一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法与流程

1.本发明属于电力系统能源消纳领域，具体涉及一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法。


背景技术：

2.随着电网的不断发展，电力系统的能源供给结构以及电力负荷需求特征将会发生显著变化，风电和光伏发电的装机容量也会随之呈现持续上升趋势。预计高比例场景下，直至2050年中国风电、光伏发电的总装机容量将分别高达2.2tw和5.1tw，局部地区非水可再生能源发电量占比将超过30％。因此，高比例新能源并网情况下，可再生能源能否实现消纳，以及采用什么样的消纳策略实现可再生能源的消纳是未来电网面临的首要难题。
3.在如今的技术条件下，可再生能源的消纳方法主要从源、荷、储这三方面进行，其中在电源侧，主要采用火电机组灵活性改造策略，这种方式存在着调节能力不高、投资成本较大的缺点；在负荷侧，主要通过一定的电机政策和激励政策，调节用户的用电行为，从而实现降低负荷峰谷差的目的，这种方式又存在着响应不及时的缺点；而在储能侧，主要措施为电化学储能电站，但电化学储能电站单位储能成本较高，回收处理困难，环境污染较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种通过源荷特征预测来指导可再生能源消纳的未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法。
5.为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
6.一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法，依次包括以下步骤：
7.步骤一、计算电力系统历史典型年负荷率、风电典型年出力率以及光伏典型年出力率；
8.步骤二、先根据步骤一得到的数据计算未来电力系统的风电以及光伏出力曲线，然后确定风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线；
9.步骤三、先通过比较风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线与系统历史日负荷曲线判断未来高比例可再生能源的消纳难度等级，然后采用与该难度等级相对应的消纳策略以促进可再生能源的消纳。
10.所述步骤三具体为：
11.若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线低于系统历史最小负荷日的负荷，则判定可再生能源的消纳难度较小，可通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳；
12.若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史最大负荷日的负荷且低于系统历史日平均负荷的1.5倍，则判定可再生能源的消纳难度较大，可采用以下措施：
13.建设大型抽水蓄能电站或储能电站；
14.制定合理的电价政策，在发电侧和用电侧均建立峰谷电价或分时电价；
15.加强跨区电网建设，扩大输电通道容量，将区内可再生能源电量送到其他负荷中心，充分发挥不同地区的移峰错峰；
16.若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史日平均负荷的1.5倍，则判定可再生能源的消纳难度非常大，可采用以下措施：
17.在可再生能源资源富集区内发展风
‑
光
‑
水
‑
储一体化的微电网；
18.将用能较高的第二产业转移到可再生能源中心，促进可再生能源的就地消纳。
19.所述通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳措施包括：
20.对火电机组进行灵活性改造，鼓励火电机组深度调峰，使可再生能源获得发电空间；
21.对燃煤机组进行弹性运行控制、增加储热装置实现“热电解耦”，在调峰困难时段通过储热装置供热，降低供热强迫出力，在调峰有余量的时段储存富裕热量；
22.鼓励水电站参与系统调峰，对于库容式水电站，在系统出力高峰时通过减少放水的方式降低机组出力，在系统出力低谷时增加放水提高机组出力；
23.建设燃气电站，利用燃气机组促进可再生能源的消纳；
24.在可再生能源厂址周围建设小型抽水蓄能电站，当可再生能源出力处于高峰时将多余电力进行抽水蓄能，当可再生能源出力处于低谷时利用储存的水的势能发电。
25.所述步骤二依次包括以下步骤：
26.2.1、根据下式分别计算未来风电、光伏的年出力率：
[0027][0028][0029]
上式中，ρ
w
、ρ
p
分别为未来风电、光伏的年出力率，α
w
、α
p
分别为未来风电、光伏出力占电力系统全年电量的比重，为系统历史典型年负荷率；
[0030]
2.2、根据下式分别计算风电、光伏的出力修正系数：
[0031][0032][0033]
上式中，β
w
、β
p
