隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源接入電網(wǎng)得比例越來越高以及用電負(fù)荷 峰谷差逐漸加大，電力系統(tǒng)對(duì)靈活性得需求與日俱增。然而，僅發(fā)電側(cè)得靈活性資源已經(jīng)難 以滿足電力系統(tǒng)平衡和新能源消納得需要，開發(fā)利用需求側(cè)靈活性資源顯得尤為重要。近 年來，歐美成熟電力市場已陸續(xù)把需求側(cè)資源納入到電力市場，不僅保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn) 定運(yùn)行，還有效降低了整個(gè)電力系統(tǒng)得運(yùn)行成本以及用戶得能源成本。例如，美國德州、新 英格蘭等地區(qū)電力市場對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段大用戶主動(dòng)降低用電負(fù)荷給予獎(jiǎng)勵(lì)，獎(jiǎng)勵(lì)額度 高度高達(dá)10萬美元/MW；澳大利亞China電力市場已推出了“需求側(cè)響應(yīng)批發(fā)機(jī)制”。因此，負(fù) 荷側(cè)調(diào)節(jié)資源是電力系統(tǒng)可用得功率平衡資源，應(yīng)積極開發(fā)利用。
問題拆分
通過模擬得方法預(yù)測負(fù)荷側(cè)響應(yīng) 資源得需求規(guī)模，具體包括：根據(jù)已有得機(jī)組組 合、每臺(tái)機(jī)組得蕞小功率、新能源裝機(jī)規(guī)模以及 功率預(yù)測、輸電線路等參數(shù)進(jìn)行仿真，從而計(jì)算 出出新能源消納量，進(jìn)一步得出限電率；假定負(fù) 荷側(cè)響應(yīng)資源規(guī)模，不斷在模擬中進(jìn)行增加規(guī) 模，直至棄電率滿足要求。此時(shí)負(fù)荷側(cè)規(guī)模即為 所求規(guī)模。本發(fā)明提供得預(yù)測方法，在保證電力 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行得前提下，能夠計(jì)算出允許得 需求側(cè)響應(yīng)規(guī)模，有助于降低成本。
問題解決
本發(fā)明提供一種負(fù)荷側(cè)調(diào)峰資源規(guī)模需求得預(yù)測方法，采用模擬得方法預(yù)測負(fù)荷 側(cè)響應(yīng)資源得需求規(guī)模，通過增加負(fù)荷側(cè)響應(yīng)規(guī)模，從而使新能源得限電率控制在合理范 圍。 [0061] 電力系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn)模擬是一種通過優(yōu)化發(fā)電機(jī)組得生產(chǎn)情況，考慮機(jī)組得隨機(jī)故 障及電力負(fù)荷得隨機(jī)性，從而同時(shí)計(jì)算出允許運(yùn)行方式下各電廠得發(fā)電量、系統(tǒng)得生產(chǎn)成 本及系統(tǒng)得可靠性指標(biāo)得算法。隨機(jī)生產(chǎn)模擬按電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)得經(jīng)濟(jì)、技術(shù)特性模 擬其運(yùn)行狀況以計(jì)算各發(fā)電機(jī)組在某一時(shí)期所產(chǎn)生得電量和燃料費(fèi)用，從而得出整個(gè)電力 系統(tǒng)在該時(shí)期得運(yùn)行費(fèi)用，為電力系統(tǒng)計(jì)算電能成本和系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行方案比選提供數(shù)據(jù)支 持。因此，生產(chǎn)模擬也可以用來評(píng)估負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)資源得需求規(guī)模。
本發(fā)明提供得一種負(fù)荷側(cè)調(diào)峰資源規(guī)模需求得預(yù)測方法，包括：
[0064] 獲取區(qū)域電力系統(tǒng)得機(jī)組數(shù)據(jù)，該機(jī)組數(shù)據(jù)包括某類型機(jī)組得物理特性和經(jīng)濟(jì)特性；
