可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010746537.8 (22)申请日 2020.07.29 (71)申请人 国网甘肃省电力公司电力科学研究 院 地址 730000 甘肃省兰州市安宁区万新北 路249号 申请人 国网甘肃省电力公司 国家电网有限公司重庆邮电大学 国网北京市电力公司 (72)发明人 周强张彦琪赵龙李彬 龙虹毓高鹏飞王明松李津 盖晓平韩自奋付嘉瑜赵文丽 甄文喜陈柏旭马明丁坤 (74)专利代理机构 北京劲创知识产权代理事务 所(普通合伙) 11589 代理人 张铁兰 (51)Int.Cl. H0。

2、2J 3/46(2006.01) H02J 3/24(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种可再生能源的波动特性的多电源协调 优化调峰方法 (57)摘要 本发明公开了一种可再生能源的波动特性 的多电源协调优化调峰方法， s1根据电量可用容 量和库容决定水电周内的发电电量； s2预测系统 的周时间尺度的新能源发电曲线和负荷曲线； s3 根据系统外送曲线、 新能源发电及负荷曲线以及 水电发电容量确定水电调峰启动点； s4确定系统 周内的调峰需求； s5建立调峰需求最大的优化模 。

3、型； 本发明的有益效果是本发明针对新能源大规 模接入的消纳问题， 提出了合理安排进行调峰。 进一步， 为保证在消纳新能源的所需的调峰需 求， 提出满足系统调峰需求的火电机组启停机组 合优化模型。 通过求解建立模型， 可确定在周时 间尺度内火电机组的开机方式， 在避免在火电机 组的频繁启停的同时， 保证系统的调峰能力。 权利要求书3页 说明书7页 CN 111934362 A 2020.11.13 CN 111934362 A 1.一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： s1:根据电量可用容量和库容决定水电周内的发电电量； s2:预测系统的周时间尺度的。

4、新能源发电曲线和负荷曲线； s3:根据系统外送曲线、 新能源发电及负荷曲线以及水电发电容量确定水电调峰启动 点； s4:确定系统周内的调峰需求； s5:建立调峰需求最大的优化模型； s6:利用基于分支定界算法计算系统优化模型确定该系统的机组组合方案； s7:计算系统的调峰能力以及风电大发情况下的调峰能力裕度。 2.根据权利要求1所述的一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 其 特征在于： 所述步骤s3中的水电调峰启动点如下： a1： 确定水电的基本运行功率PB根据水库的容量限制的而给出的周内计划发电量限制 为Emin Emax， 此处Emin和Emax差别控制在2-5之间， 计算P。

5、B时， 水电的发电量按如下式 计算EH(Emin+Emax)/2， 区域电网内一周内的负荷曲线记为Pl(t)， 外送功率曲线记为PT(t)， 新能源发电记为PR(t)， 此时系统的等效负荷为：水电 发电电量应满足：且同时应满足约束： a2： 根据历史数据和运行经验初始化设置误差参数 ； a3： 检验不等式是否成立， 若不成立， 增加PB直至不等式 成立； a4： 通过计算积分若 且令PBPB-P， 反之令PB PB+P； a5： 重复a4步骤， 直到记录此时PB值。 3.根据权利要求1所述的一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 其 特征在于： 所述步骤s4中的调峰需求在任意时刻电。

6、网中所有发电机的有功出力、 负荷及有 功功率损耗必须满足的有功功率平衡的等式条件为： 在确定火电的开机方式时候， 可用水电调峰启动点功率PB替代(即总的等效负 权利要求书 1/3 页 2 CN 111934362 A 2 荷)， 此时的含义为火电的最大出力至少要保证， 水电未启动时负荷的可靠供电， 其中 为电网中所有发电机的出力之和， 其中， 每个发电机的出力PGi必须满足如下所示的上下限 约束： P为电网中的有功功率损耗。 当系统的等效负荷从PB降低至新能源大发态势下的Pmin的过程中， 有功功率平衡可写 为： 其中为PL为等效负荷的变量， 为正值。 (b)(a)相减得： 此时PL为等效负荷。

