一種蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評估方法與流程

2024-02-10 11:33:15 3

本發明涉及能源技術領域，具體說是一種基於蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量的評估方法。

背景技術：

近年來，風力發電和光伏發電已顯示出明顯的社會效益和環境效益。我國陸上與海上風電可開發量分別為6～10億kw與1～2億kw，現已在建8個千萬kw級風電基地。2015年我國以累計光伏發電量4318萬千瓦，一躍成為全球光伏發電裝機容量的最大國家，其中分布式光伏606萬千瓦(佔比14.03％)。風電和光電一種新型電源，其隨機波動特性對電力系統運行的安全穩定帶來諸多新挑戰。風電和光電自特性、系統調峰能力、系統備用水平、系統調頻能力、電網傳輸能力、系統負荷特性、風電光電併網等因素影響並制約著風電光電消納能力。建立科學的消納能力評估方法，有助於風電場和光伏電場建設規劃，更可以輔助實際運行中的調度決策。棄風棄光是風電和光伏發電規模化發展過程中的一種普遍現象，棄風、棄光率居高不下問題的根源在於電源建設過快而消納能力開發不足，需要進一步優化新能源的布局結構，同時推動分布式能源的發展，減輕下遊的消納壓力。

風電場棄風電量是指受電網傳輸通道、安全運行需要等因素影響，風電場可發而未能發出的電量，該電量不包括風電場因風機自身設備故障等原因而未能發出的電量；光伏發電站棄光電量是指受電網傳輸通道、安全運行需要等因素影響，光伏發電站可發而未能發出的電量，該電量不包括光伏發電站因光伏組件自身設備故障等原因而未能發出的電。

現有的風電和光電消納能力評估方法，存在如下弊端：

1)已有的評估方法主要根據運行數據的指標計算和調峰電量的統計進行評估。由於風光電出力波動情況、水平年各月典型日負荷水平、運行方式等因素的不同，根據運行數據的指標計算所得到的各月電網風光電接納能力指標差異可能很大。

2)現有研究多聚焦於極端時段的評估分析，特別是比較高峰、低谷時段，分析調峰引起的消納能力。然而電力系統負荷曲線與風電出力曲線相匹配的結果存在多樣性，需要以這些研究為基礎，發展出全時段消納能力的評估方法，以揭示非峰非谷時段可能出現的消納能力不足的問題。

3)現有研究多聚焦於單個因素的獨立分析，例如單獨分析調峰、備用等因素引起的消納能力。對於電源結構既定的電力系統而言，需要從電力系統實際運行需求出發，研究考慮多種因素並存時的消納能力評估方法。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評估方法。

本發明採用的技術方案是：

一種電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評估系統裝置，包括評價指標系統模塊、信息採集模塊、計算模塊、量化模塊、控制約束模塊、數據處理模塊、評價模塊；

所述評價指標體系模塊是將評價指標根據性質分為定量指標和定性指標；所述信息採集模塊是採集電力數據信息、所評價地區的經濟增長速度和統調最大負荷增速舉例說明的必要信息；所述計算模塊是根據採集電力數據信息計算定量指標；所述量化模塊是量化定性指標；所述數據處理模塊是對評價指標進行標準化處理；所述控制約束模塊是判斷評價指標數據的合理性；所述評價模塊是對地區的電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力進行評估。

評估方法，包括以下步驟：

根據電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力為評價對象，建立評估電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評價指標體系；

評價指標體系模塊將評價指標根據性質分為定量指標和定性指標；

所述計算模塊是計算定量指標的參數，量化模塊是將定性指標進行量化轉化為參數；

所述控制約束模塊是對評價指標的數據進行判斷是否合理，滿足條件則進行下一步；

對評價指標的數據進行標準化處理，以此來保證評價指標的合理性；

將評價指標的評價數據輸入評價模塊最終得到電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力評價報告。

電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評價指標體系：定性指標包括風光電出力特性、風光電技術裝備水平、電力供需形勢、政策環境、電網調峰能力、電網負荷水平、電蓄熱鍋爐裝備水平、電蓄熱鍋爐選型影響；定量指標包括統調最大負荷增速、最小開機容量、風光電接納空間、輸電通道最大輸電能力、經濟增長速度、電蓄熱鍋爐參與上調控制的預測值、電蓄熱鍋爐參與調節棄風棄光電量佔比。

