一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法及装置与流程

专利检索2022-05-10  8

1.本发明属于电力系统运行调度
技术领域
:,具体涉及一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法及装置。
背景技术
::2.未来电网必将高比例接入可再生能源,风电和光伏发电出力的间歇性,导致其出力预测精度难以快速提升。按照新能源预测出力结果组织电力生产的风险将长期存在,尤其在以煤电为主的中国电力系统中,这一问题更加突出。煤电机组启动慢、存在最小技术出力约束,依赖其平衡风电、光伏等新能源出力波动存在较大的局限性:若煤电开机量过多造成大量弃风弃光,会引起清洁能源资源的极大浪费;反之,若煤电机组开机或调节速率不足,导致调节跟不上可再生能源的快速波动,将引起停电风险。因此,如何有效平衡新能源波动,促进新能源的有效消纳是新能源发电进一步发展亟待解决的主要问题。在保证电网安全性、可靠性的同时,降低弃风、弃光率成为促进新能源持续发展的重要任务。这就要求,在新能源并网后,能够对电网进行合理的运行规划,协调好新时期电力系统的可靠、经济、清洁运行。3.以保证电网安全为前提条件,为促进风/光新能源的消纳,针对由于新能源并网可能出现的风险场景,提出电网中期运行规划算法,充分挖掘灵活启停火电机组的备用价值,在运行规划中计及火电的启停,降低风险控制成本。现阶段,对于防控停电风险即应急备用参与上调的优化方法的研究很多。但与此同时,国家对于弃新能源的指标规定需要降低弃新能源,而降低弃新能源恰好与防控停电风险的措施矛盾,若是为有效防控停电风险备用投入过多会导致弃新能源,若是为促进新能源消纳而备用措施投入不足可能会导致停电风险,在电力系统的备用优化配置过程中协调防控新能源和停电风险是亟待展开的研究。技术实现要素:4.本发明的目的在于提供一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法及装置,有效解决风险防控的上、下调备用措施难以协同考虑的问题。5.为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:6.一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法,包括:7.对当前电力系统中的备用措施进行可行性评估;8.根据可行性评估结果生成上、下调备用措施库;9.基于代价性能比指标对上、下调备用措施库中的备用措施进行排序;10.分别从上、下调备用措施库中选择排在首位的上、下调备用措施,并计算选中的上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险;11.基于上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量选择备用措施并投入,直至计算完成整个调度周期。12.进一步的,对当前电力系统中的备用措施进行可行性评估,包括:13.如果满足下述约束条件,则当前已投入运行的备用措施可参与下调:14.ti.off.t>ti.off.min;15.其中,ti.off.t为备用措施i在决策点t时刻之前维持非出力状态的时间,ti.off.min为备用措施i的最小连续非出力时间;16.如果满足下述约束条件,则当前未投入运行的备用措施可参与上调:17.ti.on.t>ti.on.min;18.其中,ti.on.t为备用措施i在决策点t时刻前的连续出力时间,ti.on.min为备用措施i的最小连续出力时间。19.进一步的,还包括,20.根据调度周期划分调度窗口,在调度窗口内按时刻划分决策点。21.进一步的,将可参与上调的备用措施放入上调备用措施库,将可参与下调的备用措施放入下调备用措施库。22.进一步的,对备用措施进行排序是指,23.上调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从小到大排序;下调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从大到小排序。24.进一步的,25.上调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0026][0027]其中,cprs.m.i表示不确定风险场景s下上调备用措施mi的代价性能比指标,con.m.i表示上调备用措施mi出力成本,cup.m.i表示上调备用措施mi的升级成本,升级是指从热态升级到旋转态,uloads表示不确定风险场景s下的平均负荷率,lenwd表示调度窗口的长度,δt表示单位决策点的时长;[0028]下调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0029][0030]其中,cprs.n.i表示不确定风险场景s下下调备用措施ni的代价性能比指标,con.n.i表示下调备用措施ni出力成本,cdn.n.i表示下调备用措施ni的降级成本,降级是指从旋转态降级到热态。[0031]进一步的,所述不确定风险场景根据中期预测信息生成。