分别为风电、光伏的出力修正系数，分别为风电、光伏典型年出力率；
[0034]
2.3、根据下式分别计算出未来风电、光伏的出力曲线：
[0035][0036][0037]
上式中，分别为风电、光伏在未来第t小时的出力，t＝1,2,
…
,8760，,8760，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力；
[0038]
2.4、根据下式计算未来风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线
[0039][0040][0041][0042]
上式中，分别为未来风电、光伏日出力曲线的上包络线，τ为日出力曲线的小时数，τ＝1,2,
…
,24，τ＝t\24表示τ为t对24取余数。
[0043]
所述步骤一具体为：
[0044]
先以小时为单位，采集系统历史8760h的典型负荷、8760h的风电典型出力以及8760h的典型光伏出力数据，然后采用以下公式计算得到系统历史典型年负荷率风电典型年出力率光伏典型年出力率
[0045][0046][0047][0048]
上式中，为系统在历史第t小时的负荷，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力，p
max
为系统的历史最大负荷。
[0049]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0050]
1、本发明一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法先计算电力系统历史典型年负荷率、风电典型年出力率以及光伏典型年出力率，再根据得到的数据计算未来电力系统的风电以及光伏出力曲线，然后确定风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线，并通过比较风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线与系统历史日负荷曲线判断未来高比例可再生能源的消纳难度等级，最后采用与该难度等级相对应的消纳策略以促进可再生能源的消纳，针对未来高比例可再生能源并网的情况，该方法基于未来电力系统源荷特征的分析预测结果对可再生能源的消纳难度进行评估，通过定量、直观的分析出未来电源出力和系统需求的冲突程度可保证可再生能源消纳难度评估的精准度，从而保证后期对应消纳策略实施的有效性。因此，本发明实现了可再生能源消纳难度的准确评估，保证了可再生能源消纳策略实施的有效性。
[0051]
2、本发明一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法针对可再生能源消纳难度较小的情况提出了一种复合型的电源改造方案，即依靠火电、水电、燃气机组、小型抽水蓄能联合调节，其与传统的依靠火电灵活性改造的消纳方法相比，在成本相对较小的
同时增大了系统的调节能力；针对可再生能源消纳难度较大的情况则提出一种网
‑
荷
‑
储联合方案，即在电网侧加大各区互通互联，实现移峰错峰，在电源侧依靠大型抽水蓄能电站或储能电站，在负荷侧依靠电价政策调节用户用电行为；针对可再生能源消纳难度非常大这种极端情况提出了一种发展风
‑
光
‑
水
‑
储一体化微电网的措施，将风电、光伏资源分为小单元实现就地消纳，整个策略不仅能够显著促进可再生能源的消纳，而且还能解决现有消纳方法存在的系统调节能力不强、投资成本大、环境污染较大等问题。因此，本发明不仅能够显著促进可再生能源的消纳，而且解决了系统调节能力不强、投资成本大、环境污染较大等问题。
附图说明
[0052]
图1为本发明实施例1中可再生能源电量占比为30％的源荷特征曲线。
[0053]
图2为本发明实施例1中可再生能源电量占比为50％的源荷特征曲线。
具体实施方式
[0054]
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0055]
一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法，依次包括以下步骤：
[0056]
步骤一、计算电力系统历史典型年负荷率、风电典型年出力率以及光伏典型年出力率；
[0057]
步骤二、先根据步骤一得到的数据计算未来电力系统的风电以及光伏出力曲线，然后确定风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线；
[0058]
步骤三、先通过比较风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线与系统历史日负荷曲线判断未来高比例可再生能源的消纳难度等级，然后采用与该难度等级相对应的消纳策略以促进可再生能源的消纳。
[0059]
所述步骤三具体为：
[0060]
若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线低于系统历史最小负荷日的负荷，则判定可再生能源的消纳难度较小，可通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳；