本發明的優點是：

1)本發明將網絡拓撲和傳輸能力納入到風光電的消納的評估框架中來，並針對電蓄熱鍋爐參與控制的效果進行研究具體的評估方法。

2)本發明針對適用於電蓄熱鍋爐參與電網消納風/光電能力評估方法本體的研究，預先探究其定量評估的計算方法，對於指導負荷參與電網消納大規模風/光電協同控制的工程應用具有積極的意義和參考價值。

3)本發明基於風/光電區間概率曲線和仿真模擬的電蓄熱鍋爐參與後的斷面受限功率值，考慮電蓄熱鍋爐參與程度，提出電蓄熱鍋爐參與電網消納風/光電的三階段統計模型和預評估計算方法，其中，從數學上定期用weibull分布對大規模風/光電出力的累積概率特性進行擬合，用概率方法避開了風/光電功率特性擬合的問題，計及了系統調峰的統計意義。

說明書附圖

圖1一種電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力評價系統裝置示意圖。

圖2電蓄熱鍋爐消納風光電評價指標體系。

圖3電蓄熱鍋爐參與的消納棄風棄光統計模型。

圖4是本發明提出的一種計算電蓄熱電鍋爐參與調節消納棄風棄光電量的比例的計算流程。

圖5本發明提出的一種電蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評價流程圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖1-5對本發明進一步詳細說明。

本發明一個綜合考慮發電端、電網、受電端三個方面的電網風電消納能力評價指標體系，並採用綜合評價方法中的層次分析法對電蓄熱鍋爐消納棄風棄光電量能力進行綜合評價。按性質劃分，評價指標可以分為兩大類:一類是定量指標，如統調最大負荷增速、風光電接納空間、最小開機容量、輸電通道最大輸電能力、經濟增長速度、電蓄熱鍋爐參與上調控制的預測值、電蓄熱鍋爐參與調節棄風棄光電量佔比，對這類指標按其定義，根據基礎數據計算出指標值；另一類是定性指標，如風光電出力特性、風光電技術裝備水平、電力供需形勢、政策環境、電網調峰能力、電網負荷水平、電蓄熱鍋爐裝備水平、電蓄熱鍋爐選型影響、經濟增長速度，這些指標考慮網絡節點電壓與線路潮流約束，充分考慮斷面功率約束和負荷可匹配上調容量約束，預測計及電蓄熱鍋爐參與程度，建立電蓄熱鍋爐參與電網消納風/光電能力的3階段統計預評估方法。對於這類指標本文採取的做法是:首先給定性指標以明確定義，再根據定義和實際情況，如按很好、較好、一般、較差、很差劃分為五個等級，分別規定相應的評分值。

一種電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評估系統裝置，如附圖1所示，包括評價指標系統模塊、信息採集模塊、計算模塊、量化模塊、控制約束模塊、數據處理模塊、評價模塊；

所述評價指標體系模塊是將評價指標根據性質分為定量指標和定性指標；

所述信息採集模塊是採集電力數據信息和其他(所評價地區的經濟增長速度和統調最大負荷增速舉例說明)的必要信息；所述計算模塊是根據採集電力數據信息計算定量指標；

所述量化模塊是量化定性指標；

所述數據處理模塊是對所述評價指標進行標準化處理；

所述控制約束模塊是判斷評價指標數據的合理性；

所述評價模塊是對地區的電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力進行評估；

一種電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力的評價指標體系：以電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力為評價對象，以發電端、電網輸配電環節、受電端為評價維度，對應著主要從風電自身特性、電網系統特性、受電市場特性三個方面考慮，按照性質劃分為定性指標和定量指標；

所述定性指標包括風光電出力特性、風光電技術裝備水平、電力供需形勢、政策環境、電網調峰能力、電網負荷水平、電蓄熱鍋爐裝備水平、電蓄熱鍋爐選型影響、；所述定量指標包括統調最大負荷增速、最小開機容量、風光電接納空間、輸電通道最大輸電能力、經濟增長速度、電蓄熱鍋爐參與上調控制的預測值、電蓄熱鍋爐參與調節棄風棄光電量佔比，

所述定性指標根據定義和實際情況，如按很好、較好、一般、較差、很差劃分為五個等級，分別規定相應的評分值，評價集所對應的測量標度向量均為h＝{5，4，3，2，1}，通過專家打分給評價對象做出評價，並錄入量化模塊，以此作為該指標的指標值