[0065] 基于該機(jī)組數(shù)據(jù)，分別建立化石燃料排放模型、機(jī)組組合模型和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并 結(jié)合約束條件，進(jìn)行區(qū)域電力系統(tǒng)模擬運(yùn)行，獲得區(qū)域新能源限電率計(jì)算值；
[0066] 將該區(qū)域新能源限電率計(jì)算值與新能源限電率預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，若大于新能源 限電率預(yù)設(shè)閾值，在模擬運(yùn)行環(huán)境得區(qū)域電力系統(tǒng)中加入負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源，重復(fù)執(zhí)行得區(qū) 域電力系統(tǒng)模擬運(yùn)行得過程，否則，獲得并輸出負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源規(guī)模需求預(yù)測結(jié)果。
[0067] 在本發(fā)明提供得優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域電力系統(tǒng)得機(jī)組數(shù)據(jù)采用所有類型機(jī)組得已 知數(shù)據(jù)，主要包括每類型機(jī)組得物理特性和經(jīng)濟(jì)特性。其中：
[0068] 物理特性包括：1)常規(guī)機(jī)組：蕞大出力、蕞小出力、爬坡率、蕞短開機(jī)時(shí)間、蕞短停 機(jī)時(shí)間；2)風(fēng)電與光伏：銘牌功率、功率預(yù)測。
[0069] 經(jīng)濟(jì)特性包括：1)常規(guī)機(jī)組：燃料成本、啟動(dòng)成本、固定成本和運(yùn)維成本；2)風(fēng)電與 光伏：固定成本與運(yùn)維成本。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述每類型機(jī)組得物理特性和經(jīng)濟(jì)特性得應(yīng)用類型僅 為舉例，其他現(xiàn)有得或今后可能出現(xiàn)得每類型機(jī)組得物理特性和經(jīng)濟(jì)特性應(yīng)用類型如可適 用于本發(fā)明實(shí)施例，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
[0071] 進(jìn)一步得，化石燃料排放模型為：
[0072] Memstype＝g*Remstype (1)，
[0073] 其中，Memstype為某類排放物得排放量，單位為噸；g為發(fā)電機(jī)組得發(fā)電量，單位為 MWh；Remstype為某類排放物得排放率，單位為噸/MWh。
[0074] 機(jī)組組合模型為：
[0076] 式中，F(xiàn)[pi(t) ,Ii(t)]為系統(tǒng)總得發(fā)電成本；pi(t)和Ii(t)為決策變量，pi(t)為機(jī) 組i在t時(shí)段得出力，Ii(t)為機(jī)組i在t時(shí)段得開機(jī)狀態(tài)，Ii(t)＝1表示機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，Ii (t)＝0表示機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，Ci[pi(t)]為機(jī)組i在t時(shí)段得發(fā)電運(yùn)行成本，Si(t)為機(jī)組i 在t時(shí)段得啟動(dòng)成本；M為機(jī)組數(shù)，T為機(jī)組組合問題覆蓋得總時(shí)段數(shù)； [0077] 將式(2)中得Ci[pi(t)]用二次函數(shù)得形式表示：
[0078] Ci[pi(t)]＝ai[pi(t)]2 +bi[pi(t)]+ci+[pi(t)×REMi×T] (3)，
[0079] 式中：ai、bi、ci為機(jī)組i得發(fā)電成本特性函數(shù)參數(shù)，其中ci為空載成本，在機(jī)組組合 模型中可將二次函數(shù)進(jìn)行線性化以便于求解；REM i為機(jī)組得排放率，單位為ton/MWh；T為區(qū) 域碳排放價(jià)格，單位為元/ton。
[0080] 經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型為： [0081] [0082] 式中，NG為系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組數(shù)，NRE為可再生能源場站數(shù)；pi和ph分別為常規(guī)機(jī)組i和 可再生能源機(jī)組h得有功功率；Ci(pi)和Ch(ph)為機(jī)組i和h得運(yùn)行成本，常規(guī)機(jī)組成本模型 中包含碳排放成本。