[0032]进一步的,调度窗口内的风险计算如下:[0033][0034]其中,rs.j表示不确定风险场景s中j决策点的风险,ρab为单位弃新能源成本,atables.j为在不确定风险场景s中j决策点在后续调度窗口内的总弃新能源量,ρbl为单位停电防御成本,btables.j为在不确定风险场景s中j决策点在后续调度窗口内的总停电量,nt为调度窗口内的优化时段数,ni表示机组个数,uk.i为调控机组i的启停状态,1表示签约,0表示未签约,ρe.i为参与调控机组i的电量成本,pout.i.s.t为调控机组i在不确定风险场景s中t时刻的发电量,ρup.i为调控机组i的单位启动成本,pmax.i为调控机组i的最大出力,ρdn.i为调控机组i的单位关停成本。[0035]进一步的,基于上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量选择备用措施并投入,包括:[0036]判断上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量是否在阈值内,[0037]若超出阈值,则根据风险变化量比较上、下调备用措施投入后的风险改善情况,选中风险改善更优的备用措施投入,并更新当前点决策表以及上、下调备用措施库,然后继续对当前决策点进行优化计算;[0038]若均在阈值内,则调度窗口后移一个时刻,对下一决策点进行优化计算;[0039]所述点决策表记录每个时刻出力机组以及出力大小,更新时,将下调机组剔除,将上调机组写入。[0040]本发明另一方面提供一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划装置,包括:[0041]评估模块,用于对当前电力系统中的备用措施进行可行性评估;[0042]存储模块,用于根据可行性评估结果生成上、下调备用措施库;[0043]排序模块,用于基于代价性能比指标对上、下调备用措施库中的备用措施进行排序;[0044]计算模块,用于分别从上、下调备用措施库中选择排在首位的上、下调备用措施,并计算选中的上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险;[0045]以及,[0046]筛选模块,用于基于上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量选择备用措施并投入。[0047]进一步的,所述评估模块具体用于,[0048]如果满足下述约束条件,则当前已投入运行的备用措施可参与下调:[0049]ti.off.t>ti.off.min;[0050]其中,ti.off.t为备用措施i在决策点t时刻之前维持非出力状态的时间,ti.off.min为备用措施i的最小连续非出力时间;[0051]如果满足下述约束条件,则当前未投入运行的备用措施可参与上调:[0052]ti.on.t>ti.on.min;[0053]其中,ti.on.t为备用措施i在决策点t时刻前的连续出力时间,ti.on.min为备用措施i的最小连续出力时间。[0054]进一步的,所述排序模块具体用于,[0055]上调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从小到大排序;下调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从大到小排序;[0056]其中,上调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0057][0058]其中,cprs.m.i表示不确定风险场景s下上调备用措施mi的代价性能比指标,con.m.i表示上调备用措施mi出力成本,cup.m.i表示上调备用措施mi的升级成本,升级是指从热态升级到旋转态,uloads表示不确定风险场景s下的平均负荷率,lenwd表示调度窗口的长度,δt表示单位决策点的时长;[0059]下调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0060][0061]其中,cprs.n.i表示不确定风险场景s下下调备用措施ni的代价性能比指标,con.n.i表示下调备用措施ni出力成本,cdn.n.i表示下调备用措施ni的降级成本,降级是指从旋转态降级到热态。[0062]进一步的,所述筛选模块具体用于,[0063]判断上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量是否在阈值内,[0064]若超出阈值,则根据风险变化量比较上、下调备用措施投入后的风险改善情况,选中风险改善更优的备用措施投入,并更新当前点决策表以及上、下调备用措施库,然后继续对当前决策点进行优化计算;[0065]若均在阈值内,则调度窗口后移一个时刻,对下一决策点进行优化计算;[0066]所述点决策表记录每个时刻出力机组以及出力大小,更新时,将下调机组剔除,将上调机组写入。[0067]本发明与现有技术相比,其有益效果为:[0068]本发明通过在设定的调度窗口内,基于代价性能比指标,从功率上调、下调措施库中优选各类备用措施,改善调度窗口内的风险;本发明能够综合协调防控弃新能源以及停电风险,能自适应的在每个时刻选中对后续调度窗口内风险改善最优的备用措施决策,有效解决风险防控的上、下调备用措施难以协同考虑的问题,具有创新性和实用性。