一种协同新能源发展的电网规划方法与流程

1.本发明涉及一种协同新能源发展的电网规划方法，属于电网规划技术领域。


背景技术：

2.新能源具有节能减排的优势，这与我国可持续发展理念相适应，由于我国地域辽阔，所以我国的新能源资源比较丰富，分布范围也比较广，类型众多。新能源技术的发展对各行各业的进步发挥着重要的作用，在电网规划过程中，新能源能够得到很好地应用，能够提高电网中电流和电压的稳定性以及电网规划的科学性。
3.风电、太阳能光伏发电等新能源大规模接入使电力系统面临新的挑战、孕育着重大的变革。首先，新能源的建设周期短，相比新能源的建设而言，配套的电网设施建设相对缓慢，这与常规电源建设周期远长于电网建设周期的情况不同，要求电网的建设提早规划、统筹考虑；其次，新能源出力特性与常规机组差异很大(例如新能源的利用小时数远低于常规机组，出力的间歇性较强，这将导致线路的利用率较低，降低电网投资的效益)，电力系统几十年来通用的电网规划的经验与准则可能难以适用于未来电网规划，需要研究综合考虑投资成本、运行成本以及安全风险的电网规划模型。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种协同新能源发展的电网规划方法，新能源和电网规划的协同发展能够消除电网规划关键技术中的不利影响，进而提高协同发展的水平。
5.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种协同新能源发展的电网规划方法，该方法的工作流程包括以下步骤：步骤s1，电能需求分析；步骤s2，新能源特性分析；步骤s3，电源结构及其布局分析；步骤s4，电网结构及其性能分析；步骤s5，系统综合评价体系的建立；步骤s6，电网规划方案的制定。
6.作为本发明的进一步改进，所述电能需求分析为电力负荷预测，电力负荷预测包括：电量需求长期预测、峰值负荷预测、饱和负荷预测、负荷分布预测、负荷结构预测以及负荷特性预测。
7.作为本发明的进一步改进，所述新能源特性分析包括：新能源发电长期出力模拟、新能源长期出力的随机特性分析以及新能源长期出力的时空相关性分析。
8.作为本发明的进一步改进，所述电源结构及其布局分析和所述电网结构及其性能分析属于大规模新能源接入电网影响分析，分析内容包括：新能源并网对功率平衡的影响、新能源并网对电网潮流的影响、新能源并网对电能质量的影响以及新能源并网对电网安全
性的影响。
9.作为本发明的进一步改进，所述系统综合评价体系的建立对大规模新能源并网运行评估，为电力投资工作提供依据；评估内容包括：含新能源电力系统运行模拟与评估方法、考虑电网可靠性的新能源可信容量评估方法以及新能源并网的经济性评估。
10.作为本发明的进一步改进，所述含新能源电力系统运行模拟与评估方法包括：机组检修的数学建模；中期、长期水电群模拟建模；新能源发电系统运行模拟建模；网络约束下的日运行模拟模型；新能源与常规能源的联合运行模拟；最小化弃风、弃水的优化运行方法。
11.作为本发明的进一步改进，所述考虑电网可靠性的新能源可信容量评估方法包括：含新能源的随机生产模拟；含新能源的可靠性指标评估；新能源可信容量计算方法。
12.作为本发明的进一步改进，所述新能源并网的经济性评估包括：分析新能源接人对系统运行成本的影响；分析新能源接人对煤耗和污染物排放的影响；分析新能源接人对购电成本的影响；分析新能源接入对常规机组利用小时数的影响。
13.作为本发明的进一步改进，所述电网规划方案的制定包含主要内容包括：大规模新能源外送通道容量规划、考虑大规模新能源接入的电网优化规划以及面向新能源消纳的电网规划方法。
14.作为本发明的进一步改进，所述大规模新能源外送通道容量规划包括：协同新能源出力概率特性与输电容量充裕度分析，考虑电网侧效益最大化的输电容量规划分析，考虑全社会效益最大化的输电容量规划分析，考虑不确定性的输电容量规划分析；所述考虑大规模新能源接入的电网优化规划包括：新能源并网的电网规划模型，网络损耗的动态计算技术，新能源出力多场景分析技术，面向目标网架的动态优化技术；所述面向新能源消纳的电网规划方法包括：系统调峰能力分析,系统调频能力分析,系统备用水平分析,电网传输能力分析,新能源消纳能力分析,以消纳能力为目标的电网规划。
