一种计及区域差异的风电消纳能力评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种计及区域差异的风电消纳能力评估方法，属风电经济规划技术领 域。
【背景技术】
[0002] 国外现有风电场大多装机规模较小，消纳方式为分散接入配电网。如果为风电大 规模并网，则需要网架结构足够坚强。例如，由于丹麦电网的电量交易平台非常完善，它的 东部电网可以与瑞典、挪威等（北欧电网）进行电力交易，它的西部电网经由德国同欧洲互 联电网进行电力交易。因此，丹麦风电接入后的电力电量平衡可以通过与北欧电网和欧洲 电网互联实现，这也使得丹麦成为世界上风电装机在总电力装机中所占比重最大的国家。
[0003] 风电的大规模并网需要其它电源的支持与协调。北欧电网中总装机的50%为水 电，水电具有很好的调峰特性，因此丹麦可以使用北欧的水电进行大范围调峰。北欧风电占 电力总装机的5%，其中丹麦风电占北欧风电总装机的2/3。风电和燃气电站为美国电力总 装机中主要部分，燃气电站具有可以灵活调节的特点，为风电快速发展提供了保障。电网中 的电源结构，在一定程度上决定了电网可接纳的风电的总装机容量。
[0004] 由于风能资源主要分布于远离负荷中心地区，主要通过高电压等级的线路输送到 负荷中心。德国风能协会预计到2020年北海与波罗的海的海上风电装机总容量将达到 1000万千瓦，规划通过直流输电送到负荷中心。西班牙待开发的风能资源集中在南部和北 部的沿海地区，风场以大规模开发为主，由于远离负荷中心，风电需要大规模跨地区输送。 因此，西班牙电网需要加强骨干网架。
[0005] 我国风电发展面临的主要问题及解决方法：
[0006] (1)风能区缺乏详细的风资源数据，风能资源的分布情况需要进行详细的调查与 分析，然后进行风电场的选址工作。（2)风能资源的开发缺少总体规划，存在无序与随意现 象。（3)风力发电产业链不完整，不利于调动电网企业消纳风能电力的积极性，从而影响风 电规模发展。（4)我国的能源结构决定了我国电力总装机主要为火力发电机组，其中供热机 组占了其中的20%，这使得电网的调峰主要依靠少部分水电、燃气机组。由于风资源的随机 性和不可调性，风电机组没有调节能力。当风电大规模接入电力网络后，如果接入的水电机 组所占比例较小，只依靠速度较慢的火力发电机组，很难保障系统的暂态稳定性。（5)我国 风能资源主要分布于电网薄弱地区，远离负荷中心。这些地区主网架薄弱消纳风电的能力 有限。在进行风电规划时，首先要进行大规模风电接入电网的网架适应性能力研究。我国 有功功率主要依靠分省分区的区内平衡为主，风电接入电网后可以考虑省内消纳或省外消 纳，因此，就要分析省内负荷的消纳能力，以及省间断面的交换功率。把风电的接入容量，纳 入到电网规划中，使得网架能适应风电的大规模、远距离交换。
[0007] 随着风电容量的进一步增长，风电场对电网扰动的敏感性及可能产生的后果越来 越严重。需要把风力发电当作常规电厂。NERC(North American Electric Reliability Corporation)北美可靠性管理组织委员会的规划委员会提出，电力规划人员在进行电力系 统规划时，必须考虑波动性电源的影响，并设计和开发出必要的实践和方法来维持大系统 的长期可靠性。风力发电由于具有间歇性和波动性，一般认为只有能量价值而没有容量价 值，但在风电场并网后电力系统的发电可靠性会有所提升，这表明风力发电也具有一定的 容量价值，如何衡量其置信容量是大规模风电场接入电网时需要考虑的问题之一。因此，在 风电大规模接入系统时，找到可靠、准确的方法来计算波动性电源的容量置信度水平变得 非常重要。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是，为了在风电大规模接入系统时，找到可靠、准确的方法来计算波 动性电源的容量置信度水平，本发明提出一种计及区域差异的风电消纳能力评估方法。
[0009] 实现本发明的技术方案是，根据能量管理系统（EMS)中的已投运风电场出力小时 数据、风电场区域测风塔风资源数据、所在区域电网结构、运行、规划等数据，通过计算确定 反映消纳风电的风荷匹配度、网络接纳度、规划适应度指标，然后根据这些指标，利用综合 熵权法和专家打分法，得到风电出力区域性置信容量RCCWP的计算值；通过在计算参数中 叠加小增量的方法，求得置信容量对各参数增量的变化量，判断RCCWP对风荷匹配度的敏 感程度、RCCWP对网络接纳度的敏感程度和RCCWP对规划适应度的敏感程度，得出提高区域 消纳风电的计算方法。
[0010] 计算事先做如下假定，将区域内风电场的额定容量构成向量{Cap}，区域内共有η 座风电场。
[0011] 本发明包含以下几个步骤，本发明方法计算RCCWP的流程如图1所示：
[0012] (1)风荷匹配度、网络接纳度、规划适应度指标的确定；
[0013] (2)风电出力区域性置信容量 RCCWP (Regional Confidence Capacity of Wind Power)的确定，采用综合考虑熵权法和专家打分法来计算RCCWP ;
[0014] (3)置信容量对风荷匹配度、网络接纳度、规划适应度的敏感程度的确定。
