一种应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法

摘要

本发明提供了一种应对调峰不足与输电阻塞的储‑输联合规划方法，包括：输入规划目标年的风电功率数据、负荷数据、常规电源结构以及当前电网拓扑；根据所述风电功率数据、负荷数据、常规电源结构以及当前电网拓扑，分别获取调峰深度不足引起的弃风功率，以及输电阻塞引起的弃风功率；将所述调峰深度不足引起的弃风功率与所述输电阻塞引起的弃风功率进行耦合，得到系统总弃风功率；利用预先构建的应对调峰不足与输电阻塞的储‑输联合优化模型，实现配置储能与扩建输电线路之间进行协调优化，从而不仅得到储能配置、输电网扩展的最优规划方案，而且从调峰不足与输电阻塞两方面彻底解决弃风问题。

说明书

技术领域

本发明涉及高比例可再生能源电力系统规划领域，为了解决大规模风电并网后的弃风问题，提出了一种应对电源调峰不足与输电通道堵塞的储能与输电网联合优化方法。

背景技术

大力发展风电是推动能源低碳化转型和应对气候变化的重大举措。近年来风电以较快的速度进行发展，虽然风电装机容量发展迅速且前景广阔，但弃风问题不可小觑，部分地区弃风率高达14％，严重阻碍了风电的健康发展。

造成弃风的原因有很多，主要原因包括两个方面：1)以常规火电为主力的电源结构，系统调峰深度不足，造成风电无法消纳；2)电力网络建设滞后于风电发展或规划建设的输电能力过小，进而产生输电阻塞弃风。在进行电力系统规划时，需要同时考虑风电“送得出”与“能消纳”，这样才能彻底解决弃风问题，并能够保证规划方案的经济性与有效性。

储能系统具有对功率与能量的时间迁移能力且安装位置灵活，大规模储能技术被认为实现可再生能源普及的关键技术支撑之一。配置储能能够增加系统调峰能力，同时也能够降低风电的输电需求。现有关于储能配置的规划方法很多，主要分为两类：1)配置储能增加电源侧灵活性(即调峰能力)；2)储能与输电网之间的协调规划。这两类方法将电源侧与电网侧割裂进行，虽然一定程度解决了弃风问题，但易造成储能系统利用率低，且电源侧或电网侧产生了无效投资。

为此，提出一种应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法，从“送得出”、“能消纳”两方面入手解决弃风问题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种以有效解决调峰不足与输电阻塞带来的弃风为目标，实现输电投资、储能投资以及弃风成本等综合成本最小的一种应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)规划边界数据输入

输入规划目标年的风电功率数据、负荷数据、常规电源结构以及当前电网拓扑。

根据输入的所述风电功率数据、负荷数据、常规电源结构以及当前电网拓扑，就可以分别获取调峰深度不足引起的弃风功率，以及输电阻塞引起的弃风功率。

(2)获取调峰深度不足引起的弃风功率

首先，假设输电能力充足，无阻塞弃风发生。

为了保证供电的可靠性以及考虑风电出力的不确定性，风电接入后常规机组开机容量为

P

式中，P

利用风电功率与负荷数据进行时序模拟，计算系统的风电消纳空间，计算公式为

P

式中，P

在已知第i日内风电可发功率P

式中，P

(3)获取输电阻塞引起的弃风功率

假设系统调峰能力充足，在给定电源拓扑基础上得出阻塞弃风。

当风电功率P

式中，P

(4)系统总弃风的生成

将所述调峰深度不足引起的弃风功率与所述输电阻塞引起的弃风功率进行耦合，得到系统总弃风功率，公式如下：

P

式中，P

(5)应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划模型

综合考虑了所述调峰深度不足引起的弃风功率与所述输电阻塞引起的弃风功率之间的耦合关系，构建了应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合优化模型，利用预先构建的应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合优化模型，实现配置储能与扩建输电线路之间进行协调优化，进而达到输电投资、储能投资以及弃风成本等综合成本最小的目的。目标函数、约束条件如下：

目标函数：

F＝min[I(P

式中，I(P

输电线路扩建成本计算公式：

式中，n

储能投资成本计算公式：

I(P

式中，K

弃风电量损失成本计算公式：

其中：K

约束条件：

火电机组出力上下限约束：

电力平衡约束：

式中，

电量平衡约束：

W

式中，W

系统和支路潮流约束：

Bθ＝P

其中：B为节点导纳矩阵；θ为节点电压相角向量；P

输电线路传输极限约束：

P

式中，P

储能系统的荷电状态与日清约束：

式中，δ

本发明提出的应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法的优势体现在：

1.通过系统弃风解耦、耦合，深入分析了输电能力与总弃风的作用关系，将输电拓扑与弃风构建直接联系；

2.在输电网拓扑与系统弃风关系的基础上，进行的先给出输电网拓扑，在进行储能与弃风之间优化的整体寻优过程，不仅得到储能配置、输电网扩展的最优规划方案，而且从调峰不足与输电阻塞两方面彻底解决弃风问题。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的某风电基地并网输电拓扑；

