新能源并网下电力系统逐日运行模拟仿真方法与流程

本发明涉及电力系统调度运行模拟技术领域，尤其是一种新能源并网下电力系统逐日运行模拟仿真方法。

背景技术：

近年来，随着电力系统规模的不断增加，风电、太阳能等间歇性能源的加入，大规模跨流域多级水电站的建设，核电、抽水蓄能电站、燃气轮机等多种类型电源的接入以及电网远距离交直流混合输电的格局等因素都极大增加了电网运行的复杂度。如何在复杂电源电网环境下优化系统运行，提高系统的节能经济性、降低系统排放强度成为电网规划面临的重要问题。电网的运行优化涉及系统调峰、复杂电源结构协调、线路断面潮流安全等多方面的因素，针对典型运行方式的分析往往仅能实现对系统安全性的评价，而对于系统能耗、成本以及排放而言过于粗略，需要对电网长时间范围内的运行模拟才能够精细化评价不同调度运行方案的节能性、经济性以及碳排放强度。电网系统调度运行模拟是电力系统一类重要的分析技术，其原理是：根据电力系统电网规划方案及电源装机规划，结合系统负荷预测、一次能源情况形成电力系统运行边界条件，选择一定的调度目标，在一系列运行约束下模拟系统一段时间的运行过程，根据系统运行模拟结果评估系统规划方案或系统运行方式。在大规模新能源接入的新形势下，传统的电力规划决策思路与方法难以全面的考虑系统面临的各种运行方式。这客观上要求电力规划方案的评估须站在规划的角度精细化再现系统未来运行的情况，利用运行“模拟”的结果作为电力规划决策的重要依据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供新能源并网下电力系统逐日运行模拟仿真方法，实现多种类型的机组、多种约束条件以及多种调度运行方式的模拟。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

新能源并网下电力系统逐日运行模拟仿真方法，包括：确定系统发电成本最低的运行优化目标，建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型。

进一步地，所述确定系统发电成本最低的运行优化目标的目标函数为：

式中：t为优化周期内时段总数；c(p^t)为各类型机组t时段输出功率为p^t时的运行成本，下标c、f、h、p、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、抽蓄、新能源；cw为切除新能源成本；为t时段切新能源功率；为t时段切负荷功率；vd为各节点切负荷损失；cf、cc为机组启停费用；θ、η、γ为加权系数。

进一步地，所述建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型，具体包括：考虑火电机组调峰深度以及日内是否可启停，建立火电机组的运行约束特性；考虑预测值控制出力在预测值或者以下的范围内运行，建立新能源的运行约束特性；考虑日内担当抽水蓄能调峰或担当备用，建立抽水蓄能运行约束特性；建立正负备用率运行约束。

进一步地，所述考虑火电机组调峰深度以及日内是否可启停，建立火电机组的运行约束特性，具体包括：火电机组的技术出力约束主要包括：火电机组出力上下限、火电机组爬坡约束以及火电机组最小开停机时间约束，

式中：pcmin,pcmax,pfmin,pfmax分别为机组最小出力与最大出力；ic为日内不可启停机组状态变量，为日内可启停机组t时段状态变量；为机组最小开机、关机时间约束；分别为机组下爬坡、上爬坡速率。

进一步地，所述考虑预测值控制出力在预测值或者以下的范围内运行，建立新能源的运行约束特性，具体包括：新能源模拟出力作为其最大可发电出力并在日运行模拟模型中引入切除新能源机制，使模型在系统无法提供调峰容量，系统备用容量不足或新能源送出受阻情况下切除部分可再生能源出力，约束方程为

式中：为t时段新能源出力；为t时段切新能源功率。

进一步地，所述考虑水电发电效益与调峰效益，建立水电运行约束特性，具体包括：水电以及抽蓄出力约束为：

式中：phmin,phmax为水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束；qhydro为水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束，若优化结果等式不成立，则说明水电出现弃水，弃水折算为电量为pp,pump,pp,gen为抽蓄机组单位时段最大抽水量与发电量，第三行表示抽蓄机组出力上下限约束；为描述抽蓄机组t时段抽水或发电的状态变量，第四行表示抽蓄机组抽水与发电状态互斥约束；λp为抽蓄机组的效率，第五行表示抽蓄机组每日抽水量与发电量平衡约束。

进一步地，所述建立正负备用率运行约束，具体包括：备用约束可表示为：

式中：d^t为t时段的负荷；分别为t时段的正备用率与负备用率；约束第一行表示正备用约束，第二行表示负备用约束。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明在短期阶段日运行模拟中，考虑南方电网的一系列运行约束与调度规则，进行考虑多类型电源相互协调的适应于南网电网的机组组合，实现对南方电网长时间运行层面进行精细化的逐日小时级连续的“全景”模拟，建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型，实现多种类型的机组、多种约束条件以及多种调度运行方式的模拟。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

新能源并网下电力系统逐日运行模拟仿真方法，包括：确定系统发电成本最低的运行优化目标，建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型。

确定系统发电成本最低的运行优化目标的目标函数为：

式中：t为优化周期内时段总数；c(p^t)为各类型机组t时段输出功率为p^t时的运行成本，下标c、f、h、p、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、抽蓄、新能源；cw为切除新能源成本；为t时段切新能源功率；为t时段切负荷功率；vd为各节点切负荷损失；cf、cc为机组启停费用；θ、η、γ为加权系数。

建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型，具体包括：考虑火电机组调峰深度以及日内是否可启停，建立火电机组的运行约束特性；考虑预测值控制出力在预测值或者以下的范围内运行，建立新能源的运行约束特性；考虑日内担当抽水蓄能调峰或担当备用，建立抽水蓄能运行约束特性；建立正负备用率运行约束。

考虑火电机组调峰深度以及日内是否可启停，建立火电机组的运行约束特性，具体包括：火电机组的技术出力约束主要包括：火电机组出力上下限、火电机组爬坡约束以及火电机组最小开停机时间约束，

式中：pcmin,pcmax,pfmin,pfmax分别为机组最小出力与最大出力；ic为日内不可启停机组状态变量，为日内可启停机组t时段状态变量；为机组最小开机、关机时间约束；分别为机组下爬坡、上爬坡速率。

新能源与常规能源的区别在于其出力随机多变、不可控。在调度运行中，仅根据日前预测值控制出力在预测值或者以下的范围内运行；同时根据电网运行节能、环保的要求，在电网能够接纳的情况下要求新能源全额上网。本实施例对新能源的建模中将新能源模拟出力作为其最大可发电出力并在日运行模拟模型中引入切除新能源机制，使模型在系统无法提供调峰容量，系统备用容量不足或新能源送出受阻情况下切除部分可再生能源出力，约束方程为

式中：为t时段新能源出力；为t时段切新能源功率。

考虑水电发电效益与调峰效益，建立水电运行约束特性，具体包括：水电以及抽蓄出力约束为：

式中：phmin,phmax为水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束；qhydro为水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束，若优化结果等式不成立，则说明水电出现弃水，弃水折算为电量为pp,pump,pp,gen为抽蓄机组单位时段最大抽水量与发电量，第三行表示抽蓄机组出力上下限约束；为描述抽蓄机组t时段抽水或发电的状态变量，第四行表示抽蓄机组抽水与发电状态互斥约束；λp为抽蓄机组的效率，第五行表示抽蓄机组每日抽水量与发电量平衡约束。

建立正负备用率运行约束，具体包括：备用约束可表示为：

式中：d^t为t时段的负荷；分别为t时段的正备用率与负备用率；约束第一行表示正备用约束，第二行表示负备用约束。

上述对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。