15.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明协同新能源发展的电网规划方法，对大规模新能源接人条件下的电网规划工作进行了初步梳理，总结了面对新能源并网的电网规划工作的主要环节和步骤，分析了协调大规模新能源的电网规划关键技术问题，为新能源大规模发展形势下电网规划工作的深化和应用提供有益的借鉴。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的总体流程图；图2是新能源出力特性分析的内容框图；图3是大规模新能源接入电网影响分析的内容框图；图4是大规模新能源并网运行评估的内容框图；
图5是大规模新能源接入的电网规划的内容框图。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
20.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
21.因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
22.如图1所示，一种协同新能源发展的电网规划方法，该方法的工作流程包括以下步骤：步骤s1，电能需求分析；步骤s2，新能源特性分析；步骤s3，电源结构及其布局分析；步骤s4，电网结构及其性能分析；步骤s5，系统综合评价体系的建立；步骤s6，电网规划方案的制定。
23.进一步的，所述电能需求分析为电力负荷预测，电力负荷预测包括：电量需求长期预测、峰值负荷预测、饱和负荷预测、负荷分布预测、负荷结构预测以及负荷特性预测。
24.新能源接入电网的规划工作，首要的任务是对新能源发电的性质有全面的、系统的认识。包括各种类型新能源发电的原理，包括新能源发电如何完成风能
‑
电能、光能
‑
电能等能量转换的过程，以及这一转换过程的关键性因素和影响因素。还包括不同类型的新能源发电方式，在时空、环境等条件不同时的特性、关联性等问题。
25.通过新能源特性分析，可以从新能源发电规律中抽象并建立相应数学模型，为后续的各个方向、各个层面的研究工作提供理论基础和支撑。
26.如图2所示，所述新能源特性分析包括：新能源发电长期出力模拟、新能源长期出力的随机特性分析以及新能源长期出力的时空相关性分析。
27.对于规划层面的研究，具有较长的时间尺度，需要对新能源发电长期出力进行模
拟，而首要的任务就是对新能源出力的建模工作，这是后续规划工作的基础。
28.新能源发电长期出力模拟不仅包含物理量的模拟(风速、风向、光照强度、光照角等)，还包含对发电设备工作特性的模拟(风力发电的尾流效应，光伏发电的光生苏打效应等)，以及对新能源并网工作特性的模拟(双馈风机的无功调节，光伏电池逆变设备等)。
29.新能源具有随机性、不确定性的特点，在不确定问题背后隐含着确定性的规律，而且是在不同的层面和尺度下有不同表现形式。对新能源规律性的研究，需要通过对大量历史数据的统计和分析，找出新能源出力的长期统计规律，显现数据挖掘的思想，建立相应的概率模型描述，为后续的长期模拟提供依据。
30.新能源长期出力的随机特性分析包括：新能源的随机性、波动性分析；新能源发电的日特性、季节特性分析；新能源出力的分布特征分析；新能源的年利用小时数分析；新能源的容量因子分析；风电机组的尾流效应分析。
31.进一步的，所述电源结构及其布局分析和所述电网结构及其性能分析属于大规模新能源接入电网影响分析，如图3所示，具体分析内容包括：新能源并网对功率平衡的影响、新能源并网对电网潮流的影响、新能源并网对电能质量的影响以及新能源并网对电网安全性的影响。
32.电能的供需平衡是电力系统运行的必要条件。对于常规电网，电网功率平衡的压力，一方面来自于发电机组的有功调节能力(有功出力上、下限)，另一方面来自于发、输电元件故障和负荷的随机波动。这个问题不仅与电力系统频率稳定、功角稳定、电压稳定密切相关，而且带来了系统调峰、调频等要求。新能源的大规模接入给这一问题融入了新的元素：比如，大规模风电接人电网在夜间负荷低谷时的反调峰特性与常规火电机组出力之问的矛盾，新能源发电强烈的波动性与系统旋转备用之间的矛盾等。要妥善解决这一系列矛盾，需要结合新能源出力特性和系统本身所具备的各项能力指标，对新能源接入电网的影响进行定量的分析。
33.新能源并网对功率平衡的影响包括：风电、光伏发电大规模接入对系统调峰平衡的影响；风电、光伏发电大规模接人对调频的影响；风电、光伏发电大规模接入对旋转备用的影响。
34.新能源接人电网的形式有经汇流集中接入的形式，也有分布、分散接人的形式，再计及新能源的随机性、波动性等特性，会使原有的电网潮流的分布、流向等发生变化。电网中的载流、电压等薄弱环节，也会因潮流的这一变化而改变。