[0061]
若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史最大负荷日的负荷且低于系统历史日平均负荷的1.5倍，则判定可再生能源的消纳难度较大，可采用以下措施：
[0062]
建设大型抽水蓄能电站或储能电站；
[0063]
制定合理的电价政策，在发电侧和用电侧均建立峰谷电价或分时电价；
[0064]
加强跨区电网建设，扩大输电通道容量，将区内可再生能源电量送到其他负荷中心，充分发挥不同地区的移峰错峰；
[0065]
若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史日平均负荷的1.5倍，则判定可再生能源的消纳难度非常大，可采用以下措施：
[0066]
在可再生能源资源富集区内发展风
‑
光
‑
水
‑
储一体化的微电网；
[0067]
将用能较高的第二产业转移到可再生能源中心，促进可再生能源的就地消纳。
[0068]
所述通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳措施包括：
[0069]
对火电机组进行灵活性改造，鼓励火电机组深度调峰，使可再生能源获得发电空
间；
[0070]
对燃煤机组进行弹性运行控制、增加储热装置实现“热电解耦”，在调峰困难时段通过储热装置供热，降低供热强迫出力，在调峰有余量的时段储存富裕热量；
[0071]
鼓励水电站参与系统调峰，对于库容式水电站，在系统出力高峰时通过减少放水的方式降低机组出力，在系统出力低谷时增加放水提高机组出力；
[0072]
建设燃气电站，利用燃气机组促进可再生能源的消纳；
[0073]
在可再生能源厂址周围建设小型抽水蓄能电站，当可再生能源出力处于高峰时将多余电力进行抽水蓄能，当可再生能源出力处于低谷时利用储存的水的势能发电。
[0074]
所述步骤二依次包括以下步骤：
[0075]
2.1、根据下式分别计算未来风电、光伏的年出力率：
[0076][0077][0078]
上式中，ρ
w
、ρ
p
分别为未来风电、光伏的年出力率，α
w
、α
p
分别为未来风电、光伏出力占电力系统全年电量的比重，为系统历史典型年负荷率；
[0079]
2.2、根据下式分别计算风电、光伏的出力修正系数：
[0080][0081][0082]
上式中，β
w
、β
p
分别为风电、光伏的出力修正系数，分别为风电、光伏典型年出力率；
[0083]
2.3、根据下式分别计算出未来风电、光伏的出力曲线：
[0084][0085][0086]
上式中，分别为风电、光伏在未来第t小时的出力，t＝1,2,
…
,8760，,8760，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力；
[0087]
2.4、根据下式计算未来风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线
[0088][0089][0090][0091]
上式中，分别为未来风电、光伏日出力曲线的上包络线，τ为日出力曲线的小时数，τ＝1,2,
…
,24，τ＝t\24表示τ为t对24取余数。
[0092]
所述步骤一具体为：
[0093]
先以小时为单位，采集系统历史8760h的典型负荷、8760h的风电典型出力以及8760h的典型光伏出力数据，然后采用以下公式计算得到系统历史典型年负荷率风电典型年出力率光伏典型年出力率
[0094][0095][0096][0097]
上式中，为系统在历史第t小时的负荷，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力，p
max
为系统的历史最大负荷。
[0098]
本发明的原理说明如下：
[0099]
可再生能源的消纳策略：
[0100]
1、若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线低于系统历史最小负荷日的负荷，此时可再生能源的消纳难度较小，可通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳。
[0101]
2、若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史最大负荷日的负荷且低于系统历史日平均负荷的1.5倍，此时可再生能源的消纳难度较大，单纯依靠区内其他配套电源调节能力已无法实现消纳，可采用以下措施：
[0102]
建设大型抽水蓄能电站或储能电站；
[0103]
制定合理的电价政策，在发电侧和用电侧均建立峰谷电价或分时电价，加强需求侧管理，一方面鼓励常规电厂在低谷时刻主动为新能源腾出空间，另一方面也是调节用户的用电习惯，鼓励使用低谷电力，引入更多调节资源从而促进可再生能源的消纳；
[0104]
加强跨区电网建设，扩大输电通道容量，将区内可再生能源电量送到其他负荷中心，充分发挥不同地区的移峰错峰。