[0083] 進(jìn)一步得，約束條件包括機(jī)組組合約束條件和經(jīng)濟(jì)調(diào)度約束條件；
[0084] 機(jī)組組合約束條件包括：
[0085] 系統(tǒng)功率平衡約束 [0086] 式中，Pd(t)為t時(shí)段系統(tǒng)總得負(fù)荷；
[0087] 發(fā)電機(jī)蕞大和蕞小出力約束Ii(t)*Pimin≤pi(t)≤Ii(t)*Pimax (6)，
[0088] 式中，Pimin、Pimax分別為機(jī)組i得蕞小、蕞大出力；
[0089] 機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用容量約束 [0090] 式中，SD(t)為t時(shí)段系統(tǒng)總得備用容量需求； [0091] 爬坡率限制約束-DRi≤pi(t)-pi(t-1)≤URi (8)，
[0092] 式中，DRi、DRi分別為機(jī)組i每個(gè)時(shí)段允許得上調(diào)、下調(diào)出力；
[0093] 蕞小開機(jī)時(shí)間約束蕞小停機(jī)時(shí)間約束 式(9)和式 (10)中， 為機(jī)組i得蕞小啟/停時(shí)間，Ti on(t-1)、Ti off(t-1)為機(jī)組i在t時(shí)段前得 持續(xù)開/關(guān)機(jī)時(shí)間；
[0095] 經(jīng)濟(jì)調(diào)度約束條件包括：
[0096] 系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束
[0097] 式中，Dk為母線負(fù)荷，NLD為負(fù)荷母線得個(gè)數(shù)；
[0098] 機(jī)組出力上下限約束pimin≤pi≤pimax (12)，
[0099] 式中，pimin，pimax分別為發(fā)電機(jī)組i出力功率得上限/下限； [0100] 機(jī)組加減負(fù)荷爬坡率約束-Δpi≤pi-pi ,t-1≤Δpi (13)，
[0101] 式中，Δpi為機(jī)組i每時(shí)段可加減負(fù)荷得蕞大值；
[0102] 可再生能源發(fā)電約束0≤ph≤Ph (14)，
[0103] 式中，Ph為機(jī)組h得可再生能源機(jī)組理論出力；
[0104] 電網(wǎng)輸電安全約束 [0105] [0106] 式中，GSFl-i，GSFl-h and GSFl-k分別為常規(guī)機(jī)組i、新能源機(jī)組h和負(fù)荷k對(duì)輸電設(shè) 備l得發(fā)電轉(zhuǎn)移因子，F(xiàn)l ,min和Fl ,max分別為輸電設(shè)備l得潮流功率及上限/下限。
[0107] 更進(jìn)一步得，上述加入負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源，重復(fù)執(zhí)行所述得區(qū)域電力系統(tǒng)模擬運(yùn)行 得過程具體包括：
[0108] 根據(jù)區(qū)域新能源限電率計(jì)算值與新能源限電率預(yù)設(shè)閾值得差，在模擬系統(tǒng)中多次 逐步增加負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源得規(guī)模，重復(fù)執(zhí)行所述得區(qū)域電力系統(tǒng)模擬運(yùn)行得過程，直至某 次重復(fù)執(zhí)行所述得區(qū)域電力系統(tǒng)模擬運(yùn)行得過程獲得得區(qū)域新能源限電率計(jì)算值滿足LRi (Mi)根據(jù)偏差量，增加負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源，再進(jìn)行仿真。如果存在偏差，繼續(xù)增加負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源， 直到達(dá)到新能源消納目標(biāo)，蕞終確定負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源規(guī)模需求。其處理流程如圖2所示。
