一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法与流程

本发明属于风电规划领域，尤其是一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法。

背景技术：

1、随着风电产业迅速发展，大量风电并网给电力系统的安全稳定运行带来了更大的挑战。在我国部分地区风电并网过程中不同程度地出现了“弃风”现象。大的风电装机容量不一定具有最佳的经济效益，在风电场规划设计和系统运行中，考虑系统风电接纳能力限制的约束，在合理弃风的条件下如何确定并网风电场的装机容量，从而获得最大的效益是一个亟待解决的问题。

2、目前，相关领域的研究主要是在现有电源结构下，基于风电场所在电网一年中每小时负荷电量、风电场发电功率及各常规机组开机安排等方面，未充分考虑风电场装机容量对风能资源利用及弃风的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，建立了考虑风电接纳能力约束的风机装机容量优化模型，模型以风电场收益最大，风资源利用率最高为目标，能够使得在现有网架结构基础上最合理的确定风电装机容量，使得电网和风电场得到双赢局面。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，步骤如下：

4、s1分别计算考虑调峰因素限制的风电接纳能力和考虑系统静态安全的风电接纳能力，取二者最小值作为地区电网最终的可接纳风电能力；

5、s2考虑风电接纳能力约束，从风电场投资成本、风电场运行维护成本、风电场售电收益、风电场净收益四个方面建立风机装机容量优化数学模型；

6、s3求解风电场装机容量优化模型：模型以风电收益值以及在此情况下的风电场年发电量、弃电量为待求量，查找风机收益最大值及对应的装机台数、弃风风速限定值，得到风电场最佳装机容量，计算风电场年发电量、弃电量。

7、进一步地，s1中计算考虑调峰因素限制的风电接纳能力的公式为：

8、

9、式中，λi为调峰比例，pimax为各类型常规发电机组最大出力，pg.max为全网处于最大负荷时网内机组的实际出力，pg.min为全网处于最低负荷时网内机组的实际出力，α为风电同时率，β为风电反调峰率。

10、进一步地，s1中计算考虑系统静态安全的风电接纳能力的数学模型为：

11、max(cpδp)

12、s.t.-plmax≤pl0+δpl≤plmax

13、umin≤u0+δu≤umax

14、pgmin≤p0+δpl≤pgmax

15、qgmin≤q0+δq≤qgmax

16、eδp＝0

17、

18、式中，δp、δq为电源节点的有功功率和无功功率变化量；cp为一行向量，该向量为已知量，根据风电场接入点的位置不同而变化，风电场接入点对应位置上的元素为1，其他则为0，若风电场同时接入多个节点，则对应的多个位置上的元素为1；plmax、pl0分别为线路潮流的初始值、线路潮流极限值；umax、umin、u0分别为节点电压值的上限值、下限值、初始值；pmax、pgmin为常规发电机组有功出力的上下限值；qgmax、qgmin、q0分别为常规电源的无功出力上下限；e为全为1的矩阵，元素个数与节点数一致；ut为离散变量，取值为0或1；最后一项是备用约束，即常规机组必须具备足够的抑制风电功率波动的出力，μ为风电的变化率，rrev为系统所需要的备用容量。

19、进一步地，风电场投资成本计算公式为：

20、cc＝nprcet

21、

22、式中：cet是风机单位容量的投资成本，wwind表示最佳风电装机容量；pr是风电场所用类型风机的额定功率。

23、进一步地，风电场运行维护成本计算公式为：

24、com＝nprcft

25、式中：cft为风机单位容量的总维护成本。

26、进一步地，风电场售电收益计算公式为：

27、bsal＝sewpa(i，n)

28、式中：s表示售电电价；ew表示风电场年发电量的期望值；pa(i，n)为年金现值系数，其表达式如下式所示，其中i为折现率，n为寿命周期；

29、pa(i，n)＝[(1+i)n-1]/[i•(1+i)n]。

30、进一步地，风电场年弃风电量计算公式为：

31、eloss＝e-ew

32、其中，e为不考虑弃风时风电场年发电量，ew为考虑弃风条件后风电场的实际年平均发电量；

33、e＝8760np单机

34、

35、

36、式中vci为切入风速，vc0为切出风速，p(接纳)为限制发电容量，vx为使得风电场出力达到电网风电接纳能力限值时的风速，满足vci<vx≤vr，vr为额定风速。

37、进一步地，以风电收益净现值最大为目标函数，其相应数学模型如下式所示：

38、maxb＝max(bsal-cc-com)

39、约束条件为：

40、np(vx)≤p(接纳)。

41、进一步地，求解风电场装机容量优化模型的步骤如下：

42、a1在不弃风情况下由电网风电接纳能力计算装机台数n的初始值，即np(vx)＝p(接纳)；

43、a2将n代入公式np(vx)＝p(接纳)求解vx；

44、a3验证风速约束条件vx＞vci；

45、a4将n，vx代入公式，计算ew、eloss及b；

46、a5 n＝n+1，重复步骤a2～a4直到风速不满足约束条件结束；

47、a6查找b的最大值bmax及对应的装机台数n、弃风风速限定值vx，得到风电场最佳装机容量np(vr)，计算风电场年发电量ew、弃电量eloss。

48、本发明从电网调峰能力约束、系统静态安全约束两方面综合分析了电网风电接纳能力并提出了电网风电接纳能力算法体系；结合风速近似服从威布尔分布的特点建立了考虑风电接纳能力约束的风电场装机容量优化模型；通过优化模型求解方法对优化模型进行求解可得到风电场最佳装机容量，同时可计算风电场年发电量及弃电量。

49、本发明的优点和积极效果是：

50、通过本发明的优化方法可以解决风电场风机类型选取、装机容量确定等规划问题，确定弃风风速限定值，制定风电场弃风方案等运行问题；既可以使风电场获得更大的经济效益，又可增加风电场的年发电量，同时可以保证机组有相对较高的平均输出功率，减少风电场功率的波动性。

技术特征：

1.一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，s1中计算考虑调峰因素限制的风电接纳能力的公式为：

3.根据权利要求2所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，s1中计算考虑系统静态安全的风电接纳能力的数学模型为：

4.根据权利要求3所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，风电场投资成本计算公式为：

5.根据权利要求4所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，风电场运行维护成本计算公式为：

6.根据权利要求5所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，风电场售电收益计算公式为：

7.根据权利要求6所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，风电场年弃风电量计算公式为：

8.根据权利要求7所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，以风电收益净现值最大为目标函数，其相应数学模型如下式所示：

9.根据权利要求8所述的计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，其特征在于，求解风电场装机容量优化模型的步骤如下：

技术总结
本发明提供了一种计及风电接纳能力约束的风电装机容量优化方法，分别计算考虑调峰因素限制的风电接纳能力和考虑系统静态安全的风电接纳能力，取二者最小值作为地区电网最终的可接纳风电能力；考虑风电接纳能力约束，从风电场投资成本、风电场运行维护成本、风电场售电收益、风电场净收益四个方面建立风机装机容量优化数学模型；求解风电场装机容量优化模型：通过本发明的优化方法既可以使风电场获得更大的经济效益，又可增加风电场的年发电量，同时可以保证机组有相对较高的平均输出功率，减少风电场功率的波动性。

技术研发人员：王建,倪玮晨,崔文庆,王梓越,赵毅,张长志,张利,彭晟,赵帅,黄志刚,刘颂,张应田,王建军
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15