基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，属于电网光 伏接纳方法计算领域。
【背景技术】
[0002] 随着目前光伏生产技术的改进及光伏接入电网政策的完善，光伏发电得到了广泛 的关注，未来将会有越来越多的光伏电站接入电网。预计到2015年太阳能发电装机容量将 达到21GW。由于并网光伏发电出力具有强烈的波动和难于预测性，且不具备调峰和调频能 力，该将会给电力系统有功平衡带来强大的冲击与挑战。在电力系统运行中，为了充分利用 可再生能源，并网光伏电站所发电量基本上是全盘接纳，可W把光伏出力看成负的负荷。光 伏并网后，一方面会加大电网净负荷的峰谷差，提高电网所需的调峰容量，加大电网的调峰 成本；另一方面会大大增加电网净负荷的短期波动，加大电网常规机组一次调频的困难，降 低发电机组的经济效益。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是光伏发电出力具有强烈的波动和难于预测性，且不具 备调峰和调频能力，并网后将会给电力系统有功平衡带来强大的冲击与挑战，加大电网的 调峰成本，加大电网常规机组一次调频的困难，降低发电机组的经济效益，而目前缺少电网 能接纳光伏电站的最大容量的计算方法。从而提供一种基于调峰约束的电网接纳光伏最 大容量的计算方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] 一种基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，步骤如下；（1)初始化 研究地区光伏电站容量，收集当地已建光伏电站一段时间内的光伏出力数据或太阳福射数 据；
[0006] 似对步骤（1)获得的光伏出力数据，首先根据天气类型把光伏出力数据分类；然 后对每一类光伏出力数据进行分析；
[0007] (3)采集当地负荷预测及常规机组数据，并计算光伏电站并网前的电网的调峰容 量Ppeak、光伏电站并网后的电网的调峰容量Lpeak和电网能提供的调峰容量Cpeak;
[000引 （4)计算光伏并网后电网所需的调频容量、电网下降调频容量和电网上升调频容 量；
[0009] 妨比较光伏电站并网后的电网的调峰容量Lp,ak和电网能提供的调峰容量Cpeak的 大小；并比较光伏并网后所需的调频容量是否处于电网下降调频容量、电网上升调频容量 限定的范围内；
[0010] 做若步骤妨光伏电站并网后的电网的调峰容量Lp,ak小于电网能提供的调峰容 量Cp,ak且光伏并网后所需的调频容量不处于电网下降调频容量、电网上升调频容量限定的 范围内，则重复步骤（3)、步骤（4);反之则输出电网接纳的光伏最大容量。
[0011] 在步骤（1)中收集的太阳福射数据转换为光伏出力数据的公式如下：光伏组件在 t时刻的输出功率模型为
[0012]
【主权项】
1. 一种基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，其特征在于：步骤如下： (1)初始化研宄地区光伏电站容量，收集当地已建光伏电站一段时间内的光伏出力数据或 太阳辐射数据； (2) 对步骤（1)获得的光伏出力数据，首先根据天气类型把光伏出力数据分类；然后对 每一类光伏出力数据进行分析； (3) 采集当地负荷预测及常规机组数据，并计算光伏电站并网前的电网的调峰容量 PPMk、光伏电站并网后的电网的调峰容量LPMk和电网能提供的调峰容量Cpeak; (4) 计算光伏并网后电网所需的调频容量、电网下降调频容量和电网上升调频容量； (5) 比较光伏电站并网后的电网的调峰容量LPMk和电网能提供的调峰容量Cpeak的大 小；并比较光伏并网后所需的调频容量是否处于电网下降调频容量、电网上升调频容量限 定的范围内； (6) 若步骤（5)光伏电站并网后的电网的调峰容量Lpeak小于电网能提供的调峰容量 Cpeak且光伏并网后所需的调频容量不处于电网下降调频容量、电网上升调频容量限定的范 围内，则重复步骤（3)、步骤（4);反之则输出电网接纳的光伏最大容量。
2. 根据权利要求1所述的基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，其特征 在于：在步骤（1)中收集的太阳辐射数据转换为光伏出力数据的公式如下：光伏组件在t 时刻的输出功率模
其中， Pst。:标准条件下（对应光伏组件接收到的太阳辐射强度， Istc= 1000W/m2,温度Tstc=25°C)光伏组件的出力，aT:光伏组件的功率温度系数， Iy:t时刻实际的地表太阳辐射强度， Tt:t时刻光伏板的温度。
3. 根据权利要求1所述的基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，其特征 在于：在步骤（2)中，将光伏电站出力分解成某一类广义天气模式下的光伏电站典型时段 出力和光伏短期出力波动；其分解公式如下：