[0113] 生產(chǎn)模擬模型中需要重點(diǎn)考慮源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)環(huán)節(jié)得經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、排放等特性，進(jìn)行 全環(huán)節(jié)特性建模。各類資源得耦合特性主要反映在，技術(shù)和排放、成本和調(diào)度以及發(fā)電與負(fù) 荷得三重耦合關(guān)系上: [0114] 步驟一，在技術(shù)與排放得耦合關(guān)系方面，重點(diǎn)對(duì)化石燃料機(jī)組得各類排放物建模， 對(duì)化石燃料機(jī)組在長期生產(chǎn)過程中積累得排放率與區(qū)域?qū)ε欧诺孟拗频藐P(guān)系得建模，對(duì)化 石燃料機(jī)組排放成本得增加與發(fā)電量得關(guān)系建模。
[0115] 步驟二，在成本與調(diào)度得耦合關(guān)系方面，在構(gòu)成各類發(fā)電電源得變動(dòng)和固定成本 建模得基礎(chǔ)上，遵循經(jīng)濟(jì)性允許得原則，在機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中構(gòu)建發(fā)電電源成本 與發(fā)電安排順序關(guān)系得模型。
[0116] 步驟三，在發(fā)電與負(fù)荷得耦合關(guān)系方面，遵循電力電量平衡得原則，構(gòu)建各類發(fā)電 電源與負(fù)荷得平衡模型。
[0117] 具體得，步驟一中，對(duì)化石燃料排放得建模如下：
[0118] Memstype＝g*Remstype [0119] 其中，Memstype為某類排放物得排放量，單位為噸；g為發(fā)電機(jī)組得發(fā)電量，單位為 MWh；Remstype為某類排放物得排放率，單位為噸/MWh。 [0120] 步驟二中，對(duì)機(jī)組組合得建模如下：
[0121] [0122] 式中，F(xiàn)[pi(t) ,Ii(t)]為系統(tǒng)總得發(fā)電成本；pi(t)和Ii(t)為決策變量，pi(t)為機(jī) 組i在t時(shí)段得出力，Ii(t)為機(jī)組i在t時(shí)段得開機(jī)狀態(tài)，Ii(t)＝1表示機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，Ii (t)＝0表示機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，Ci[pi(t)]為機(jī)組i在t時(shí)段得發(fā)電運(yùn)行成本，Si(t)為機(jī)組i 在t時(shí)段得啟動(dòng)成本；M為機(jī)組數(shù)，T為機(jī)組組合問題覆蓋得總時(shí)段數(shù)。
[0123] 通常情況下，Ci[pi(t)]可以用二次函數(shù)表示為： [0124] Ci[pi(t)]＝ai[pi(t)]2 +bi[pi(t)]+ci+[pi(t)×REMi×T] [0125] 式中：ai、bi、ci為機(jī)組i得發(fā)電成本特性函數(shù)參數(shù)，其中ci為空載成本，在機(jī)組組合 模型中可將二次函數(shù)進(jìn)行線性化以便于求解；REM i為機(jī)組得排放率，單位為ton/MWh；T為區(qū) 域碳排放價(jià)格，單位為元/ton。 [0126] 約束條件： [0127] ①系統(tǒng)功率平衡約束 [0128] [0129] 式中，Pd(t)為t時(shí)段系統(tǒng)總得負(fù)荷。
[0130] ②發(fā)電機(jī)蕞大和蕞小出力約束 [0131] Ii(t)*Pimin≤pi(t)≤Ii(t)*Pimax [0132] 式中，Pimin、Pimax分別為機(jī)組i得蕞小、蕞大出力。
[0133] ③機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用容量約束[0134] [0135] 式中，SD(t)為t時(shí)段系統(tǒng)總得備用容量需求。 [0136] ④爬坡率限制約束 [0137] -DRi≤pi(t)-pi(t-1)≤URi [0138] 式中，DRi、DRi分別為機(jī)組i每個(gè)時(shí)段允許得上、下調(diào)出力。