[0105]
3、若风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史日平均负荷的1.5倍，此时可再生能源的消纳难度非常大，依靠调节电源和跨区调节等办法均无法实现新能源消纳，可采用的措施为：
[0106]
在可再生能源资源富集区内发展风
‑
光
‑
水
‑
储一体化的微电网，每一个微电网都具有风光等新能源电源、水电储能等调节性资源与负荷，这样每一个单元由于容量较小，其储能资源配置较少的优点，实现可再生能源不经过大电网直接送到用户，这样便克服了大量可再生能源集中造成的峰谷差较大难以消纳的问题；
[0107]
将用能较高的第二产业转移到可再生能源中心，促进可再生能源的就地消纳。
[0108]
本发明所述α
w
、α
p
可采用未来可再生能源的发展规划值。
[0109]
实施例1：
[0110]
一种未来电力系统中高比例可再生能源的消纳方法，该方法以湖北省2020年系统负荷数据、风光出力数据为研究对象，依次按照以下步骤进行：
[0111]
1、先以小时为单位，采集湖北省2020年系统8760h的典型负荷、8760h的风电典型出力以及8760h的典型光伏出力数据，然后采用以下公式计算得到系统历史典型年负荷率风电典型年出力率光伏典型年出力率
[0112][0113][0114][0115]
上式中，为系统在历史第t小时的负荷，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力，p
max
为系统的历史最大负荷计算电力系统历史典型年负荷率、风电典型年出力率以及光伏典型年出力率；
[0116]
2、根据下式分别计算未来风电、光伏的年出力率：
[0117]
α＝a
p
α
w
[0118][0119][0120]
上式中，α为未来风电和光伏总出力占电力系统全年电量的比重，ρ
w
、ρ
p
分别为未来风电、光伏的年出力率，α
w
、α
p
分别为未来风电、光伏出力占电力系统全年电量的比重，为系统历史典型年负荷率；
[0121]
3、根据下式分别计算风电、光伏的出力修正系数：
[0122][0123][0124]
上式中，β
w
、β
p
分别为风电、光伏的出力修正系数，分别为风电、光伏典型年出力率；
[0125]
4、根据下式分别计算出未来风电、光伏的出力曲线：
[0126][0127][0128]
上式中，分别为风电、光伏在未来第t小时的出力，t＝1,2,
…
,8760，,8760，分别为风电、光伏在历史第t小时的出力；
[0129]
5、根据下式计算未来风电
‑
光伏联合日出力曲线的上、下包络线以及平均日出力：
[0130][0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137][0138][0139]
上式中，分别为未来风电
‑
光伏联合日出力曲线的上、下包络线以及平均日出力，分别为未来风电日出力曲线的上、下包络线以及平均日出力，分别为未来光伏日出力曲线的上、下包络线以及平均日出力，τ为日出力曲线的小时数，τ＝1,2,
…
,24，τ＝t\24表示τ为t对24取余数；
[0140]
本实施例选取可再生能源电量占比为30％(α＝0.3,α
p
＝0.15,α
w
＝0.15)、50％(α＝0.5,α
p
＝0.25,α
w
＝0.25)两种情况计算系统的源荷特征曲线，结果分别参见图1、图2；
[0141]
6、通过图1所示数据可以看出，当可再生能源电量占比为30％时，风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线低于系统历史最小负荷日的负荷，判定该情况下可再生能源的消纳难度较小，此时可通过提高区内其他配套电源的调节能力来促进可再生能源的消纳，具体包括：
[0142]
对火电机组进行灵活性改造，鼓励火电机组深度调峰，使可再生能源获得发电空间；
[0143]
对燃煤机组进行弹性运行控制、增加储热装置实现“热电解耦”，在调峰困难时段通过储热装置供热，降低供热强迫出力，在调峰有余量的时段储存富裕热量；
[0144]
鼓励水电站参与系统调峰，对于库容式水电站，在系统出力高峰时通过减少放水
的方式降低机组出力，在系统出力低谷时增加放水提高机组出力；
[0145]
建设燃气电站，利用燃气机组促进可再生能源的消纳；
[0146]
在可再生能源厂址周围建设小型抽水蓄能电站，当可再生能源出力处于高峰时将多余电力进行抽水蓄能，当可再生能源出力处于低谷时利用储存的水的势能发电；
[0147]
通过图2所示数据可以看出，当可再生能源电量占比为50％时，风电
‑
光伏联合日出力曲线的上包络线高于系统历史最大负荷日的负荷且低于系统历史日平均负荷的1.5倍，判定可再生能源的消纳难度较大，此时可采用以下措施：
[0148]
建设大型抽水蓄能电站或储能电站；
[0149]
制定合理的电价政策，在发电侧和用电侧均建立峰谷电价或分时电价；
[0150]
加强跨区电网建设，扩大输电通道容量，将区内可再生能源电量送到其他负荷中心，充分发挥不同地区的移峰错峰。