图2为本发明实施例提供的7个调度日内的风电消纳空间与风电功率、弃风功率；

图3为本发明实施例提供的7个调度日内的输电容量与风电功率、阻塞弃风功率；

图4为本发明实施例提供的7个调度日内调峰不足弃风与阻塞弃风耦合而成的系统总弃风；

图5为本发明实施例提供的储-输联合规划计算流程；

图6为本发明实施例提供的某风电基地外送输电系统规划的总体优化、输电容量与总成本，以及储能容量与总成本。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

下面利用附图和实施例对本发明的应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法进行详细说明。

一种应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方法，它包括以下步骤：

(1)输入风电功率数据与负荷数据，给出初始电网拓扑与常规电源结构。

例如，某风电基地集中外送输电系统风电装机容量为1900MW，风电功率最大值为1463MW，电网侧负荷为3769MW，常规火电机组装机3900MW，外送输电通道全长184km，系统拓扑如图1所示。

(2)系统调峰不足弃风的计算

首先，假设输电能力充足，无阻塞弃风发生。

为了保证供电的可靠性以及考虑风电出力的不确定性，风电接入后常规机组开机容量为

P

式中，P

利用风电功率与负荷数据进行时序模拟，计算系统的风电消纳空间，计算公式为

P

式中，P

在已知第i日内风电可发功率P

式中，P

(3)输电阻塞弃风的计算

假设系统调峰能力充足，在给定电源拓扑基础上得出阻塞弃风。

当风电功率P

式中，P

(4)将调峰不足弃风与阻塞弃风耦合为系统弃风。

将调峰不足和阻塞引起的弃风功率耦合到一起就得到了系统的总弃风功率，公式如下。

P

其中：P

分析输电容量与系统总弃风的关系。设置不同的输电容量P

表1不同P

(5)应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划模型

综合考虑了调峰不足弃风与输电阻塞弃风耦合关系，构建了应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合优化模型，实现配置储能与扩建输电线路之间进行协调优化，进而达到输电投资、储能投资以及弃风成本等综合成本最小的目的。

目标函数：

F＝min[I(P

式中，I(P

输电线路扩建成本计算公式：

式中，n

储能投资成本计算公式：

I(P

式中，K

弃风电量损失成本计算公式：

其中：K

约束条件：

火电机组出力上下限约束：

电力平衡约束：

式中，

电量平衡约束：

W

式中，W

系统和支路潮流约束：

Bθ＝P

其中：B为节点导纳矩阵；θ为节点电压相角向量；P

输电线路传输极限约束：

P

式中，P

储能系统的荷电状态与日清约束：

式中，δ

(6)具体规划流程

第一步输入规划目标年的风电功率数据与负荷数据，给出给出初始电网拓扑与常规电源结构。第二步假设输电能力充足，进行时序模拟通过风电可行域计算调峰不足弃风。第三步假设调峰能力充足，在给定电源拓扑基础上计算潮流得出阻塞弃风；第四步将调峰不足弃风与阻塞弃风耦合在一起就得到了系统弃风。第五步配置储能，计算包含输电投资、储能投资、发电成本以及弃风成本的综合成本，然后修正储能配置反复计算得出当前电网拓扑下的储能最优配置。修正风电并网点容量(即修改风电并网点规划边界)，通过电网规划得出新的电网拓扑，重复第一步-第五步，直至得到储能与输电线路协调规划最优方案。具体优化规划流程如图5所示。

(7)针对风电基地外送输电工程，优化结果。

①为了分析输电容量与储能在联合优化过程中的作用关系，将输电容量设为连续值，规划方案如表2所示，优化过程如图6所示。

表2应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方案(连续值)

②输电线路容量为连续值

经查阅相关资料，220kV输电线路长为184km的输电极限为300MW。规划方案以及与常规电源侧、电网侧分开规划的方法对比，如表3所示。

表3应对调峰不足与输电阻塞的储-输联合规划方案(工程值)

本发明的特定实施例已对本发明的内容做出了详尽的说明，但不局限本实施例同样适用于含风电并网的输电网规划，本领域技术人员根据本发明的启示所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利保护的范围。

前面已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第一等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。