一种电力系统柔性评价的简易方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种电力系统柔性评价的简易方法。


背景技术：

2.随着风电光伏等可再生能源的接入，其出力的不确定性与负荷的波动性双重叠加，导致系统的不可控程度进一步增大。所以需要电力系统有更强的能力去响应负荷与新能源的波动，这种能力即电力系统的柔性。如果电力系统柔性不足，将会导致系统无法正常运行等严重后果，所以在高比例可再生能源电力系统的规划中必须考虑电力系统的柔性，研究电力系统柔性评价方法。
3.柔性评价作为电力系统柔性规划的必要环节，现有研究大多采用电力系统生产模拟仿真数据对电力系统柔性进行评价，无法揭示电力系统运行原理，且计算过程复杂计算量大。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电力系统柔性评价的简易方法，解决现有采用电力系统生产模拟仿真数据对电力系统柔性进行评价，无法揭示电力系统运行原理，且计算过程复杂计算量大的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案是：一种电力系统柔性评价的简易方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.s1：将电力系统中各能源机组、负荷和储能设备的有功功率柔性采用区间形式进行表达，将其分为可控柔性区间和不可控柔性区间；
7.s2：采用柔性计算方法对源荷储的有功功率柔性区间进行组合，得到系统的可控柔性区间和不可控柔性区间；
8.s3：根据系统的可控柔性区间和不可控柔性区间建立柔性评价指标对电力系统的柔性进行评价。
9.进一步的，所述的步骤s1中，获取各能源机组的装机容量数据、不可控负荷的有功功率数据、可控负荷的配置容量数据、储能设备的配置容量数据。
10.进一步的，所述步骤s1中，将源荷储有功功率是否可控进行分类：传统能源机组的有功出力为可控柔性，新能源机组的有功出力为不可控柔性，可控负荷的有功功率为可控柔性，不可控负荷的有功功率为不可控柔性，储能设备的充放电功率为可控柔性。
11.进一步的，所述步骤s1中，根据预设置的置信原则，确定各能源机组、储能设备、负荷的有功功率柔性区间，其中区间柔性参数包括最大值、最小值和中心值，柔性区间的数学表达为：
12.t(δ)＝{δ|p-δδp-≤p≤p+δδp
+
}
ꢀꢀꢀ
(1)
13.式中：δ决定了系统有功功率p的变化的范围和大小；p为系统有功功率的期望取值，代表柔性中心；p-δδp-、p+δδp
+
分别代表柔性区间的下界和上界。
14.进一步的，所述步骤s1中，各能源机组、负荷和储能设备预设置的置信原则分别为：
15.对于能源机组而言，预设置的置信原则为机组常规出力最大出力系数、最小出力系数和平均出力系数，系数乘以机组容量即可得到柔性区间的最大值、最小值和中心值；
16.对于负荷而言，预设置的置信原则为即某一时间段内的负荷的最大功率系数、最小功率系数和平均功率系数，系数乘以该时间段内负荷峰值即可得到柔性区间的最大值、最小值和平均值；
17.对于储能设备而言，预设置的置信原则为储能的充放电功率系数，充放电功率系数乘以储能设备容量即可得到柔性区间的最大值和最小值，一般认为储能设备的柔性中心为0。
18.进一步的，所述传统能源机组的有功功率柔性区间为可控柔性区间，新能源机组的有功功率柔性区间为不可控柔性区间，可控负荷的有功功率柔性区间为可控柔性区间、不可控负荷的有功功率柔性区间为不可控柔性区间、储能设备的有功功率柔性区间为可控柔性区间。
19.进一步的，所述步骤s2中，所述的源荷储为各能源机组、负荷和储能设备。
20.进一步的，所述步骤s2中，所述柔性计算方法包括加、减、互补、互斥四种计算形式；
21.所述四种计算形式具体表达式为：
[0022][0023]
式中：p1、p2分别代表两个柔性区间的柔性中心；δ1、δ2分别代表有功功率的不确定性变化范围；δ1δp-、δ2δp-分别代表两个柔性区间下行变化范围；δ1δp
+
、δ2δp
+
分别代表两个柔性区间上行变化范围。
[0024]
进一步的，所述步骤s2中，对各能源机组、负荷和储能设备可控柔性区间和不可控柔性区间进行组合，具体组合形式包括：
[0025]
传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间以及同种类型的柔性区间之间采用柔性加运算进行组合；
