專利名稱：一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法
技術領域：
本發明涉及電網規劃和調度運行領域，特別涉及一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法。
背景技術：
我國西北地區風能資源豐富，地形平坦、交通方便、沒有破壞性風速的優良風電場多，風電裝機容量逐步增加。為了維持電力系統的正常運行，在風電并網運行時，必須由其它常規發電方式為其有功出力提供補償調節，以保證對用電負荷持續、可靠、安全地供電。然而，與常規的水力發電、火力發電等發電方式相比，風力發電最根本的不同在于其有功出力存在間歇性、隨機性和不可控性。這種對風電有功出力的補償調節，可看成對負的負荷波動跟蹤，即對風電的“調峰”。此外，由于風電的不確定性，其所需電網提供的調峰容量基本與裝機容量相當。
風電并網以后，電網中的備用容量需要增加用于風電調峰的容量。并網風電超過電網可為風電提供的“調峰”極限，就意味著電網難以平衡風電出力的隨機性帶來有功波動，導致電網頻率頻繁變化，給電網安全、可靠供電帶來災難性后果。因此，研究大規模風電并網后的電網調峰能力，對于指導風電有序開發、保證全額收購風電具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法，能夠根據給定電網的水電參數，合理調度并網的風電容量，平衡風電出力的隨機性帶來有功波動，保障電網安全、可靠供電。
為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。
一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)采集給定電網系統的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風電電量Wi、日平均風電利用小時數H，并設定水電為風電提供的調峰容量為F、風電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網系統的風電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24； 當Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝F； 當Wi≥Wimin且Wi＞Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H； 當Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)； (2)將風電出力Fa代入給定電網系統運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術出力之間的差值F火，作為火電可為風電提供的調峰容量； (3)當F火＜0時，減小水電可平衡的風電出力Fa值，重復步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網系統為風電提供的總調峰容量F總＝Fa+F火，F總即為可并入給定電網系統的風電電量. 風電出力過程具有隨機性、間歇性與不可控性的特點，但是風電的電力電量呈現一定的對應關系。氣象站多年觀測數據和測風塔短期監測均表明，風資源特點是隨著風速的增大，出現的頻次減小，對應于風電出力與電量的關系，就是風電出力越大，其電量構成越小，風電的絕大部分電量是由小風速所對應的小電力累加而成的。
與風電相似，水電的徑流來水也具有隨機性的特點，但可通過具有調節能力的水庫對其進行調節，使水庫下泄流量趨于可控，即使水電站的出力趨于可控，水電站的調峰能力取決于其水庫的運行以及電站的可用機組容量，決定水電站調峰能力的因素有3個，水電站的強迫出力、預想出力以及平均出力。
本發明主要利用水電出力、風電出力特點，以水電為主為風電提供調峰容量，并兼顧火電，合理調度風電并網容量，平衡風電出力的隨機性帶來有功波動，保障整個給定電網的安全運行與可靠供電。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1為典型的風電出力過程圖； 圖2為酒泉風電基地的風電出力與電量的關聯圖； 圖3為水電出力與電量的關聯示意圖； 圖4為Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風電出力示意圖； 圖5為Wi≥Wimin且Wi＞Wimax時，水電可平衡的風電出力示意圖； 圖6為Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風電出力示意圖。
具體實施例方式 參照圖1，說明風電出力特性。風電出力過程具有隨機性、間歇性與不可控性的特點，風電出力為f，則f的變化是無規律的，可以假定某日風電出力曲線如圖1所示，立柱表示風電某時刻的電量，風電日電量
風電出力與電量的關系，可用于確定電網可平衡的風電電力。