7、的变量化， 其实际的变化可由两种因素引起， 第一为实际负荷的减 小， 第二为新能源的增加， 不管哪种方式， -PL均为负值。 这就是新能源并入电网后， 常规 发电机的负调峰特性， 同时由算式c)可以定义为常规发电机的负调峰容量， 所谓的常规发 电机的负调峰能力就是当电网中等效有功负荷从Pb降低到Pmin， 常规发电机降低有功功率 输出的能力， 负调峰容量等于调整后的输出与调整前的输出之差， 该值总是为负。 4.根据权利要求1所述的一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 其 特征在于： 所述步骤s5中的调峰需求最大的优化模型步骤为： b1： 给定火电发电机组的最大负调峰容量， 其大小。

8、取决于给出的发电机组合出力下限 参数在一个电网中， 满足一定负荷要求的发电机组合可能有多个， 不同的发电 机组合具有不同的出力下限； b2： 通过优化手段， 找到满足负荷需求的最小从而提供负调峰容量， 增加 新能源消纳比例； b3： 在一个地区电网中， 可以参与调峰的发电机组有N台， 第i台发电机组的出力为PGi， 取值区间可以定义为PGmin PGmax， 其中PGmin表示发电机i的出力下限， PGmax表示发电机i的 出力上限， 定义向量N维向量表示其发电组合： Cc1,c2,ci,cn， 其中ci表示第i台发电 机的状态， 当为0时， 表示与之对应的发电机没有参与发电， 当等于1时， 。

9、表示与之对应的发 电机向电网提供了一定的功率输出， 定义向量PGminPG1min,PGimin,PGnmin， 定义向量 PGmaxPG1max,PGimax,PGnmax， 由此可得用表示C的取 值空间， 那么在此空间中， 发电机组合的数量状态数为2n-1， 而机组组合的目的是在状态空 间 中 搜 索 发 电 机 状 态 向 量 C 使 得 调 峰 容 量 最 大 ， 故 其 目 标 函 数 可 写 为 权利要求书 2/3 页 3 CN 111934362 A 3 b4： 由b3可总结为 b5:在满足在水电调峰启动点PB时,等效负荷将在LPmin PB的区间内变化， 当系统的 等效负荷不断。

10、降低时， 系统的负调峰容量极限将不断降低， 为保证在最小负荷处系统容量 的充足， 系统的充足:Pmin-CTPGminRth,其中Rth为考虑负荷和新能源预测误差的最小调峰需 求； b6:水电调峰为基础的火电机组组合的最终最优化模型为： 5.根据权利要求1所述的一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 其 特征在于： 所述步骤s6中的分支定界算法如下： C1:将原问题P0放入待求问题集L中， 并置目标值z*和解变量 C2:判断L是否为空？ 若是， 停止； 否则， 按一定策略从L中选择ILP(k)， 并从L中删除ILP (k)； C3:求解ILP(k)的线性松弛问题LP(k)。 如果L。

11、P(k)无可行解， 转C2步； 否则， 令表示 LP(k)目标函数值，表示其对应的解； C4 : 如果转C 2步。 如果不 满足 整数性 约束 ， 转C3步 ； 否 则 ， 令 转C2步。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111934362 A 4 一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法 技术领域 0001 本发明涉及一种优化调峰方法， 特别涉及一种可再生能源的波动特性的 多电源 协调优化调峰方法， 属于电气工程技术领域。 背景技术 0002 可再生能源的大规模接入将会为电网调度带来巨大困难。 虽然电能集中 送出可 以在一定程度上缓解本地机组的调峰压力， 但由于外送曲线一般也呈 现。

12、与负荷曲线相似 的特性， 同时新能源的出力在日内会出现由最大出力降至 零或由零升至最大出力的情形， 这两面因素决定了新能源大规模接入局部区 域电网后， 其所面临的调峰任务仍然艰巨， 因 此为在实现给定外送曲线追踪 的同时最大化地消纳可再生能源， 需对区域电网的机组进 行合理的调控。 0003 本发明将区域电网内的各种电源综合考虑， 提出在周时间尺度各电源协 调调峰 的策略， 建立火电机组满足高新能源渗透率下的调峰需求的机组组合 优化模型， 使得在同 时追踪外送功率曲线及最大程度消纳新能源的同时， 满 足系统安全运行的要求。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种可再生能源的波动特性的多电。

13、源协调优化调 峰方 法， 以解决上述背景技术中提出的问题。 0005 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种可再生能源的波动特 性的多电 源协调优化调峰方法， 包括以下步骤： 0006 s1:根据电量可用容量和库容决定水电周内的发电电量； 0007 s2:预测系统的周时间尺度的新能源发电曲线和负荷曲线； 0008 s3:根据系统外送曲线、 新能源发电及负荷曲线以及水电发电容量确定水 电调峰 启动点； 0009 s4:确定系统周内的调峰需求； 0010 s5:建立调峰需求最大的优化模型； 0011 s6:利用基于分支定界算法计算系统优化模型确定该系统的机组组合方 案； 0012 s7:。