附图说明[0069]图1为本发明的协调防控弃新能源和停电风险的中期运行规划方法流程图。具体实施方式[0070]下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。[0071]本发明的一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法,包括:[0072]将当前电力系统中的备用措施进行可行性评估;[0073]根据可行性评估结果生成上、下调备用措施库;[0074]基于代价性能比指标对上、下调备用措施库中的备用措施进行排序;[0075]分别从上、下调备用措施库中选择最优的上、下调备用措施,计算选中的上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险;[0076]基于上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量投入备用措施,直至计算完成整个调度周期。[0077]作为本发明的一个优选实施方式,一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划方法,参见图1,具体实施过程如下:[0078]步骤1,基于包括但不限于一周的中期预测信息,生成不确定风险场景;读取初始决策,若没有初始决策输入,生成初始决策;并设定调度窗口长度。[0079]其中,中期预测信息包括新能源的预测出力以及各种出力情况的概率、负荷预测出力。根据预测结果,利用负荷减去新能源得到不确定风险场景。[0080]调度窗口内,决策点按时刻划分,每15分钟设立一个决策点。初始决策根据每个机组的代价性能比指标的计算,依次比较选中指标数据最优的机组,参与出力,直到满足当前点的出力需求。决策内容就是参与出力的机组编号以及机组出力。[0081]步骤2,将当前电力系统中的备用措施进行可行性评估,[0082]在满足约束条件下,已投入运行的备用措施判断当前决策点能否下调,未投入运行的备用措施判断当前决策点能否上调。备用措施可行性判断如下:[0083](1)上调备用措施可行性评估(启机时间间隔约束)[0084]ti.off.t>ti.off.min[0085]ti.off.t为备用措施i在决策点t时刻之前维持非出力状态的时间;ti.off.min为备用措施i的最小连续非出力时间。[0086](2)下调备用措施可行性评估(最小出力时间约束)[0087]ti.on.t>ti.on.min[0088]ti.on.t为备用措施i在决策点t时刻前的连续出力时间(对应可中断负荷则为中断时间,以下类同);ti.on.min为备用措施i的最小连续出力时间。[0089]步骤3,根据评估结果生成上、下调备用措施库,可参与上调的备用措施放入上调备用措施库,可参与下调的备用措施放入下调备用措施库。[0090]步骤4,基于代价性能比指标对上、下调备用措施库中的备用措施进行排序;[0091]上调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从小到大排序;下调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从大到小排序。[0092]为减少弃新能源,优化下调备用措施容量,选中成本高风险降低效果不佳的备用措施即代价性能比指标大的措施进行下调;为降低停电风险,需要上调备用措施容量,选中成本低风险降低效果明显的备用措施即代价性能比指标小的措施进行上调。应急备用措施i的代价性能比指标计算为:[0093](1)上调备用措施的代价性能比指标[0094][0095]式中,cprs.m.i表示不确定风险场景s下上调备用措施mi的代价性能比指标;con.m.i表示上调备用措施mi出力成本(发电成本);cup.m.i表示上调备用措施mi的升级成本,从热态升级到旋转态;uloads表示场景s下的平均负荷率;lenwd表示调度窗口的长度;δt表示单位决策点的时长。[0096](2)下调备用措施的代价性能比指标[0097][0098]式中,cprs.n.i表示场景s下下调备用措施ni的代价性能比指标;con.n.i表示下调备用措施ni出力成本(发电成本);cdn.n.i表示下调备用措施ni的降级成本,从旋转态降级到热态;uloads表示场景s下的平均负荷率;lenwd表示调度窗口的长度;δt表示单位决策点的时长。[0099]步骤5,选中排序后的上、下调备用措施库中最优的(即排在第一个)上、下调备用措施,分别计算选中的上、下调备用措施投入前后窗口内的风险,计算公式如下:[0100][0101]其中,s,j,t,i分别表示当前新能源预测场景编号、当前决策点编号、优化时段编号(调度窗口内的优化时段)以及机组编号,nt为调度窗口内的优化时段数,ni表示机组个数;ρab为单位弃新能源成本;atables.j为在场景s中j决策点在后续调度窗口内的总弃新能源量;ρbl为单位停电防御成本;btables.j为在场景s中j决策点在后续调度窗口内的总停电量;uk.i为调控机组i的启停状态,1表示签约,0表示未签约;ρe.i为参与调控机组i的电量成本;pout.i.s.t为机组i在场景s中t时刻的发电量;ρup.i为调控机组i的单位启动成本,灵活性机组和已经启动的火电机组该值为0;pmax.i为调控机组i的最大出力;ρdn.i为调控机组i的单位关停成本,灵活性机组和未启动的火电机组该值为0。