所述定性指標的評價集分別為:風電出力特性＝{很穩定、較穩定、一般、較不穩定、很不穩定}；風電技術裝備水平＝{很高、較高、一般、較低、很低}；電力供需形勢＝{很緊張、較緊張、一般、較充足、很充足}；政策環境＝{很好、較好、一般、較差、很差}，所述其他定性指標評價集原理一樣。

所述定量指標包括統調最大負荷增速、風光電接納空間、最小開機容量、輸電通道最大輸電能力、經濟增長速度、電蓄熱鍋爐參與上調控制的預測值、電蓄熱鍋爐參與調節棄風棄光電量佔比等。

一種蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量評估模型，如附圖3所示，將電蓄熱鍋爐參與調節的電量統計轉化為統計時序下的等效風光電消納的電量值。

所述電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光模型將歷史風光電出力按照功率大小進行累計，也就是在統計的時序下功率是遞增的，在所取得時序足夠小的情況下，則功率曲線會足夠光滑；

所述電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光模型將電蓄熱鍋爐消納棄風棄光電量分為三段：1)電蓄熱鍋爐不參與調節，此時風光電由電網常規機組承擔即可消納；2)電蓄熱鍋爐部分參與，此時隨著風光電出力逐漸增大，常規機組不能完全消納，電蓄熱鍋爐部分參與可消納並且臨街出力為pw1；3)電蓄熱鍋爐完全參與消納，風光電出力太大，受限於約束條件不得不出現棄風棄光。

一種蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量評估方法的技術方案如下：

步驟1：採集模塊採集電力信息，所述採集信息包括採集電力系統在一定時間尺度內的電網用電負荷數據，電網網絡拓撲結構，電網與外電網電力交換數據，電網總裝機容量，風/光電裝機容量和計算電力系統每小時的平均負荷預測值並對風電出力特性、風電技術裝備水平、電力供需形勢、統調最大負荷增速、政策環境做出評價確定其評價值。

步驟2：專家對定性指標進行評測打分並將最終評價值錄入量化模塊。

步驟3:計算模塊基於已有的方法通過所述採集的電力數據確定電力系統開機方式，並確定常規機組的最小開機容量pimin。

步驟4：計算模塊通過採集電力系統在一定時間尺度內的電網用電負荷數據並計算電力系統每小時內的平均負荷預測值pil，為計算系統的風光電接納空間piwc：

piwc＝pil-pimin

其中piwc為風光電接納空間；pil為電力系統每小時內的平均負荷預測值；pimin為最小開機容量。

步驟5：計算模塊根據上述得到的電力系統的開機方式，計算輸電通道最大輸電能力。所述最大輸電能力是通過電力系統分析綜合程序仿真計算得到各主要輸電通道的熱穩定極限pith和暫態穩定極限pitr，其中，主要輸電通道包括風光電外送通道、省間聯絡線斷面和電網薄弱斷面；並根據熱穩定極限pith和暫態穩定極限pitr分別計算每一主要輸電通道的最大輸送能力pimax，其中

pimax＝min(pith,pitr)

式中，pimax表示主要輸電通道的最大輸送能力；pith表示該主要輸電通道的熱穩定極限；pitr表示該主要輸電通道的暫態穩定極限。

步驟6：根據所述網絡拓撲結構和所述相關電力信息計算網絡約束的風電出力piwnet，所述網絡約束的風電出力piwnet是通過計算模塊中的電力系統分析綜合程序仿真計算得到。

步驟7:電蓄熱鍋爐的實際參與調整量需滿足以下條件

pir≤min{piwc,min(pimax,pinet)}

pgreal.up≤pir

pgn.up≤min{piwc,min(pimax,pinet)}

不等式中pgreal.up為電蓄熱鍋爐實際調整量；pgn.up為電蓄熱鍋爐全部可上調容量；pir為風/光電實際出力；

步驟8：根據當前風/光電統計的累積時間數據，基於以往實測統計數據，根據累積概率的數學擬合經驗，可將風電功率的累積概率分布近似擬合成具有一定置信區間的分布，如附圖3所示，然後確定受限於穩定斷面和受限於風光電的裝機容量的約束條件下計算臨界點w2對應的風/光電出力為pw1和臨界點w3對應的風/光電出力pw2，其計算方法如下式所示。

pw1＝pimax-pimin+pig

ηg＝pgreal.up/pgn.up

pw2＝pw1+ηgpg.n.up

式中pig為基荷；pgreal.up為電蓄熱鍋爐實際調整量；pgn.up為電蓄熱鍋爐全部可上調容量；ηg表示電蓄熱鍋爐參與上調的程度。

步驟9：計算對應風/光電出力分別為pw1和pw2時的等效小時數t1和t2。由不同風/光電容量pw1和pw2值對應的佔比，計算電蓄熱鍋爐部分參與以及必須完全參與電網消納風/光電的過程對應的時間小時數t1和t2，以及相應的等效小時數t(h)。

t(h)＝α×8760(h)