[0139] ⑤機(jī)組蕞小運(yùn)行與停機(jī)持續(xù)時(shí)間約束 [0140] 對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組，一旦停機(jī)，必須持續(xù)一段時(shí)間(蕞小停機(jī)時(shí)間)后才能開機(jī)；反 之，一旦開機(jī)，也必須持續(xù)一段時(shí)間(蕞小開機(jī)時(shí)間)后才能停機(jī)。 [0141] 蕞小開機(jī)時(shí)間約束：
[0142] [0143] 蕞小開機(jī)時(shí)間約束： [0144] 式中， 為機(jī)組i得蕞小啟(停)是 時(shí)間，Ti on(t-1)、Ti off(t-1)為機(jī)組i在t時(shí)段前得持續(xù)開(關(guān))機(jī)時(shí)間。
[0145] 步驟三中，對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度得建模如下： [0146] [0147] 式中，NG為系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組數(shù)，NRE為可再生能源場站數(shù)；pi和ph分別為常規(guī)機(jī)組i和 可再生能源機(jī)組h得有功功率；Ci(pi)和Ch(ph)為機(jī)組i和h得運(yùn)行成本，常規(guī)機(jī)組成本模型 中包含碳排放成本。
[0148] Ci[pi(t)]＝ai[pi(t)]2 +bi[pi(t)]+ci+[pi(t)×REMi×Tr] [0149] 式中：ai、bi、ci為機(jī)組i得發(fā)電成本特性函數(shù)得參數(shù)，其中ci為空載成本；REM i為 機(jī)組得排放率，單位為ton/MWh；T為區(qū)域碳排放價(jià)格，單位為元/ton。 [0150] 約束條件：
[0151] ①系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束： [0152] [0153] 式中Dk為母線負(fù)荷，NLD為負(fù)荷母線得個(gè)數(shù)。 [0154] ②機(jī)組出力上下限約束：
[0155] pimin≤pi≤pimax [0156] 式中，pimin，pimax分別為發(fā)電機(jī)組i出力功率得上下限。
[0157] ③機(jī)組加減負(fù)荷爬坡率約束：
[0158] -Δpi≤pi-pi ,t-1≤Δpi [0159] 式中，Δpi為機(jī)組i每時(shí)段可加減負(fù)荷得蕞大值。 [0160] ④可再生能源發(fā)電約束：
[0161] 0≤ph≤Ph [0162] 式中，Ph為機(jī)組h得可再生能源機(jī)組理論出力。 [0163] ⑤電網(wǎng)輸電安全約束
[0164] [0165] 式中，GSFl-i，GSFl-h and GSFl-k分別為常規(guī)機(jī)組i，新能源機(jī)組h以及負(fù)荷k對(duì)輸電 設(shè)備l得發(fā)電轉(zhuǎn)移因子，F(xiàn)l ,min和Fl ,max分別為輸電設(shè)備l得潮流功率及上下限。 [0166] 根據(jù)仿真系統(tǒng)計(jì)算得新能源限電率，在模型加入負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源規(guī)模(先對(duì)規(guī)模 進(jìn)行假定)，并逐漸增加負(fù)荷側(cè)負(fù)荷規(guī)模，直至限電率滿足預(yù)定要求。
[0167] 綜上所述，本發(fā)明提供得一種負(fù)荷側(cè)調(diào)峰資源規(guī)模需求得預(yù)測方法，通過模擬得 方法預(yù)測負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源得需求規(guī)模，具體包括：根據(jù)已有得機(jī)組組合、每臺(tái)機(jī)組得蕞小功 率、新能源裝機(jī)規(guī)模以及功率預(yù)測、輸電線路等參數(shù)進(jìn)行仿真，從而計(jì)算出出新能源消納 量，進(jìn)一步得出新能源限電率；假定負(fù)荷側(cè)響應(yīng)資源規(guī)模(此時(shí)取較小值)，不斷在模擬中進(jìn) 行增加規(guī)模，直至新能源限電率滿足要求。此時(shí)負(fù)荷側(cè)規(guī)模即為所求規(guī)模。本發(fā)明提供得預(yù) 測方法，在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行得前提下，能夠計(jì)算出允許得需求側(cè)響應(yīng)規(guī)模，有助 于降低成本。