[0026]
不可控负荷的不可控柔性区间与传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间采用柔性减运算进行组合；
[0027]
新能源机组的不可控柔性区间与传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间采用柔性互补运算进行组合；
[0028]
新能源机组的不可控柔性区间与不可控负荷的不可控柔性区间之间采用柔性互斥运算进行组合。
[0029]
进一步的，所述的步骤s3中，所述电力系统柔性评价指标包括不可控柔性波动指标和可控柔性裕度指标；其中不可控柔性波动指标代表系统整体的不确定性程度，指标值越大系统的不确定性程度越高；可控柔性裕度指标代表系统对不确定性的适应能力，指标值越大系统对不确定性的适应能力越强。
[0030]
进一步的，所述的不可控柔性波动指标包括上行波动率、下行波动率和综合波动率；其中上行波动率代表在预设置信原则下系统的上行不确定性程度，下行波动率代表在预设置信原则下系统的下行不确定性程度，综合波动率代表预设置信原则下系统整体的不确定性程度，三类不可控柔性波动指标具体计算公式如下：
[0031]
(1)上行波动率
[0032][0033]
式中：pn为系统不可控柔性区间的柔性中心；为系统不可控柔性区间的上行范围；
[0034]
(2)下行波动率
[0035][0036]
式中：为系统不可控柔性区间的下行范围；
[0037]
(3)综合波动率
[0038][0039]
进一步的，所述的可控柔性裕度指标包括柔性上调裕度、柔性下调裕度和综合柔性裕度，其中柔性上调裕度代表预设置信原则下系统可控部分的上调能力，柔性下调裕度代表预设置信原则下系统可控部分下调能力，综合柔性裕度代表预设置信原则系统可控部分整体的调节能力，三类可控柔性裕度指标具体计算公式如下：
[0040]
(1)柔性上调裕度
[0041][0042]
式中：pc为系统可控柔性区间的柔性中心；为系统可控柔性区间的上调范围；
[0043]
(2)柔性下调裕度
[0044][0045]
式中：为系统可控柔性区间的下调范围；
[0046]
(3)综合柔性裕度
[0047][0048]
本发明具有的优点：
[0049]
(1)本发明采用区间形式对源荷储的有功功率柔性进行表达，所需数据量小且计算简便。
[0050]
(2)本发明按源荷储有功功率是否可控将有功功率柔性区间分为可控柔性区间和不可控柔性区间，可以清晰地对系统中的可控部分和不可控部分进行划分。
[0051]
(3)本发明中采用柔性计算方法对可控柔性区间和不可控柔性区间进行组合，从而得到系统总的可控柔性区间和不可控柔性区间，为计算柔性指标奠定了基础。
[0052]
(4)本发明基于系统可控柔性区间和不可控柔性区间建立了不可控柔性波动指标和可控柔性裕度指标，能够准确反映电力系统的不确定性程度和系统对不确定性的适应能力。
[0053]
(5)本发明的计算过程不需要复杂的时序模拟，减小了计算量和计算时间。为含高比例可再生能源的电力系统源荷储柔性规划提供参考意见，具有一定的实用价值。
[0054]
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
附图说明
[0055]
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的实施例，因此，不应被看作是对范围的限定，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取其他相关的附图。
[0056]
图1一种电力系统柔性评价的简易方法的流程图。
具体实施方式
[0057]
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
[0058]
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
[0059]
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
[0060]
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0061]
参见图1所示，公开了一种电力系统柔性评价的简易方法，其特征在于：包括以下