35.大规模的、分布式的、随机波动的新能源接入电网，使电网潮流注入功率呈现多元化，电网中的有功、无功分布规律更为复杂，这就给电网损耗的调控、统计等问题带来新的压力和挑战。
36.为电力用户提供优质的电能是电力系统的主要任务，电能质量问题包括电压质量、电流质量等，直接影响发电设备、电网设备、用电设备的使用寿命、工作状态、工作效率等，严重时会产生巨大的经济损失。新能源大规模接入条件下，如风力发电机组的波动性，会给电网带来电压波动、畸变率、闪变等一系列问题。一方面，风力发电技术正不断的改进和完善，新型的风电机组中配备的电力电子设备，使风电机组并网的电能质量得到很大程度的改善；另一方面，高效的电力滤波和无功电压支撑设备，也是解决这一问题有效的途径。
37.为保障含大规模新能源接人的电网依然具有良好的电能质量，一方面需要定性的分析新能源接入对电能质量不同方面的影响；另一方面需要制定完善的电能质量指标，对新能源并网的电能质量进行定量的评估，以及根据具体的情况制定相应的准人标准。
38.新能源并网对电能质量的影响包括：分析大规模新能源接入对电能质量的影响；并网新能源发电的电能质量检测；制定电能质量评价指标；制定新能源准入的电能质量标准；电能质量的改善措施。
39.电力系统的安全、稳定运行是电力工作的核心任务。新能源的大规模接入，大量的新能源发电设备并网运行，增加了电网安全、稳定分析的复杂程度，给安全、稳定性带来了新问题。
40.在大规模新能源接入的情况下，需要根据新能源发电并网设备的类型、规模等因素，对电网安全性、稳定性进行仿真和校验时。风电场的低电压穿越问题、分布式光伏发电的孤岛问题、包含分布式光伏发电的配网继电保护等问题，都是大规模新能源并网带来的特殊新问题，在规划阶段需要对这些新问题予以足够的重视和相应的分析。
41.新能源并网对电网安全性的影响包括：风电场的低电压穿越能力检测和分析；风电场对电网短路电路贡献的分析；光伏并网孤岛问题分析；光伏并网孤岛问题的检测和预防措施；计及分布式光伏发电的配网继电保护分析；计及大规模风电、光伏接入的稳定性分析。
42.如图4所示，所述系统综合评价体系的建立对大规模新能源并网运行评估，为电力投资工作提供依据；评估内容包括：含新能源电力系统运行模拟与评估方法、考虑电网可靠性的新能源可信容量评估方法以及新能源并网的经济性评估。
43.进一步的，所述含新能源电力系统运行模拟与评估方法包括：机组检修的数学建模；中期、长期水电群模拟建模；新能源发电系统运行模拟建模；网络约束下的日运行模拟模型；新能源与常规能源的联合运行模拟；最小化弃风、弃水的优化运行方法。
44.进一步的，所述考虑电网可靠性的新能源可信容量评估方法包括：含新能源的随机生产模拟；含新能源的可靠性指标评估；新能源可信容量计算方法。
45.进一步的，所述新能源并网的经济性评估包括：分析新能源接人对系统运行成本的影响；分析新能源接人对煤耗和污染物排放的影响；分析新能源接人对购电成本的影响；分析新能源接入对常规机组利用小时数的影响。
46.如图5所示，所述电网规划方案的制定包含主要内容包括：大规模新能源外送通道容量规划、考虑大规模新能源接入的电网优化规划以及面向新能源消纳的电网规划方法。
47.进一步的，所述大规模新能源外送通道容量规划包括：协同新能源出力概率特性与输电容量充裕度分析，考虑电网侧效益最大化的输电容量规划分析，考虑全社会效益最大化的输电容量规划分析，考虑不确定性的输电容量规划分析；所述考虑大规模新能源接入的电网优化规划包括：新能源并网的电网规划模型，网络损耗的动态计算技术，新能源出力多场景分析技术，面向目标网架的动态优化技术；所述面向新能源消纳的电网规划方法包括：系统调峰能力分析,系统调频能力分析,系统备用水平分析,电网传输能力分析,新能源消纳能力分析,以消纳能力为目标的电网规划。
48.新能源大规模接入电网，对电网的安全性、稳定性、可靠性、经济性等提出更高的要求。新能源的发展与应用使电力系统的负荷预测、规划工作与过去相比面临更大的不确定性。传统的电网规划一般基于确定性的方法，未考虑不确定性带来的影响。本实施例协调新能源大规模发展的电网规划方法，对大规模新能源接人条件下的电网规划工作进行了初步梳理，总结了面对新能源并网的电网规划工作的主要环节和步骤，分析了协调大规模新能源的电网规划关键技术问题能为新能源大规模发展形势下电网规划工作的深化和应用提供有益的借鉴。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。