综合考虑受端特性偏好与源端资源禀赋的新能源大基地电源配置方法与流程

本发明涉及新能源电力系统规划与运行分析，尤其涉及一种综合考虑受端电力系统需求偏好与送端新能源资源禀赋特性的新能源大基地电源配置方法，具体涉及风电、光伏、抽水蓄能、光热及电化学储能等多类型电源的出力建模、多能互补运行分析、逐时生产模拟及电源配置方案综合评价等技术。

背景技术：

1、在“双碳”目标和新型电力系统建设背景下，以沙漠、戈壁、荒漠等地区为依托建设的大规模新能源基地，已成为我国新能源开发和跨区输电的重要形式。新能源大基地通常具备风能、太阳能资源富集、电源规模大、外送距离远等特征，其电源配置方案直接关系到新能源消纳水平、电力系统运行安全以及外送通道利用效率。然而，新能源出力具有显著的随机性、波动性和间歇性特征，且不同新能源类型在日内和年内尺度上呈现出明显的互补关系。同时，受端电力系统在负荷结构、调峰能力以及清洁能源消费目标等方面存在显著差异，对外送电力的功率形态和电量结构具有不同偏好。如何在送端资源条件与受端需求偏好之间实现协调，是新能源大基地电源配置亟需解决的关键问题。

2、现有新能源基地规划方法多侧重于送端资源开发潜力或单一经济性指标，难以充分反映新能源出力随机波动特性以及受端系统对外送电力的差异化需求，导致部分新能源基地在实际运行中出现弃风弃光严重、外送通道利用效率不高或保供能力不足等问题。因此，有必要提出一种能够同时刻画新能源出力特性与受端需求偏好的新能源大基地电源配置方法。

3、1、现有技术一的技术方案：《清洁能源基地多能互补容量配置优化及长期规划研究》（廖超豪.清洁能源基地多能互补容量配置优化及长期规划研究[d].华南理工大学,2024.doi:10.27151/d.cnki.ghnlu.2024.000947.）、《面向多能互补新能源大基地的“风光火储”双层优化配置研究》（严新荣,谢玉荣,黄嵘,等.面向多能互补新能源大基地的“风光火储”双层优化配置研究[j].中国科学:技术科学,2025,55(11):1865-1874.），主要为以资源禀赋为导向的新能源基地电源配置方法。该类方法通常基于新能源基地所在区域的风能、太阳能资源条件，利用多年气象数据或典型年数据，对风电和光伏的理论蕴藏量及可开发规模进行评估，在此基础上确定新能源装机规模，并通过设置一定比例的调峰电源或储能设施，以满足新能源并网运行需求。该类方法一般采用典型日或典型周负荷曲线，对新能源与常规电源进行简化生产模拟，通过年均利用小时数、弃电率等指标对方案进行评估，从而确定新能源基地的电源配置方案。

4、现有技术一的局限：上述以资源禀赋为导向的新能源基地配置方法虽然能够反映送端新能源资源的开发潜力，但仍存在以下不足：1）受端需求刻画不足，该类方法主要从送端角度出发，未充分考虑受端电力系统的负荷结构特性、调峰能力及清洁能源消费目标差异，难以反映受端对外送电力功率形态和电量结构的实际偏好；2）新能源出力波动特性刻画粗糙，多采用典型日或平均化处理方式，忽略新能源逐时出力的随机波动特性，难以真实反映新能源基地在高比例新能源条件下的运行状态；3）多能互补分析深度不足，风电、光伏及储能之间的互补关系多通过经验比例设置，缺乏基于逐时出力特性的系统分析，导致储能规模和运行方式配置合理性不足。

5、现有技术二的技术方案：《风光火储一体化、风光储一体化的多能互补基地电源配置思路研究》（吴迪.风光火储一体化、风光储一体化的多能互补基地电源配置思路研究[j].电力学报,2024,39(05):464-468.doi:10.13357/j.dlxb.2024.049.）。技术方案二主要为基于逐时生产模拟的新能源基地配置与运行评估方法。该类方法通过构建风电、光伏及储能等电源的8760小时逐时出力序列，在全年时间尺度上对新能源基地进行联合生产模拟，并结合外送通道约束，分析不同电源配置方案下的弃电情况、电量结构及运行指标。部分研究进一步引入抽水蓄能或电化学储能的运行模型，通过模拟储能的充放电过程，提高新能源消纳能力，并以新能源利用率、弃电率或系统运行成本作为主要评价指标，对电源配置方案进行比较分析。

6、现有技术二的局限：尽管现有技术方案二在时间尺度和运行细节方面较方案一有所改进，但仍存在以下不足：1）对受端需求偏好考虑不足，该类方法多以新能源消纳最大化或系统运行成本最小化为单一目标，未区分受端系统在保供支撑型需求和高比例绿电消费型需求之间的差异，难以支撑面向不同受端市场的差异化配置方案设计；2）沙戈荒地区出力建模适用性不足，在气象观测站点稀缺的沙漠、戈壁、荒漠等区域，部分方法直接采用外推或简化假设构建新能源出力序列，未充分考虑区域气象统计特征，导致出力模拟结果的随机性和相关性不足；3）综合评价体系不完善，多集中于弃电率或新能源利用率等单一指标，缺乏对外送通道利用效率、高峰供电保证能力等关键运行指标的系统综合评价，难以形成稳定、可靠的方案优选结论。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够综合反映源端新能源资源禀赋特性与受端电力系统需求偏好、在逐时尺度上刻画新能源出力随机性与多能互补特征、并适用于高比例新能源外送场景的新能源大基地电源配置方法，克服现有方法中仅侧重资源开发条件、忽略受端负荷偏好差异、对风电和光伏出力波动刻画不足、储能配置与运行依据不清以及外送功率曲线与电源结构匹配性差等问题，从而解决现有技术中新能源大基地在规划和运行过程中新能源消纳能力不足、外送通道利用效率偏低及系统保供能力不稳定等技术难题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种综合考虑受端特性偏好与源端资源禀赋的新能源大基地电源配置方法，包括以下步骤：

