一种用于新能源消纳分析的电力系统规划仿真方法与流程

：本发明涉及电力系统仿真领域，特别涉及一种用于新能源消纳分析的电力系统规划仿真方法。

背景技术

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背景技术：

1、电力系统规划仿真的主要目的为：通过仿真模拟，计算出给定规划方案下，电力系统中各发电机的运行状态与发电水平，进而分析电力系统的关键指标(例如：总发电成本、新能源消纳率等)，并对规划方案作出评价。其中，上述规划方案主要涉及电力系统中各类发电机组的装机规模以及系统网架结构等，若规划方案的评估结果未达到电力系统设计要求，则需要对规划方案的相关配置进行调整。

2、目前，电力系统规划仿真常用的方法为生产模拟仿真。该方法考虑系统中各类型发电机组的特性、负荷以及新能源出力预测的时序数据，通过建模最优化问题，求解得到仿真时间范围内的系统运行结果，如各个发电机组仿真时间范围内每小时的出力情况。该方法存在以下不足：(1)在计算新能源消纳率时，将新能源出力最大值设为其预测出力值，并在系统优化时通过给新能源弃电设置较高的成本来实现新能源出力优先；当某些系统约束条件生效时，例如：当前负荷水平较低，除去其他发电机组最低出力之后新能源无法按照最大出力运行，则会限制新能源出力，造成弃电，新能源消纳率则相应地小于100％。(2)新能源出力变化幅度大，对电力系统的潮流分布影响大，实际情况下很有可能出现因结构或潮流限制而影响新能源出力的情况，而生产模拟仿真方法并未考虑系统拓扑机构与潮流分布，因此计算出的新能源消纳率可信度受限。(3)储能对新能源消纳有显著影响，当新能源出力空间不足，即新能源无法被负荷端完全消耗时，储能可以充电，增加系统等效负荷，促进新能源消纳；而在新能源出力不足时，储能可以放电，提供电力供应支撑。在生产模拟仿真中，储能的建模往往较为理想化，仅考虑其功率与能量大小。在进行优化计算时，储能的输出功率被认为可以达到允许范围内的任意值，但由于系统结构与潮流限制，实际储能出力可能并非能够达到模拟中的水平，因此模拟结果的实际意义不高，利用生产模拟分析储能对新能源消纳率的影响也与实际情况存在差异。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的在于提供一种综合考虑储能、系统拓扑结构及潮流限制的适用于新能源消纳分析的电力系统规划方法。

2、本发明由如下技术方案实施：一种用于新能源消纳分析的电力系统规划仿真方法，包括以下步骤：

3、s100：确定电力系统规划仿真的仿真目标及仿真时间，其中，以系统总成本最优为仿真目标；

4、s200：获取电力系统的拓扑结构及储能发电机组相关参数；

5、s300：获取步骤s100对应仿真时间内新能源发电机组的发电时序数据；

6、s400：获得所述仿真时间内的负荷时序数据；

7、s500：构造基于s100中所述仿真目标的时序最优潮流规划仿真模型，其中，所述仿真模型包括目标函数、约束条件、储能模型；

8、s600：使用步骤s500建立的时序最优潮流规划仿真模型，以仿真步长为精度进行时序循环仿真，得到不同类型发电机组的出力数据；

9、s700：使用步骤s600的所述出力数据，计算得到所述电力系统的新能源消纳率；

10、其中，所述发电时序数据、所述负荷时序数据的时间精度大于等于所述仿真步长。

11、优选的，步骤s200中，所述新能源发电机组类型包括风电机组、光伏发电机组。

12、优选的，步骤s500中构造的时序最优潮流目标函数如下：

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14、其中，f为仿真时间段内电力系统发电的总成本；cwind、cpv、ces,i、ccoal,i分别为风电、光伏发电、第i号储能以及第i号煤电机组的单位发电成本；为节点i处的煤电机组在k时刻的有功出力，为节点i处的风电机组在k时刻的有功出力，为节点处的光伏发电机组在时刻的有功出力，为节点i处的储能在k时刻的有功出力。

15、优选的，步骤s500中的约束条件包括潮流平衡约束条件、线路功率约束条件、节点电压约束条件、发电机出力约束条件。

16、优选的，所述潮流平衡约束条件如下：

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18、其中，为i节点在k时刻的电压幅值，gii为节点i的自电导，gij为节点i与节点j之间线路的电导，为节点i与节点j之间在k时刻的电压相角差，bij为节点i与节点j之间线路的电纳，gbi为节点i与节点j之间线路在节点i侧的对地电导，为节点i在k时刻的总有功负荷，为节点i在k时刻的总有功发电，bbi为节点i与节点j之间线路在节点i侧的对地电纳，bij为节点i与节点j之间线路的电纳，bii为节点i的自电纳，为节点i在k时刻的总无功负荷，为节点i在k时刻的总无功发电；n为代表所有节点编号的集合。

19、优选的，所述线路功率约束条件如下：

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21、其中，为由节点i向节点j在k时刻输送的有功功率，plim,ij为节点i与节点j之间线路最大传输有功功率限值，为由节点i向节点j在k时刻输送的无功功率，qlim,ij为节点i与节点j之间线路最大传输无功功率限值，其中，

22、优选的，所述节点电压约束条件如下：

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24、其中，为节点i在k时刻的电压幅值，与分别为节点i所允许的最小与最大电压幅值，为节点i在k时刻的电压相角，与分别为节点i所允许的最小与最大相角。

25、优选的，所述发电机出力约束条件如下：

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27、其中，为节点i处的煤电机组在k时刻的有功出力，与分别为节点i处的煤电机组有功出力最小值与最大值，为节点i处的风电机组在k时刻的有功出力，为节点i处的风电机组在k时刻的有功出力最大值，为节点i处的光伏发电机组在k时刻的有功出力，为节点i处的光伏发电机组在k时刻的有功出力最大值，为节点i处的储能在k时刻的有功出力，与分别为节点i处的储能有功出力最小值与最大值，gcoal、gwind、gpv、ges分别为包含所有煤电机组、风电机组、光伏发电机组以及储能节点编号的集合。

28、优选的，步骤s500中的储能模型如下：

29、(1)储能及其他发电机组的单位发电成本满足如下关系：

30、cwind≈cpv＜＜ces,i＜＜ccoal,i

31、储能每一时刻的出力范围，随实时电量动态调整：

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35、其中，为节点i处的储能最大放电功率，为节点i处的储能在k时刻的电量百分比，为节点i处的储能最低电量百分比，ei为节点i处的储能总电量，δt为仿真所设定的仿真步长，为节点i处的储能最大充电功率，为节点i处的储能最大电量百分比；为仿真计算求解出的节点i处储能的有功出力，为节点i处储能的放电效率，为节点i处储能的充电效率。

36、本发明的优点：建立了时序最优潮流规划仿真模型对电力系统进仿真计算，引入优化的储能模型，利用储能促进新能源消纳，提高新能源消纳率；充分考虑了拓扑结构及潮流限制对新能源消纳率的影响，通过节点电压、线路功率、潮流平衡等约束条件对目标函数进行约束，提高了仿真准确性；在对储能发电机组进行仿真计算时，储能每一时刻的出力范围随仿真结果实时动态调整，使模拟结果与实际运行情况匹配。