14、计算系统的调峰能力以及风电大发情况下的调峰能力裕度。 0013 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤s3中的水电调峰启动点如下： 0014 a1： 确定水电的基本运行功率PB根据水库的容量限制的而给出的周内计 划发电 量限制为Emin Emax， 此处Emin和Emax差别控制在2-5之间， 计算PB时， 水电的发电量按 如下式计算EH(Emin+Emax)/2， 区域电网内一周内的负 荷曲线记为Pl(t)， 外送功率曲线记 为PT(t)， 新能源发电记为PR(t)， 此时系统 的等效负荷为： 水电发电电量应满足： 且同时应满足约束： 说明书 1/7 页 5 CN 111934362 A 。

15、5 0015a2： 根据历史数据和运行经验初始化设置误差参数 ； 0016a3： 检验不等式是否成立， 若不成立， 增加PB直 至不 等式成立； 0017a4： 通过计算积分若 且令PBPB-P， 反之令PB PB+P； 0018a5： 重复a4步骤， 直到记录此时PB值。 0019 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤s4中的调峰需求在任意时刻 电网中 所有发电机的有功出力、 负荷及有功功率损耗必须满足的有功功率平 衡的等式条件为： 0020 0021在确定火电的开机方式时候， 可用水电调峰启动点功率PB替代(即 总的等 效负荷)， 此时的含义为火电的最大出力至少要保证， 水电未启动时 。

16、负荷的可靠供电， 其中 为电网中所有发电机的出力之和， 其中， 每个发 电机的出力PGi必须满足如下所示的 上下限约束： 0022 0023 P为电网中的有功功率损耗。 0024 当系统的等效负荷从PB降低至新能源大发态势下的Pmin的过程中， 有功功 率平衡 可写为： 0025 0026 其中为PL为等效负荷的变量， 为正值。 0027 (b)(a)相减得： 0028 0029 此时PL为等效负荷的变量化， 其实际的变化可由两种因素引起， 第一为 实际负 荷的减小， 第二为新能源的增加， 不管哪种方式， -PL均为负值。 这 就是新能源并入电网 后， 常规发电机的负调峰特性， 同时由算式c)。

17、可以定 义为常规发电机的负调峰容量， 所谓 的常规发电机的负调峰能力就是当电网 中等效有功负荷从Pb降低到Pmin， 常规发电机降低 有功功率输出的能力， 负 调峰容量等于调整后的输出与调整前的输出之差， 该值总是为 负。 0030 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤s5中的调峰需求最大的优化 模型步 说明书 2/7 页 6 CN 111934362 A 6 骤为： 0031 b1： 给定火电发电机组的最大负调峰容量， 其大小取决于给出的发电机 组合出力 下限参数在一个电网中， 满足一定负荷要求的发电机组合 可能有多个， 不同 的发电机组合具有不同的出力下限； 0032b2： 通过优化手。

18、段， 找到满足负荷需求的最小从而提供负调 峰容 量， 增加新能源消纳比例； 0033 b3： 在一个地区电网中， 可以参与调峰的发电机组有N台， 第i台发电 机组的出力 为PGi， 取值区间可以定义为PGmin PGmax， 其中PGmin表示发电机 i的出力下限， PGmax表 示发电机i的出力上限， 定义向量N维向量表示其发 电组合： Cc1,c2,ci,cn， 其中ci 表示第i台发电机的状态， 当为0时， 表示与之对应的发电机没有参与发电， 当等于1时， 表 示与之对应的发电机 向电网提供了一定的功率输出， 定义向量PGminPG1min,PGi min,PGnmin， 定 义向量PG。

19、maxPG1max,PGimax,PGnmax， 由此可得 用表示C的取值空间， 那么在此空间中， 发电机组合的 数量状态数为2n-1， 而机组组合的目的是在状态空间中搜索发电机状态向量C使得调峰 容量最 大， 故其目标函数可写为 0034b4： 由b3可总结为 0035 b5:在满足在水电调峰启动点PB时,等效负荷将在LPmin PB的区间内变 化， 当 系统的等效负荷不断降低时， 系统的负调峰容量极限将不断降低， 为 保证在最小负荷处系 统容量的充足， 系统的充足:Pmin-CTPGminRth,其中Rth为考虑负荷和新能源预测误差的最 小调峰需求； 0036 b6:水电调峰为基础的火电机。

