一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算方法，属于含风电的电网调 度领域。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种技术较为成熟的可再生能源，具有极其广阔的发展前景，在未来，我 国风电将由目前的补充能源逐步上升为一种替代能源乃至主导能源。但是，风电出力不可 控，且具有随机性、波动性和反调峰特性，其大规模接入电力系统，将会对系统的调峰平衡 带来显著负面影响，而这种影响又反过来成为制约风电发展的瓶颈一，因此，研宄风电的穿 透功率极限的求解以及提高系统穿透功率极限的方法具有重要的理论和实际义。
[0003] 目前，平抑风电出力对电力系统的影响的方法是通过发电侧来调节。例如：改变 风机转速或者调节桨距角来改变出力；或者利用其它能源与风电功率出力互补然后接入电 网，其中主要方法是风电和水电联合调度和"风火打捆外送"等方法，但这些方法没有考虑 负荷侧对消纳风电做出的贡献，消纳能力依然有限，不光存在弃风现象同时还需要建设大 量的调峰电源，间接推高风电接入成本，并且计算结果较为保守。因此提高风电穿透功率不 能仅仅从发电侧和输电侧考虑，还应考虑通过需求侧抑制风电波动与反调峰特性，进而提 高风电穿透功率极限。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算 方法，通过源荷侧的同时控制来提升电网消纳风电能力，可以提高风电接入率，从而接入更 大的风电容量。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :风电有功出力模型的建立：
[0008] -般风速分布可以用威布尔分布曲线形容，其概率密度函数可以表达为：
[0010] 式中：k为决定分布曲线形状的参数，C为决定平均风速尺度分布的参数；
[0011] 风速V与风电出力Pw之间的关系：
[0013] 式中为额定功率；V^为额定风速；Vin为切入风速；Vtjut为切出风速，式（1)、式 (2)中各参数如表1所示：
[0014] 表1风能参数示例
[0015]
[0016] 步骤2 :建立需求侧响应模型：
[0017] 其具体步奏如下：
[0018] 步骤2. 1 :利用经济学中的需求价格弹性理论定义电量电价的自弹性系数为：
[0020] 式中：Aq和Ap分别表示电量q和电价p的相对增量；
[0021] 然后借鉴节点导纳矩阵中的自导纳和互导纳的概念引入自弹性系数和交叉弹性 系数的概念：
[0028] 步骤2.2 :针对某些电力大用户的实际负荷曲线数据，通过C-均值聚类分析可以 将负荷类型进行分类，并对其做简化处理，将所有用户近似视为一般用户，即对电价不是太 敏感，其弹性系数较小，如：
[0030] 对电量电价矩阵进行简化求取：
[0031] 假设：
[0032] e H= ￡ 22= ? ? ? = ￡ nn= ￡ 0
[0033] e12= e 23 = . . . = ￡ (n-l)n= ￡ I
[0034] e 13= e 24= ? ? ? = e (n-2)n= e 2
[0035] ...... (8)
[0036] e 21= e 32= ? ? ? = e n(n-I) = e -I
[0037] ￡3i= ￡ 42 = ? ? ? = ￡ n(n-2) = ￡ -2
[0038] ......