步骤：
[0062]
步骤s1：将电力系统中各能源机组、负荷和储能设备的有功功率柔性采用区间形式进行表达，将其分为可控柔性区间和不可控柔性区间；
[0063]
步骤s2：采用柔性计算方法对源荷储的有功功率柔性区间进行组合，得到系统的可控柔性区间和不可控柔性区间；
[0064]
步骤s3：根据系统的可控柔性区间和不可控柔性区间建立柔性评价指标对电力系统的柔性进行评价。
[0065]
在上述步骤s1中，获取各能源机组的装机容量数据、不可控负荷的有功功率数据、可控负荷的配置容量数据、储能设备的配置容量数据。
[0066]
在上述步骤s1中，将源荷储有功功率是否可控进行分类：传统能源机组的有功出力为可控柔性，新能源机组的有功出力为不可控柔性，可控负荷的有功功率为可控柔性，不可控负荷的有功功率为不可控柔性，储能设备的充放电功率为可控柔性。
[0067]
在上述步骤s1中，根据预设置的置信原则，确定各能源机组、储能设备、负荷的有功功率柔性区间，其中区间柔性参数包括最大值、最小值和中心值，柔性区间的数学表达为：
[0068]
t(δ)＝{δ|p-δδp-≤p≤p+δδp
+
}
ꢀꢀꢀ
(1)
[0069]
式中：δ决定了系统有功功率p的变化的范围和大小；p为系统有功功率的期望取值，代表柔性中心；p-δδp-、p+δδp
+
分别代表柔性区间的下界和上界。
[0070]
在上述步骤s1中，各能源机组、负荷和储能设备预设置的置信原则分别为：
[0071]
对于能源机组而言，预设置的置信原则为机组常规出力最大出力系数、最小出力系数和平均出力系数，系数乘以机组容量即可得到柔性区间的最大值、最小值和中心值；
[0072]
对于负荷而言，预设置的置信原则为即某一时间段内的负荷的最大功率系数、最小功率系数和平均功率系数，系数乘以该时间段内负荷峰值即可得到柔性区间的最大值、最小值和平均值；
[0073]
对于储能设备而言，预设置的置信原则为储能的充放电功率系数，充放电功率系数乘以储能设备容量即可得到柔性区间的最大值和最小值，一般认为储能设备的柔性中心为0。
[0074]
其中，所述传统能源机组的有功功率柔性区间为可控柔性区间，新能源机组的有功功率柔性区间为不可控柔性区间，可控负荷的有功功率柔性区间为可控柔性区间、不可控负荷的有功功率柔性区间为不可控柔性区间、储能设备的有功功率柔性区间为可控柔性区间。
[0075]
在上述步骤s2中，源荷储指的是发电机组、负荷和储能设备，所述柔性计算方法包括加、减、互补、互斥四种计算形式；
[0076]
所述四种计算形式具体表达式为：
[0077][0078]
式中：p1、p2分别代表两个柔性区间的柔性中心；δ1、δ2分别代表有功功率的不确定性变化范围；δ1δp-、δ2δp-分别代表两个柔性区间下行变化范围；δ1δp
+
、δ2δp
+
分别代表两个柔性区间上行变化范围。
[0079]
其中，柔性加运算代表两个有功功率柔性区间柔性中心相加，柔性变化范围相加；柔性减运算代表两个有功功率柔性区间柔性中心相减，柔性变化范围相减；柔性互补运算代表两个有功功率柔性区间柔性中心相加，柔性变化范围相减；柔性互斥运算代表两个有功功率柔性区间柔性中心相减，柔性变化范围相加。
[0080]
在上述步骤s2中，对各能源机组、负荷和储能设备可控柔性区间和不可控柔性区间进行组合，具体组合形式包括如表1所示：
[0081]
表1各类型可控柔性区间和不可控柔性区间的计算形式
[0082][0083][0084]
基于柔性计算得到系统总的可控柔性区间t(δc)和不可控柔性区间t(δn)。
[0085]
传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间以及同种类型的柔性区间之间采用柔性加运算进行组合；不可控负荷的不可控柔性区间与传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间采用柔性减运算进行组合；新能源机组的不可控柔性区间与传统能源机组、可控负荷、储能设备的可控柔性区间之间采用柔性互补运算进行组合；新能源机组的不可控柔性区间与不可控负荷的不可控柔性区间之间采用柔性互斥运算进行组合。
[0086]
在上述步骤s3中，所述电力系统柔性评价指标包括不可控柔性波动指标和可控柔性裕度指标；其中不可控柔性波动指标代表系统整体的不确定性程度，指标值越大系统的不确定性程度越高；可控柔性裕度指标代表系统对不确定性的适应能力，指标值越大系统对不确定性的适应能力越强。