[0102]步骤6,判断备用措施投入前后风险变化量是否在阈值内。若超出阈值,比较上、下调备用措施的风险改善情况,选中风险改善更优的措施(根据风险计算值确定),并更新当前点决策表以及上、下调备用措施库,然后回到步骤2,根据更新后的决策和上、下调备用措施库重新对备用措施进行可行性评估,继续对当前决策点进行优化。[0103]若在阈值内,继续调整当前点决策表调度窗口内风险也无明显变化,则转入步骤7。[0104]其中,点决策表记录每个时刻出力机组以及出力大小,若是调整了措施,需及时更新,将下调(关停)机组剔除,将上调(启动)机组写入。[0105]步骤7,调度窗口后移一个时刻,然后返回步骤1对下一决策点进行优化。随着调度窗口后移,依次在调度窗口内对每个决策点进行优化,直到窗口越出调度周期,优化结束,生成整个调度周期的调控预案。[0106]作为本发明的另一个优选实施方式,提供一种协调防控弃新能源和停电风险的旋转备用容量中期规划装置,包括:[0107]评估模块,用于对当前电力系统中的备用措施进行可行性评估;[0108]存储模块,用于根据可行性评估结果生成上、下调备用措施库;[0109]排序模块,用于基于代价性能比指标对上、下调备用措施库中的备用措施进行排序;[0110]计算模块,用于分别从上、下调备用措施库中选择排在首位的上、下调备用措施,并计算选中的上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险;[0111]以及,[0112]筛选模块,用于基于上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量选择备用措施并投入。[0113]本发明实施例中,评估模块具体用于,[0114]如果满足下述约束条件,则当前已投入运行的备用措施可参与下调:[0115]ti.off.t>ti.off.min;[0116]其中,ti.off.t为备用措施i在决策点t时刻之前维持非出力状态的时间,ti.off.min为备用措施i的最小连续非出力时间;[0117]如果满足下述约束条件,则当前未投入运行的备用措施可参与上调:[0118]ti.on.t>ti.on.min;[0119]其中,ti.on.t为备用措施i在决策点t时刻前的连续出力时间,ti.on.min为备用措施i的最小连续出力时间。[0120]本发明实施例中,排序模块具体用于,[0121]上调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从小到大排序;下调备用措施库内的备用措施基于代价性能比指标从大到小排序;[0122]其中,上调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0123][0124]其中,cprs.m.i表示不确定风险场景s下上调备用措施mi的代价性能比指标,con.m.i表示上调备用措施mi出力成本,cup.m.i表示上调备用措施mi的升级成本,升级是指从热态升级到旋转态,uloads表示不确定风险场景s下的平均负荷率,lenwd表示调度窗口的长度,δt表示单位决策点的时长;[0125]下调备用措施基于代价性能比指标计算为:[0126][0127]其中,cprs.n.i表示不确定风险场景s下下调备用措施ni的代价性能比指标,con.n.i表示下调备用措施ni出力成本,cdn.n.i表示下调备用措施ni的降级成本,降级是指从旋转态降级到热态。[0128]本发明实施例中,筛选模块具体用于,[0129]判断上、下调备用措施投入前后调度窗口内的风险变化量是否在阈值内,[0130]若超出阈值,则根据风险变化量比较上、下调备用措施投入后的风险改善情况,选中风险改善更优的备用措施投入,并更新当前点决策表以及上、下调备用措施库,然后继续对当前决策点进行优化计算;[0131]若均在阈值内,则调度窗口后移一个时刻,对下一决策点进行优化计算;[0132]其中,点决策表记录每个时刻出力机组以及出力大小,更新时,将下调机组剔除,将上调机组写入。[0133]值得指出的是,该装置实施例是与上述方法实施例对应的,上述方法实施例的实现方式均适用于该装置实施例中,并能达到相同或相似的技术效果,故不在此赘述。[0134]本领域内的技术人员应明白,本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd‑rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。[0135]本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0136]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0137]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0138]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
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