3、步骤1：资源禀赋评估与出力建模；基于多年长期气象资料及新能源场址开发条件，对送端区域内风能、太阳能及抽水蓄能资源进行评估，构建风电、光伏及光热电源的逐时出力模型；

4、步骤2：多能互补与储能运行分析；结合抽水蓄能和电化学储能的运行约束条件，对风、光与储能在多能互补运行模式下的联合出力特性进行分析，识别新能源消纳约束条件及系统调节需求；

5、步骤3：受端需求偏好识别与外送目标曲线构建；针对潜在受端电力市场，分析其电力供需结构及负荷曲线特性，识别以系统供电可靠性为导向的保供支撑型需求偏好和以清洁能源消费比例为导向的高比例绿电型需求偏好，并据此构建对应的外送目标功率曲线；

6、步骤4：逐时生产模拟；基于全年8760小时时间尺度，对风电、光伏、光热、抽水蓄能及电化学储能进行联合逐时生产模拟，形成新能源大基地在不同电源配置方案下的出力过程及外送功率曲线；

7、步骤5：运行指标测算；基于逐时生产模拟结果，计算并统计各类电源的外送通道利用小时数、新能源基地高峰保证率、清洁电量占比以及新能源利用率；

8、步骤6：综合评价与方案优选；对不同电源配置方案的运行指标进行多维度综合评价，筛选出满足受端负荷偏好约束且整体性能最优的新能源大基地电源配置方案。

9、进一步，所述步骤1中，在新能源基地位于气象观测站点稀缺区域的情况下，不直接采用实测出力数据，而是基于参证气象站长期气象统计特征，通过数值模拟或统计重构方法构建风电和光伏的8760小时逐时出力序列，用于表征新能源出力的随机性、波动性及相关性特征。

10、进一步，所述步骤1中构建风电逐时出力模型具体包括：基于中尺度再分析气象数据换算得到轮毂高度逐时风速，结合风电机组功率特性函数及综合效率系数，计算风电场逐时出力功率；

11、所述步骤1中构建光伏逐时出力模型具体包括：基于中尺度再分析气象数据换算得到水平面或最优倾角辐射量，结合标准测试条件下的辐射强度及考虑温度修正和逆变效率的综合效率系数，计算光伏逐时出力功率。

12、进一步，所述步骤2中，基于风电夜间出力偏高、光伏白天出力集中的出力结构特性，识别风电与光伏在日内及年内时间尺度上的互补关系，并将所述互补关系及新能源等效利用小时数作为抽水蓄能连续满发小时数确定、电源装机规模配置以及高比例新能源外送能力分析的基础参数。

13、进一步，所述步骤2中，所述抽水蓄能与电化学储能均设置充放电功率约束、能量容量约束以及充放电状态互斥约束，以避免不同储能形式在同一时段内发生同时充放电运行。

14、进一步，所述步骤3中构建对应的外送目标功率曲线具体包括：

15、构建保供支撑型外送目标曲线，以受端系统高峰负荷保障为约束条件，优先满足系统最大负荷时段的稳定出力需求；

16、构建高比例绿电型外送目标曲线，以受端清洁能源消费比例最大化为目标，强化新能源外送电量占比。

17、进一步，所述步骤4中，所述逐时生产模拟模块在全年8760小时尺度下，引入新能源出力的随机波动特性及储能调节策略，对风电、光伏、抽水蓄能及电化学储能进行联合逐时生产模拟，实现新能源基地电源规模配置与外送目标曲线形态的协同优化。

18、进一步，所述步骤5中，所述新能源基地高峰保证率的计算公式为：

19、

20、式中，为新能源基地在第小时的实际外送功率；为受端系统在第小时的目标外送功率需求；为受端系统的高峰时段集合。

21、进一步，所述步骤6中，所述综合评价与方案优选模块采用多指标综合评价方法，对新能源利用率、弃电率、峰值供电保证能力及外送通道利用效率指标进行加权分析，形成新能源大基地不同电源配置方案的综合评价结果及优选排序。

22、进一步，所述步骤6具体包括：

23、利用熵权法确定各运行指标的权重，以客观反映指标在各方案中的信息差异性；

24、利用topsis法计算各电源配置方案与正理想解和负理想解的距离，计算综合得分；

25、根据综合得分对所有候选方案进行排序，得分最高的方案为优选方案，同时确保其满足受端需求偏好约束和关键指标阈值要求。

26、本发明的有益效果是：本发明通过引入基于merra2中尺度气象数据的新能源资源禀赋评估、逐时出力建模、多能互补运行分析及逐时生产模拟等测算方法，系统构建了综合考虑源端资源特性与受端需求偏好的新能源大基地电源配置与外送能力评估方法体系，不仅提高了新能源出力建模与电源配置方案测算结果的科学性与准确性，真实反映了风电、光伏等新能源出力的随机性、波动性及其与储能协同运行特征，而且具备良好的工程可实施性和推广应用前景，可为新能源大基地电源规模优化配置、跨区外送能力论证及外送通道规划提供定量分析依据，为完善新能源消纳机制、推动高比例可再生能源安全有序发展以及支撑电力系统灵活性提升提供了科学依据和技术支撑。