[0015] 所述风荷匹配度确定如下：
[0016] 将区域内第i座风电场出力和区域负荷全年数据，以小时为时间t的单位，分别构 成向量Farmjt)和Load(t);把第i座风电场出力向量Farmjt)以其最大值进行标幺化， 得到计算向量farmjt);同样的，把负荷向量Load(t)以其最大值进行标幺化，得到计算向 量load(t);根据风电场出力计算向量和负荷计算向量，得到区域风荷匹配度Fit(i):
[0020] 其中，CovKarnii，load)为计算向量风电出力与负荷的协方差，vAKarnii)为计算 向量风电出力farmjt)的方差，D(load)为计算向量负荷load(t)的方差，它们的计算方法 如下：
[0024] 所述网络接纳度确定如下：
[0025] 将区域内第i座风电场的可能损失负荷构成向量Lossy和Loss ii2，其中Lossy 代表第i座风电场因区域电网发生任意单一元件故障损失的负荷，Loss1i2代表第i座风电 场因区域电网发生任意两个元件故障损失的负荷；将向量L〇SSlil和Loss 1ι2除以第i座风 电场的额定容量Cap;，可得反映故障对风电负荷影响的比率向量lossy和loss ii2;定义cl 和c2为相应于单一故障和两个元件故障的权重系数，得到区域网络接纳度Ack (i):
[0029] 所述规划适应度确定如下：
[0030] 将规划期末的区域内第i座风电场的可能损失负荷构成向量PL〇SSlil和PLoss 1i2， 其中PL〇SSlil代表第i座风电场因区域电网发生任意单一元件故障损失的负荷，PLoss 1ι2代 表第i座风电场因区域电网发生任意两个元件故障损失的负荷；通过以上负荷损失向量， 可计算出规划影响负荷损失度的向量plossu和ploss ii2;同样的，定义cl和c2为相应于 单一故障和两个元件故障的权重系数，得到区域规划适应度指标Ipr(i):
[0034] 所述风电出力区域性置信容量RCCWP计算包括风电出力置信容量评估的熵权向 量和风电出力区域性置信容量RCCWP ;
[0035] 所述风电出力置信容量评估的熵权向量由以下公式计算：
[0036] 评价预矩阵
[0037] 由于各评估指标量纲可能不一致，无法对这些指标进行直接比较；因此在进行评 估之前，需要对评价矩阵中指标数据进行标准化处理；熵权法在标准化处理时，通常把这些 指标分为效益型和成本型2类；一般，效益型指标值越大越好，成本型指标值越小越好；
[0038] 评价矩阵
[0039] 其中Pj (i，...）代表Pj矩阵中第i行；
[0040] 第i个风电场消纳能力指标的熵为：
[0043] 并假定若 pj (i, j) = 0 时，pj (i, j) · ln(pj (i, j)) = 0。
[0044] 第i个风电场消纳能力指标的熵权为：
[0046] 专家赋权向量E (3 X 1)，可由图1所示的流程图中的方法得出。
[0047] 所述风电出力区域性置信容量RCCWP，可由以下计算公式得出：
[0049] 所述RCCWP对风荷匹配度的敏感程度确定：
[0050] 根据分析特点构建所需扰动向量DFit，设ε为扰动控制系数，推荐选择在 0.01-0. 05之间，扰动向量DFit需满足以下条件：
[0052] 更新风荷匹配度向量Fit，Fit = Fit+DFit (20)
[0053] 利用更新后的Fit向量以及原Ack向量和Ipr向量，重复第二步可得新的RCCWP 的值，定义为RCCWPLF，则该项指标的敏感程度可用以下式计算：
[0055] 该项指标一般为正值，代表风荷匹配度提升会增强区域电网消纳风能的能力。
[0056] 所述RCCWP对网络接纳度的敏感程度确定：
[0057] 根据分析特点构建所需扰动向量DAck，设ε为扰动控制系数，推荐选择在 0. 01-0. 05之间，扰动向量DAck需满足以下条件：
)
[0059] 更新网络接纳度向量Ack，Ack = Ack+DAck (23)
[0060] 利用更新后的Ack向量以及原Fit向量和Ipr向量，重复第二步可得新的RCCWP 的值，定义为rccwpla，则该项指标的敏感程度可用以下式计算：
[0062] 该项指标一般为正值，代表网络接纳度提升会增强区域电网消纳风能的能力。
[0063] 所述RCCWP对规划适应度的敏感程度确定：
[0064] 根据分析特点构建所需扰动向量DIpr，设ε为扰动控制系数，推荐选择在 0. 01-0. 05之间，扰动向量DIpr需满足以下条件：
[0066] 更新规划适应度向量Ipr，Ipr = Ipr+DIpr (26)
[0067] 利用更新后的Ipr向量以及原Fit向量和Ack向量，重复第二步可得新的RCCWP 的值，定义为RCCWPL:，则该项指标的敏感程度可用以下式计算：
[0069] 该项指标一般为正值，代表规划适应度提升会增强区域电网消纳风能的能力。
[0070] 以上指标系数越大，该指标对区域的风电消纳能力变化的贡献越大，其物理意义 是改善负荷特性、提升网架、建设外送通道都能促进风电消纳。
[0071] 本发明的有益效果是，本发明根据已投运风电场出力小时数据、风电场区域测风 塔风资源数据、所在区域电网结构、运行、规划等数据，计算确定反映消纳风电的风荷匹配 度、网络接纳度