 刘蕊 石冰珂
受保护的技术使用者：山东智源电力设计咨询有限公司 国家电网有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/5/25