一种水电调峰灵活性量化与调度方法与流程

本发明涉及多能源互补协调调度领域，特别涉及风光大规模并网下水电对新能源调峰需求的响应，具体为一种水电调峰灵活性量化与调度方法。

背景技术：

1、风电出力具有反调峰特性，光伏大规模并网将导致“鸭子曲线”出现，以风电和光伏为代表的新能源大规模并网给新型电力系统调峰带来了巨大挑战。在火电灵活性改造、新建大型储能电站，需求侧管理等途径外，充分挖掘利用常规水电调峰能力对于促进新能源高效消纳和确保系统安稳运行具有重要现实意义。

2、现有关于水电对新能源调峰需求响应的研究，大致可分为两类：一类通过场景模拟和不确定性集合等方法去量化风电和光伏出力的不确定性，进而与水电构建联合调度模型进行求解；另一类通过约束条件设置，实现水电对新能源调峰需求的响应。现有研究大多是从新能源出力的不确定性出发，与水电构建调峰模型进行耦合求解，得到水电的调度计划。然而，考虑到模型直接优化结果的难解释性，在实际生产中，调度人员当前更加关注“系统调峰需求为多大，水电调峰能力为多少，以及如何根据水电与新能源的调峰能力供需关系合理安排水电调度计划”等关键问题。因此，提出合理的水电调峰能力的量化指标对新型电力系统下水电对新能源的调峰需求相应具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述问题和调度人员的实际工程需求，本发明要解决的技术问题是提供一种新型电力系统下水电调峰能力量化和调度的方法，可以有效的挖掘和量化水电的调峰能力，并根据量化得到的水电调峰能力，直接生成水电的调度计划。

2、本发明技术方案：

3、一种新型电力系统下水电调峰能力的量化和调度的方法，主要包括：分析风电出力和系统负荷峰谷匹配特性、量化流域梯级调峰能力、水电调度方案的生成。按照下列步骤完成新型电力系统下水电调峰能力的量化和调度。

4、其中，初始计算条件，包括风电历史实际出力数据、流域梯级水电历史实际的运行数据、省级电网历史实际负荷数据、梯级电站基础资料。

5、(1)风电出力和系统负荷峰谷匹配特性分析

6、1)电网负荷特性分析

7、step1.1.1：基于模糊隶属度函数进行峰谷时段初步识别

8、采用模糊隶属度函数对负荷的峰谷时段进行初步的识别和划分。假设一天96点的负荷值序列为l＝{l1,…,lt…,lt}，采用偏大型半梯形隶属度函数来确定负荷曲线上各时段为峰时段的可能性p(lt)；采用偏小型半梯形隶属度函数确定各时段负荷为谷时段的可能性v(lt)，计算公式如下：

9、

10、式中：lt为t时段系统的负荷值；lmax为当天系统负荷的最大值；lmin为系统负荷的最小值；tall为一个调度周期内的时段集合；m为调度周期内的时段总数。

11、假设峰谷时段隶属度函数的阈值分别为α1和α2，峰平谷时段的集合分别为tpeak,tvalley,tflat，峰平谷集合中元素的数量分别m1，m2，m3，则有下式。

12、

13、step1.1.2：基于电网历史实际负荷数据的峰谷时段对模糊隶属度函数识别出来的峰谷时段进行修正，划分谷段、早峰段、晚峰段和平时段。

14、2)风电出力和负荷匹配性分析

15、step1.2.1：按照下式计算风电出力和负荷的匹配性：

16、

17、式中：pwt为t时段的风电出力，mw；lt为t时段电网的系统负荷，mw；nlt为t时段电网负荷去除风电后的净负荷，mw；为调度周期t内系统负荷的峰谷差，mw；为调度周期内净负荷的峰谷差，mw；ξp为衡量风电出力和电网负荷匹配程度的指标。

18、step1.2.2：根据历史实际的风电出力数据和电网负荷数据，按照step1.2.1计算风电出力和电网负荷的匹配程度ξp，将所有的ξp进行累积频率排序，确定系数δ。

19、

20、式中：δ为根据历史数据率定的风电出力和负荷的出力匹配系数阈值，上式表示的意义为当ξp≥1+δ时，风电反调峰，电网的调峰容量需求较大，此时需要网供水电参与调峰；1-δ＜ξp＜1+δ时，风电对电网调峰容量的需求无影响，此时不需要网供水电调峰；当ξp≤1-δ时，风电正调峰，电网的调峰需求容量减小。

21、3)峰谷时段电量分布的匹配程度分析

22、根据步骤1)中峰谷时段的划分结果，对早峰时段、晚峰时段的风电发电量和电网的需求电量的匹配程度进行分析，得到水电电量的补偿规则。

23、step1.3.1：按照下式计算早晚峰时段风电发电量和电网需求电量的匹配程度：

24、

25、式中：lep1、lep2分别表示早峰时段的电量需求和晚峰时段的电量需求，mwh；wep1、wep2分别表示早峰时段的风电发电量和晚峰时段的风电发电量，mwh；ξe表示早晚峰时段风电发电量和电网需求电量的匹配程度。

26、step1.3.2：根据历史实际的风电出力数据和电网负荷数据，按照step1.3.1计算早晚峰时段风电发电量和电网需求电量的匹配程度ξe，将所有的ξe进行累积频率排序，确定系数ε。

27、

28、式中：ε为根据历史数据率定的风电出力和负荷的电量匹配系数阈值，上式表示的意义为当ξe2≥1+ε时，水电优先补偿早峰电量需求；当ξe2≤1-ε时，水电优先补偿晚峰电量；当1-ε≤ξe2≤1+ε时，水电对早晚峰电量需求进行均衡补偿。