20、组组合的最终最优化模型为： 0037 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤s6中的分支定界算法如下： 0038C1:将原问题P0放入待求问题集L中， 并置目标值z*和解变量 0039 C2:判断L是否为空？ 若是， 停止； 否则， 按一定策略从L中选择ILP(k)， 并从L中删 除ILP(k)； 说明书 3/7 页 7 CN 111934362 A 7 0040C3:求解ILP(k)的线性松弛问题LP(k)。 如果LP(k)无可行解， 转C2 步； 否则， 令 表示LP(k)目标函数值，表示其对应的解； 0041C4:如果转C2步。 如果不满足整数性约束， 转C3步； 否则， 令 转C2步。

21、。 0042 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0043 1.本发明一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 本发 明针对 新能源大规模接入的消纳问题， 提出了合理安排进行调峰。 进一步， 为保证在消纳新能源 的所需的调峰需求， 提出满足系统调峰需求的火电机组 启停机组合优化模型。 通过求解建 立模型， 可确定在周时间尺度内火电机组 的开机方式， 在避免在火电机组的频繁启停的同 时， 保证系统的调峰能力。 具体实施方式 0044 下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描 述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部 的实施。

22、例。 基于本发明 中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施 例， 都属于本发明保护的范围。 0045 本发明提供了一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法的 技术方 案： 0046 包括以下步骤： 0047 s1:根据电量可用容量和库容决定水电周内的发电电量； 0048 s2:预测系统的周时间尺度的新能源发电曲线和负荷曲线； 0049 s3:根据系统外送曲线、 新能源发电及负荷曲线以及水电发电容量确定水 电调峰 启动点； 0050 s4:确定系统周内的调峰需求； 0051 s5:建立调峰需求最大的优化模型； 0052 s6:利用基于分支定界算法计。

23、算系统优化模型确定该系统的机组组合方 案； 0053 s7:计算系统的调峰能力以及风电大发情况下的调峰能力裕度。 0054 步骤s3中的水电调峰启动点如下： 0055 a1： 确定水电的基本运行功率PB根据水库的容量限制的而给出的周内计 划发电 量限制为Emin Emax， 此处Emin和Emax差别控制在2-5之间， 计算PB时， 水电的发电量按 如下式计算EH(Emin+Emax)/2， 区域电网内一周内的负 荷曲线记为Pl(t)， 外送功率曲线记 为PT(t)， 新能源发电记为PR(t)， 此时系统 的等效负荷为： 水电发电电量应满足： 且同时应满足约束： 0056a2： 根据历史数据和。

24、运行经验初始化设置误差参数 ； 说明书 4/7 页 8 CN 111934362 A 8 0057a3： 检验不等式是否成立， 若不成立， 增加PB直 至不 等式成立； 0058a 4 ：通 过计 算 积 分若 且令PBPB-P， 反之令PB PB+P； 0059a5： 重复a4步骤， 直到记录此时PB值。 0060 步骤s4中的调峰需求在任意时刻电网中所有发电机的有功出力、 负荷及 有功功 率损耗必须满足的有功功率平衡的等式条件为： 0061 0062在确定火电的开机方式时候， 可用水电调峰启动点功率PB替代(即 总的等 效负荷)， 此时的含义为火电的最大出力至少要保证， 水电未启动时 负荷。

25、的可靠供电， 其中 为电网中所有发电机的出力之和， 其中， 每个发 电机的出力PGi必须满足如下所示的 上下限约束： 0063 0064 P为电网中的有功功率损耗。 0065 当系统的等效负荷从PB降低至新能源大发态势下的Pmin的过程中， 有功功 率平衡 可写为： 0066 0067 其中为PL为等效负荷的变量， 为正值。 0068 (b)(a)相减得： 0069 0070 此时PL为等效负荷的变量化， 其实际的变化可由两种因素引起， 第一为 实际负 荷的减小， 第二为新能源的增加， 不管哪种方式， -PL均为负值。 这 就是新能源并入电网 后， 常规发电机的负调峰特性， 同时由算式c)可以。