參照圖2，為酒泉風電基地的風電出力與電量的關聯圖。通過對酒泉風電基地運行風電場的運行數據研究表明，風電的電力電量呈現一定的對應關系，酒泉風電機組裝機容量達到516萬千瓦時，其出力與累計電量的關聯圖表明一定裝機容量的風電并網運行時，電力與電量的關系是隨著風電電力的增長，由其構成的風電電量程下降趨勢。
與風電相似，水電的徑流來水也具有隨機性的特點，但可通過具有調節能力的水庫對其進行調節，使水庫下泄流量趨于可控，即使水電站的出力趨于可控，水電站的調峰能力取決于其水庫的運行以及電站的可用機組容量，決定水電站調峰能力的因素有3個，水電站的強迫出力、預想出力以及平均出力。
參照圖3，圖中Q、P、Y分別代表水電站的強迫出力、平均出力、預想出力。強迫出力是電站的最小出力，預想出力是電站的可用容量(出力)，平均出力是電站受來水、用水限制的可用電量對應的出力，主要反映水電發電的實際電量。水電站每日的水電電量Wa包括水電可調節電量Wat與水電強迫電量Waq兩部分Wa＝Wat+Waq＝P×24。
本發明采用水電為風電提供調峰容量，相當于利用水電站水庫的調節能力為風電儲能調峰，在風電出力增加時，降低水電的出力；在風電出力降低時，加大水電出力，使風電與水電出力之和始終保持在某一定值。具體為一個允許的最大風電電力，有一個對應風電電量。假設電網內水電可以為風電提供的調峰容量為F，也就是說通過水電調節能夠允許的風電的最大出力為F，那么在保證風電與水電出力之和為定值(F+Q)的前提下，使得水電與風電的出力任何時候都滿足水電可用容量的限制，又滿足水庫的水足以調節風電電力的要求，則這個最大風電出力就是水電可以提供的風電調峰容量。
本發明基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法，包括以下步驟 (1)、采集給定電網系統的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風電電量Wi、日平均風電利用小時數H，并設定水電為風電提供的調峰容量為F、風電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網系統的風電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24。
(a)當Wiminn≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝F。
如圖4所示，這種情況下，水電可完全平衡風電。水電可平衡的風電出力和風電電量分別為F、(F×H)；并且水電尚有富余，多余水電可參與電網系統調峰，可參與系統調峰的水電電量Was為Was＝(P-Q)×24-F×(24-H)。
(b)當Wi≥Wimin且Wi＞Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H。
如圖5所示，受水電出力不能超過預想出力以及不能棄水調峰的限制，水電可平衡的風電出力Fa為Fa＝((Y-P)×24)/H。
(c)當Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。
如圖6所示，這種情況下，水電可平衡的風電出力Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)。
(2)將風電出力Fa代入給定電網系統運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術出力之間的差值F火，作為火電可為風電提供的調峰容量。
具有調節能力的水電站進行風水互補運行后，喪失了參與電網系統負荷調峰的能力，因此，為滿足電網系統負荷的調峰要求，電網中的其它電源必須加大調峰力度。扣除水電為風電提供的調峰容量后，使用傳統的電網系統運行的模擬計算模型，計算可得出小方式下火電的負荷率，即火電承擔系統負荷、調峰和備用的最小出力率。該負荷率下的火電出力與火電最小技術出力之間的差值F火，作為火電可為風電提供的調峰容量。現有的電網系統運行都建立有模擬計算模型，通過該模擬計算模型所獲取的信息作為電網運行的調度依據。
(3)當F火＜0時，減小水電可平衡的風電出力Fa值，重復步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網系統為風電提供的總調峰容量F總＝Fa+F火，F總即為可并入給定電網系統的風電電量。
當F火＞0時，表明火電還可以為給定電網系統提供部分容量用于為風電調峰； 當F火＝0時，表明火電不能為為電網系統提供部分容量用于為風電調峰； 當F火＜0時，表明火電不能滿足給定電網系統負荷調峰要求，需要減少水電為風電的提供調峰容量，用于給定電網系統的負荷調峰，此時需要重新按照上述步驟進行試算，直到F火≥0。
需要說明的是，由水電平衡風電電力所構成的電量以及水電電量，確定火電機組開機方式后，火電機組的電力變化僅引起火電電量的變化，不會再對火電機組的開機方式造成影響，由此確定的火電機組向風電提供的調峰容量也就是一個確定的數值。