[0087]
其中，所述的不可控柔性波动指标包括上行波动率、下行波动率和综合波动率；其中上行波动率代表在预设置信原则下系统的上行不确定性程度，上行不确定性程度越高，说明不可控负荷向上的波动程度和新能源出力向下的波动程度越高，下行波动率代表在预设置信原则下系统的下行不确定性程度，下行不确定性程度越高，说明不可控负荷向下的波动程度和新能源出力向上的波动程度越高，综合波动率代表预设置信原则下系统整体的不确定性程度，三类不可控柔性波动指标具体计算公式如下：
[0088]
(1)上行波动率
[0089][0090]
式中：pn为系统不可控柔性区间的柔性中心；为系统不可控柔性区间的上行范围；
[0091]
(2)下行波动率
[0092][0093]
式中：为系统不可控柔性区间的下行范围；
[0094]
(3)综合波动率
[0095][0096]
其中，所述的可控柔性裕度指标包括柔性上调裕度、柔性下调裕度和综合柔性裕度，其中柔性上调裕度代表预设置信原则下系统可控部分的上调能力，可控部分上调能力越高，代表系统对负荷上行不确定性和新能源出力的下行不确定性的适应能力越强，柔性下调裕度代表预设置信原则下系统可控部分下调能力，可控部分下调能力越高，代表系统对负荷下行不确定性和新能源出力的下行不确定性的适应能力越高，综合柔性裕度代表预设置信原则系统可控部分整体的调节能力，三类可控柔性裕度指标具体计算公式如下：
[0097]
(1)柔性上调裕度
[0098][0099]
式中：pc为系统可控柔性区间的柔性中心；为系统可控柔性区间的上调范围；
[0100]
(2)柔性下调裕度
[0101][0102]
式中：为系统可控柔性区间的下调范围；
[0103]
(3)综合柔性裕度
[0104][0105]
下面以某地区为应用对象，对本技术进行举例说明。
[0106]
选取某省实际数据进行验证：该省全年最高电力负荷9268万千瓦，外购电力3364万千瓦。境内电力装机总量10142万千瓦，其中，煤电装机4738万千瓦、气电装机1256万千瓦、抽水蓄能电站458万千瓦、风电装机186万千瓦、光伏装机1517万千瓦、其他类型发电(核电、水电、生物质能发电等)装机1987万千瓦。
[0107]
按照一定的置信原则确定传统能源机组的可控柔性区间、新能源机组的不可控柔性区间、可控负荷的可控柔性区间、不可控负荷的不可控柔性区间、储能设备的可控柔性区间，计算结果如表2所示。
[0108]
表2某省源荷储柔性区间
[0109]
柔性来源柔性中心(万千瓦)柔性区间(万千瓦)δp
+
(万千瓦)δp-(万千瓦)煤电3695.5[2843,4548]852.5852.5气电629.5[63,1193]565565抽蓄0[-458,458]458458风电53[32,74]2121光伏683[0,910]227683其他1192.5[795,1590]397.5397.5外来煤电1297[1010,1584]287287外来水电630[420,840]210210外来风电313[196,470]157117外来光伏235[0,470]235235不可控负荷7878[6488,9268]13901390
[0110]
采用柔性计算方法进行计算，得到系统的可控柔性区间和不可控柔性区间；采用表1所示的可控柔性区间和不可控柔性区间的计算形式对系统柔性区间进行组合；计算得到的系统可控柔性区间为不可控柔性区间如表3所示。
[0111]
表3系统可控柔性区间和不可控柔性区间
[0112][0113][0114]
最后，根据不可控柔性区间计算不可控柔性波动指标，根据可控柔性区间计算可控柔性裕度指标。对所提的指标进行计算，得到的结果如表4。
[0115]
表4某省电力系统柔性指标
[0116]
指标名称指标值上行波动率27.05％下行波动率22.46％综合波动率49.51％柔性上调裕度27.12％柔性下调裕度27.12％综合柔性裕度54.24％
[0117]
系统可控柔性裕度指标均大于不可控柔性波动指标，表明现有系统的调节能力能够适应负荷波动和新能源出力的不确定性，暂时不需要建设新的灵活性资源。
[0118]
上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。
[0119]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。