式中相應的風/光電出力對應的時間佔比為α。

步驟10:計算等效消納風/光電電量。

根據風/光電消納典型過程的數據和步驟9)中得到的時間t1和t2，計算定積分，得到電蓄熱鍋爐參與調節的電網消納風/光電電量，如圖4所示，即w2w3w7w6區域的面積，pc為各時序下電蓄熱鍋爐參與上調控制的功率函數。

步驟11：計算等效棄風棄光電量，如圖4所示，即w3w4w5區域的面積，

步驟12：計算評價指標電蓄熱鍋爐參與調節棄風棄光電量比例λ，計算流程如附圖4所示，

步驟13:根據所得到的數據整理電蓄熱鍋爐消納棄風棄光能力的評價指標的原始數據，定量指標包括風光電接納空間、輸電通道最大輸電能力、電蓄熱鍋爐參與上調的程度、電蓄熱鍋爐參與調節的電網消納風/光電電量、等效棄風棄光電量、定性指標包括風電出力特性、風電技術裝備水平、電力供需形勢、政策環境、電蓄熱鍋爐的裝備水平，並對評價指標進行標準化處理，然後評價模塊運行得到評價結果。

如圖5所示，本發明的實施例提供了一種基於蓄熱電鍋爐實時消納棄風棄光電量的評估方法，下面以地區a為例，包括：

步驟1，採集模塊採集電力系統在預設時間內的電網用電負荷數據，電網常規機組數據，電網與外電網電力交換數據，以及電網網絡拓撲結構，電網總裝機容量，風/光電裝機容量和計算電力系統每小時的平均負荷預測值，電網風/光電出力特性數據。

步驟2，根據採集模塊所採集的必要信息對定性指標進行打分評測並將評測值錄入量化模塊；

步驟3，計算模塊則基於已有的方法通過採集的電力數據確定定量指標，首先根據電力數據確定電力系統開機方式，並確定常規機組的最小開機容量pimin。

步驟4，基於電力系統的開機方式，通過電力系統分析綜合程序仿真計算得到各主要輸電通道的熱穩定極限pith和暫態穩定極限pitr，並根據熱穩定極限pith和暫態穩定極限pitr分別計算每一主要輸電通道的最大輸送能力pimax，其中pimax＝min(pith,pitr)。

步驟5，根據網絡拓撲結構和相關電力信息計算網絡約束的風電出力piwnet。

步驟6，確定受限於穩定斷面和受限於棄風/光的約束條件下計算臨界點w2對應的風/光電出力為pw1和臨界點w3對應的風/光電出力pw2。

pw1≈pdm.pure-pnor.min+pbase.load

ηg＝pgreal.up/pgn.up

pw2＝pw1+ηgpg.n.up

步驟7，基於實測統計數據，根據累積概率的數學擬合實驗，計算對應風/光電出力分別為pw1和pw2時的等效小時數t1和t2。由不同風/光電容量pw1和pw2值對應的佔比，通過以上統計模型，計算電蓄熱鍋爐部分參與以及必須完全參與電網消納風/光電的過程對應的時間小時數t1和t2，以及相應的等效小時數t(h)。

t(h)＝α×8760(h)

式中相應的風/光電出力對應的時間佔比為α。

步驟8，計算等效消納風/光電電量，如圖4所示，即w2w3w7w6區域的面積，pc為各統計時序下電蓄熱鍋爐參與上調控制的功率函數。

步驟9，計算等效棄風棄光電量，如圖4所示，即w3w4w5區域的面積，

步驟10，計算評級指標電蓄熱電鍋爐參與調節消納棄風棄光電量的佔比λ，計算公式為

步驟11，整理電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力評價指標。

步驟12，採取標準化法對各指標進行無量綱化處理。

步驟13，將評價數據輸入評價模塊對地區a電蓄熱鍋爐實時消納棄風棄光電量能力進行綜合評價，並得到評價報告。