此外，本發明的基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法，一方面可以應用于實際調度生產中；另一方面，也可用于給定電網系統未來規劃的風電項目的模擬調度中，換言之，該調度方法可以驗證風電項目規劃的合理性。
現以西北電網2010水平年預測數據為例，模擬本發明的基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法。
1、確定用于為風電調峰的水電站黃河上游水電站裝機容量大，調節性能好，考慮到劉家峽及其下游的綜合用水及防凌、防汛要求復雜且嚴格，難以發揮電網調峰作用，結合西北電網調峰調頻管理實際以及電廠調度管轄關系，并根據各水電廠的實際調節能力，2010年選擇龍羊峽、李家峽、公伯峽、拉西瓦、積石峽水電站為風電調峰；根據龍羊峽、李家峽、公伯峽、拉西瓦、積石峽水電站水文資料及預測2010年9月上述水電站預想出力820萬千瓦，平均出力299萬千瓦，強迫出力158.4萬千瓦。
2、提出并網風電的出力特性并網酒泉基地風電，其2010年9月風電出力與電量(來源于規劃資料和裝機容量)的對應關系如下表1。
表1
由水電、風電資料形成計算公式Wimax＝(820-299)×24，計算出水電可接納的最大風電電量為12504萬千瓦時，對應的最大調峰容量為516萬千瓦。
3、計算水電可以為風電提供的調峰容量，以及此調峰容量所對應的風電并網電量。
按照本發明的步驟(1)的要求Wa+Wi≥(F+Q)×24，先由水電、風電資料形成計算公式Wa+Wi＝(F+Q)×24，即(158.4+F)×24＝299×24+Wi，由此式從表1中查找出水電可為風電提供的調峰容量為240萬千瓦，相應的風電日電量為2521.7萬千瓦時；如果沒有剛好滿足Wa+Wi＝(F+Q)×24時，選取最接近的數據，且Wa+Wi≥(F+Q)×24。
根據西北電網運行資料可知陜西、甘肅、寧夏、清海火電機組的平均最小技術出力分別為55％、66％、68％、66％。
利用西北電網系統運行的模擬計算模型，計算出陜西、甘肅、寧夏、清海火電機組的最小負荷率分別為59％、82％、68％、66％；并將電力系統運行模擬計算結果中的火電機組最小負荷率與火電機組實際最小技術出力相比較，表明水電為風電提供240萬千瓦調峰容量可行；確定的火電機組最小負荷率與實際最小技術出力的差值，求得火電機組可為風電提供的調峰容量為134萬千瓦。
由水電和火電量部分為風電提供的調峰容量，得到2010年平水年9月西北電網可為風電提供的總調峰容量為374萬千瓦。
權利要求
1.一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)采集給定電網系統的水電強迫出力Q、水電平均出力P、水電預想出力Y，以及日平均水電電量Wa、日平均風電電量Wi、基于風電最大出力的日平均風電利用小時數H，并設定水電為風電提供的調峰容量為F、風電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，可得電網系統的風電最小接納電量為Wimin＝(F+Q-P)×24，風電最大接納電量為Wimax＝(Y-P)×24；
當Wimin≤Wi≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝F；
當Wi≥Wimin且Wi＞Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((Y-P)×24)/H；
當Wi＜Wimin≤Wimax時，水電可平衡的風電出力為Fa＝((P-Q)×24)/(24-H)；
(2)將風電出力Fa代入給定電網系統運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術出力之間的差值F火，作為火電可為風電提供的調峰容量；
(3)當F火＜0時，減小水電可平衡的風電出力Fa值，重復步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網系統為風電提供的總調峰容量F總＝Fa+F火，F總即為可并入給定電網系統的風電電量。
全文摘要
本發明涉及電網規劃和調度運行領域，公開了一種基于大規模風電并網的電網調峰能力的調度方法。包括以下步驟(1)設定水電為風電提供的調峰容量為F、風電與水電出力之和為定值F+Q，使得Wa+Wi≥(F+Q)×24，試算電網允許的風電最大出力Fa；(2)將Fa代入給定電網系統運行的模擬計算模型，計算得出小方式下火電的負荷率以及該負荷率下的火電出力與火電最小技術出力之間的差值F火，作為火電可為風電提供的調峰容量；(3)當F火＜0時，減小水電可平衡的風電出力Fa值，重復步驟(2)，直到F火≥0，此時獲得給定電網系統為風電提供的總調峰容量 F總＝Fa+F火，F總即為可并入給定電網系統的風電容量。
文檔編號H02J3/38GK101707378SQ20091021912
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月24日 優先權日2009年11月24日
發明者魏磊, 朱敏奕, 姜寧, 高媛媛, 孫川永, 于廣亮 申請人:西北電網有限公司