29、(2)流域梯级调峰能力的量化

30、按下式对水电站的调峰能力进行量化：

31、

32、式中：η为电站的日平均耗水率，m3/kw·h；qpeco为电站生态流量，m3/s；为电站的强迫出力，mw；qpmax为电站的最大发电流量，m3/s；为电站的装机容量，mw；为电站的日最小出力，mw；为电站的日最大出力，mw。

33、电站的日调峰容量、电站的日可调峰电量和电站的最大顶峰持续时间的计算公式如下：

34、

35、式中：为电站的日调峰容量，mw；为电站的当日计划发电量，mwh；δt为时段的长度；为电站最大顶峰持续时间，h。

36、(3)水电调度方案的生成

37、基于步骤(1)的风电和系统负荷的匹配特性以及步骤(2)的水电调峰能力的量化指标，来指导生成水电站调度计划。

38、step3.1：分析风电出力和系统负荷峰谷匹配特性，判断是否需要水电调峰以及水电调峰的补偿规则。

39、step3.2：量化流域梯级的调峰能力，计算有调节能力电站的日调峰容量日可调峰电量最大顶峰持续时间电站的日最小出力和电站日计划发电量

40、step3.3：生成具有调节能力电站的调度计划。假设调度周期内时段的集合为t，时段的总数为n，电站m的日出力集合为pm，电站m的上调备用为电站m的下调备用为峰时段的时段集合为tp，tp为峰值所在的时刻，峰时段的总数为n1，峰时段的出力集合为pp；平时段的时段集合为tf，平时段的总数为n2，平时段的出力集合为pf；谷时段的时段集合为tv，时段的总数为n3，谷时段的出力集合为pv；为最小调峰补偿时间下限。

41、m电站调度计划的生成步骤如下：

42、a.当m电站的最大顶峰时间持续时间时，跳转步骤b；当时，跳转步骤c。

43、b.根据m电站的日计划发电量让m电站按照均匀发电，则m电站各时段的出力为δt为时段长度，步骤k。

44、c.将m电站各时段出力设置为跳转步骤d。

45、d.无明显早晚峰时段区分，跳转步骤e；具有明显早晚峰时段区分，跳转步骤f。

46、e.水电补偿峰时段出力。将电站的日可调峰电量作为电站的调峰优化电量eopt。以tp为中心，以为单位分别向两边增加峰时段的出力，则有下式：

47、

48、式中：为峰时段水电的最大出力；l为水电能以补偿峰时段的最大时段数量；[·]为取整函数；δe表示水电以补偿完l个时段出力后的剩余调峰电量；表示剩余调峰电量能补偿的调峰出力。峰时段的出力为：

49、

50、式中：eres为剩余可调峰电量。当eres＝0时，跳转步骤k；当eres＞0时，跳转步骤i。

51、f.优先补偿早峰时段出力时，跳转步骤g；优先补偿晚峰时段出力时，跳转步骤h。

52、g.水电补偿早峰时段出力。输入早峰时段的剩余可调峰电量或日可调峰电量作为优化电量，按照步骤e的公式计算早峰时段的出力集合和剩余电量eres。当输入剩余可调峰电量时，eres＝0时，跳转步骤l；当eres＞0时，跳转步骤j；当输入日可调峰电量时，eres＝0时，跳转步骤l；eres＞0时，跳转步骤h。

53、h.水电补偿晚峰时段出力。输入晚峰时段的剩余可调峰电量或日可调峰电量作为优化电量，按照步骤e的公式计算晚峰时段的出力集合和剩余电量eres。当输入剩余可调峰电量时，eres＝0时，跳转步骤l，eres＞0时，跳转步骤j；当输入日可调峰电量时，eres＝0时，跳转步骤l；eres＞0时，跳转步骤g。

54、i.水电均衡补偿早晚峰时段的出力，将优化电量补偿早晚峰时段，使其均匀发电，若还有剩余的优化电量，跳转j。

55、j.水电补偿平时段的出力。将输入的剩余可调峰电量作为优化电量，按照离峰值越近，越先进行补偿的原则，对平时段进行补偿。

56、

57、步骤e的公式计算得到平时段最大调峰出力剩余的调峰出力最大补偿平时段数量l，则平时段的出力为：

58、

59、当eres＝0时，跳转步骤k；当eres＞0时，跳转步骤j。

60、k.水电补偿谷时段的出力。将输入的剩余可调峰电量作为水电的优化电量，采用均匀发电的方式计算水电谷时段的出力，见下式：

61、

62、跳转步骤l。

63、l.输出电站m的出力过程pm。

64、step3.4：重复step3.3若干次，输出所有具有调节能力电站的发电计划。

65、本发明的有益效果：

66、首先，本发明提出了根据风电出力与负荷匹配特性与水电的调峰能力生成水电调度方案的流程。主要流程为：(1)基于风电出力与电网负荷需求在时间上匹配程度的指标，根据风电出力与电网负荷需求的匹配性，灵活地调整水电是否参与电网调峰，减小了水电因不必要的调峰，而造成效益损失的风险。(2)基于早晚峰时段风电发电量与电网需求电量匹配程度的指标，考虑新能源并网后，早晚峰时段存在的电量缺口，得到水电电量优先补偿哪个时段的调度规则，最大限度地发挥水电的调峰能力。(3)基于水电调峰能力量化方法，综合考虑电站的强迫出力、生态流量等因素，量化流域梯级的调峰能力。(4)结合水电电量优先补偿规则和量化的水电调峰能力，生成水电的调度计划。其次，本发明以福建闽江流域梯级水电为背景，进行模拟调度。应用实例结果表明，所提的方法能够充分的考虑源荷的匹配特征，挖掘和量化水电站的调峰能力。所生成的调度计划，解释性强，计算速度快，对水电调度人员制定水电发电计划具有重要的参考意义。