[0039] 说明在给定的时间间隔I下，任意时刻i的电价对时刻（i+1)的同一类电能消费 具有相同的影响；
[0040]贝Ij :
[0044]i= 1，? ? ?，n，0 <m〈n
[0045] 式中：pi+1表示距离i时刻为1的时刻的电价，ei为与其对应的弹性系数，m表示 对i时刻的用电量有影响的时刻的时间范围；
[0046] 当实际操作时，可以按照时段为单位计算，也采用以月或天为单位；
[0047] 步骤3:确定风力发电的穿透极限的表达式。将风力发电接入电力系统后，不考虑 风力发电注入系统后所带来的有功功率损耗变化，对于电力系统有：
[0049]式中：Pw(t)为风力发电在t时刻的出力；PutSt时刻系统中所有常规发电机组的
[0050] 在t时刻，风电的输出功率与其装机容量有如下关系：
[0051]Pw(t) =Pwc ?pw(t) (12)
[0052] 式中：PW。为风力发电的装机容量；pw(t)为风力发电输出功率的标幺值关于时刻t 的函数；
容量及与之对应的风电穿透功率极限；
[0056]综上，得到t时刻风力发电的穿透功率极限为
[0058] 式中：Pmx为电力系统通过负荷响应所能达到的最大负荷；
[0059] 为保证电力系统的安全稳定运行，应将穿透功率极限最小的那个时间断面的穿透 功率极限值作为该时间段的风电穿透功率极限，即
[0064] 步骤4:补充在计算式所需要的约束条件：
[0065] 步骤4. 1:功率平衡的机会约束为：
[0066] pr{ \Aqi - {qKi -Elqii ]) |<OJi | >a (. 17)
[0067]式中：AqiSi时段总负荷改变量；qw;i为i时段的风电出力；E[qw]为系统期望的 风电并网功率。$>()为风电波动幅度允许值；此约束的意义为，经过负荷响应消纳以后， i时段等效风电功率的波动区间在[-^，^]内的置信度不小于a;
[0068]步骤4. 2:功率平衡约束为：
[0070] 式中：Ut为机组的启停状态； < 和/^分别为机组最小、最大出力；
[0071] 步骤4. 3:负荷峰谷差约束为：
[0072]pr[max(q，「q'j)max(qi-q』）]< |3 (19)
[0073] 式中：q'i，q'』为实现需求响应后的第i，j时段的负荷；
[0074] 步骤4. 4:机组出力约束为：
[0075]Qifflin^Qi^Qifflax (20)
[0076] 已开机的发电机组的有功出力会受到其出力上下限的约束；
[0077]步骤4. 5:旋转备用约束为：
[0079] 式中：?为系统所需要的旋转备用功率；y为风力发电输出功率的最大变化率；
[0080] 步骤4. 6 :电价上下限约束为：
[0081] A/; <Apj <Apj {22)
[0082] 式中：AP1,Ap,是电价改变量的上下限。
[0083] 本发明一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算方法，技术效果如下：
[0084] 1)、从负荷侧进行控制一是给系统节约了成本，二是从调度领域提供了新的控制 思路；
[0085] 2)、通过改变电价能够更简便的改善用户用电习惯；
[0086] 3)、通过需求侧的调整后，风电出力等效功率可以完全接入系统中，提高风电接入 率，使电力系统可以接入更大的风电容量。
【附图说明】
[0087] 图1本发明具体操作算法流程图。
【具体实施方式】
[0088] 一种考虑需求侧响应的风电穿透功率极限计算方法，包括以下步骤：
[0089] 步骤1 :风电有功出力模型的建立：
[0090] -般风速分布可以用威布尔分布曲线形容，其概率密度函数可以表达为：
[0092] 式中：k为决定分布曲线形状的参数，c为决定平均风速尺度分布的参数；
[0093] 风速V与风电出力Pw之间的关系：
[0095] 式中为额定功率；V^为额定风速；Vin为切入风速；V_为切出风速，式（1)、式 (2)中各参数如表1所示：
[0096] 表1风能参数示例
[0097]
[0098] 步骤2 :建立需求侧响应模型：
[0099] 其具体步奏如下：
[0100] 步骤2. 1 :利用经济学中的需求价格弹性理论定义电量电价的自弹性系数为：
[0102] 式中：Aq和Ap分别表示电量q和电价p的相对增量；
[0103] 然后借鉴节点导纳矩阵中的自导纳和互导纳的概念引入自弹性系数和交叉弹性 系数的概念：
[0110] 步骤2.2 :针对某些电力大用户的实际负荷曲线数据，通过C-均值聚类分析可以 将负荷类型进行分类，并对其做简化处理，将所有用户近似视为一般用户，即对电价不是太 敏感，其弹性系数较小，如：
[0112] 对电量电价矩阵进行简化求取：
[0113] 假设：
[0114] e 11= e 22= ? ? ? = enn=e 0
[0115] e12= e 23= = ￡ (n-l)n= ￡I
[0116] e13= e 24= ? ? ? = e (