其中， j=A，B，C，D代表的是广义天气类型； &(々)：j类天气的光伏电站典型时段出力；k:为调峰周期内时段数； 光伏短期出力波动； 光伏电站典型时段出力，是由光伏电站的地理位置决定的，是确定的；对于含光伏电站 的电网调峰的简略计算，可以用光伏电站一段时间内每一类广义天气模式下光伏电站的平 均出力作为该类天气下光伏电站的典型时段出力，公式如下：
其中，为统计时间内光伏电站第k时间段的平均出力； Nj为统计时间内j类天气出现的次数； 而光伏短期出力波动是不确定的，随机的，可以用概率分布密度函数来描述；把光伏出 力的波动情况根据广义天气模式进行分类，统计每lOmin内光伏电站在出力波动情况较大 的时刻（8:00- 16:00)的光伏出力波动情况； 为简化计算，设每个光伏电站容量相等，其出力波动概率呈正态分布，标准差为 0singie，每两个光伏电站出力波动之间的相关系数为P，则n座光伏电站产生的总波动的标 准差可由公式（4)来计算：
(4)， 其中，光伏波动量的总和； 基于正态分布其函数值的三倍标准差原理，近似采用其标准差的3倍来计算所有光伏 电站接入后光伏波动量的最大值，BP
5) 〇
4.根据权利要求1所述的基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，其特征 在于：所述光伏电站并网前电网的调峰容量Ppeak是指电网运行周期T内系统最大负荷与最 小负荷的峰谷差，其计算公式如下： Ppeak=max(PL (k))-min(PL (k)) (6)； 其中，max(PL(k)):电网时段负荷最大值；min(PJk)):电网时段负荷的最小值； 光伏电站并网后电网的调峰容量LPMk为电网的最大净负荷与最小净负荷之差；其计算 公式如下： LPeak=max(Lnet (k)-min(Lnet (k)) (7)； 其中，max(Lnet(k):电网净负荷时段的最大值；min(Lnrt(k)):电网净负荷时段的最小值； 在电力系统运行中，为了充分利用可再生能源，并网光伏电站所发电量基本上是全盘 接纳，因此可以把光伏出力处理成大小为负的负荷，与原始负荷叠加后得到电网净负荷；公 式具体如下：
其中，Pjk):表示为电网中所有负荷的有功功率之和； PPV,」(k)为并网第j座光伏电站的有功实时出力；m为光伏电站的总数； 电网能够提供的调峰容量CPMk计算公式如下：
其中，ng:电网调峰裕度系数； 取一个调峰周期T，在周期内离散化取乂个时间段，忽略电网有功损耗，每个时间段内 电网有功平衡要求为：
其中，k= {1，2，...，NT}，NT为电网运行周期的总时段数；PuGO为电网中第i台发电 机组的有功实时出力；n代表发电机组的总数。
5.根据权利要求1所述的基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，其特征 在于：在步骤（4)中，电网上升调频容量和电网下降调频容量分别^
其中，n表示发电机组的总数，i为发电机组的编号，Rm表示第i个机组单位时间内的最大 上升速率；RDi表示第i个机组单位时间内最大下降速率； 光伏并网后电网所需的调频容量为
其中，j表示光伏电站编号，m表 示光伏电站总数，AP。表示电网负荷短期波动，APPq表示第j个光伏电站在At时间尺度 内的出力波动差，其计算公式如下： APpv，j=Ppv，j(t+At)-Ppv，j(t) (11); 在每一个调峰时段内，光伏电站的短期功率波动都会给电网内机组调频带来压力，因 此含光伏电站的电网有功平衡还需满足如下机组调频的约束：
其中，At:考虑调频约束时的时间尺度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于调峰约束的电网接纳光伏最大容量的计算方法，步骤如下：（1）初始化研究地区光伏电站容量；（2）对步骤（1）获得的光伏出力数据进行分析；（3）采集当地负荷预测及常规机组数据；（4）计算光伏并网后电网所需的调频容量、电网下降调频容量和电网上升调频容量；（5）比较。本发明提出了基于天气状态分类的光伏出力分解方法，把光伏电站出力分解成某一类天气下的光伏电站典型时段出力和光伏短期出力波动，使光伏出力变得有律可寻。定量分析了光伏并网对电网调峰容量和电网调频容量的影响，并得到了电网接纳光伏电站最大容量的计算方法。本发明提供的方法简单快捷，能够快速得到某地区光伏接入的最大容量，避免出现光伏电站过度建设，出现大面积“弃光”现象。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104701880
【申请号】CN201510085350
【发明人】王璟, 蒋小亮, 丁岩, 孙义豪, 关朝杰, 王利利, 全少理, 胡钋, 金津
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司经济技术研究院, 武汉大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月17日