26、定 义为常规发电机的负调峰容量， 所谓 的常规发电机的负调峰能力就是当电网 中等效有功负荷从Pb降低到Pmin， 常规发电机降低 有功功率输出的能力， 负 调峰容量等于调整后的输出与调整前的输出之差， 该值总是为 负。 0071 步骤s5中的调峰需求最大的优化模型步骤为： 0072 b1： 给定火电发电机组的最大负调峰容量， 其大小取决于给出的发电机 组合出力 说明书 5/7 页 9 CN 111934362 A 9 下限参数在一个电网中， 满足一定负荷要求的发电机组合 可能有多个， 不同 的发电机组合具有不同的出力下限； 0073b2： 通过优化手段， 找到满足负荷需求的最小从而提供负调 峰。

27、容 量， 增加新能源消纳比例； 0074 b3： 在一个地区电网中， 可以参与调峰的发电机组有N台， 第i台发电 机组的出力 为PGi， 取值区间可以定义为PGmin PGmax， 其中PGmin表示发电机 i的出力下限， PGmax表 示发电机i的出力上限， 定义向量N维向量表示其发 电组合： Cc1,c2,ci,cn， 其中ci 表示第i台发电机的状态， 当为0时， 表示与之对应的发电机没有参与发电， 当等于1时， 表 示与之对应的发电机 向电网提供了一定的功率输出， 定义向量PGminPG1min,PGi min,PGnmin， 定 义向量PGmaxPG1max,PGimax,PGnma。

28、x， 由此可得 用表示C的取值空间， 那么在此空间中， 发电机组合的 数量状态数为2n-1， 而机组组合的目的是在状态空间中搜索发电机状态向量C使得调峰 容量最 大， 故其目标函数可写为 0075b4： 由b3可总结为 0076 b5:在满足在水电调峰启动点PB时,等效负荷将在LPmin PB的区间内变 化， 当 系统的等效负荷不断降低时， 系统的负调峰容量极限将不断降低， 为 保证在最小负荷处系 统容量的充足， 系统的充足:Pmin-CTPGminRth,其中Rth为考虑负荷和新能源预测误差的最 小调峰需求； 0077 b6:水电调峰为基础的火电机组组合的最终最优化模型为： 0078 步骤s。

29、6中的分支定界算法如下： 0079C1:将原问题P0放入待求问题集L中， 并置目标值z*和解变量 0080 C2:判断L是否为空？ 若是， 停止； 否则， 按一定策略从L中选择ILP(k)， 并从L中删 除ILP(k)； 0081C3:求解ILP(k)的线性松弛问题LP(k)。 如果LP(k)无可行解， 转C2 步； 否则， 令 表示LP(k)目标函数值，表示其对应的解； 说明书 6/7 页 10 CN 111934362 A 10 0082C4:如果转C2步。 如果不满足整数性约束， 转C3步； 否则， 令 转C2步。 0083 本发明一种可再生能源的波动特性的多电源协调优化调峰方法， 工作。

30、原 理为： 首 先根据电量可用容量和库容决定水电周内的发电电量， 再预测系统 的周时间尺度的新能 源发电曲线和负荷曲线， 紧接着根据系统外送曲线、 新 能源发电及负荷曲线以及水电发电 容量确定水电调峰启动点， 然后确定系统 周内的调峰需求并建立调峰需求最大的优化模 型， 利用基于分支定界算法计 算系统优化模型确定该系统的机组组合方案， 最后计算系统 的调峰能力以及 风电大发情况下的调峰能力裕度， 综上所述， 本发明针对新能源大规模接 入 的消纳问题， 提出了合理安排进行调峰。 进一步， 为保证在消纳新能源的所 需的调峰需 求， 提出满足系统调峰需求的火电机组启停机组合优化模型。 通 过求解建立。

31、模型， 可确定 在周时间尺度内火电机组的开机方式， 在避免在火 电机组的频繁启停的同时， 保证系统的 调峰能力。 0084 在本发明的描述中， 需要理解的是， 指示的方位或位置关系为基于实施 例所示的 方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指 示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 0085 在本发明中， 除非另有明确的规定和限定， 例如， 可以是固定连接， 也 可以是可拆 卸连接， 或成一体； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是 直接相连， 也可以通过中间 媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通或两 个元件的相互作用关系， 除非另有明确的 限定， 对于本领域的普通技术人员 而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。 0086 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 对于本领域的普通技术人员而 言， 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、 修改、 替换 和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。 说明书 7/7 页 11 CN 111934362 A 11 。