一种提升风电消纳能力的方法
【专利摘要】本发明为一种提升风电消纳能力的方法，所述方法包括如下步骤：(1)、计算风电消纳前各时刻的弃风功率；(2)、设定各时刻可控负荷变动值；(3)、计算需求侧响应后负荷；(4)、计算需求侧响应的总效益；(5)、设定储能系统额定功率和额定容量；(6)、计算储能系统各时刻出力曲线；(7)、计算风电消纳后风电出力曲线；(8)、计算风电消纳后各时刻的弃风功率；(9)、计算日内风电消纳后的弃风电量；(10)、计算风电场投资储能的成本；(11)、求可控负荷变动值、储能系统额定功率和额定容量；本发明最大限度的减少弃风，提升了风电消纳能力，实现了风资源的充分利用。
【专利说明】
一种提升风电消纳能力的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种方法，具体讲涉及一种提升风电消纳能力的方法。
【背景技术】
[0002] 根据国家能源局发布的全国电力工业统计数据，截至2014年底，全国全口径风电 累计并网容量已经达到95.8GW，同比增长25.6%，然而改年国内并网风电设备的利用小时 数仅为1905h，同比下降了 120h。
[0003] 由于风电出力具有"反调峰"特性，而火电机组的最低调峰极限为50% - 60%，这 使得在负荷低谷时段，火电机组即使全部压出力下限运行仍存在大量弃风的现象，调峰资 源难以满足风电消纳的需求。为了减少弃风，提高风电利用率，需要采用储能装置，并协调 需求侧响应资源参与风电消纳。
[0004] 储能装置可通过动态吸收及释放电能，实时实现电网调度，在风电出力过剩时，存 储电能以减少弃风，在风电出力不足时，释放电能以满足负荷需求。而通过采用价格或激励 机制的需求侧响应资源即可控负荷，使电力用户主动将高峰期电价高的部分负荷转移到非 高峰期电价低时使用，通过对用户的激励和补偿，既能使电力用户节约购电费用，又能起到 用户侧调峰的作用，从而进一步减少弃风，提高风电的消纳能力。
[0005] 近年来，我国风电装机容量规模迅猛增长，但并网风电设备的利用率较低，大规模 风电并网后风电消纳困难的问题日益突出，严重的弃风现状已经成为制约风电发展的首要 因素，为此迫切需要一种提升风电消纳能力的方法。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种提升风电消纳能力的方 法。
[0007] 所述方法包括如下步骤：
[0008] (1)、计算风电消纳前各时刻的弃风功率；
[0009] (2)、设定各时刻可控负荷变动值；
[0010] (3)、计算需求侧响应后负荷；
[0011] (4)、计算需求侧响应的总效益；
[0012] (5)、设定储能系统额定功率和额定容量；
[0013] (6)、定义储能系统各时刻出力曲线的状态；
[0014] (7)、计算风电消纳后风电出力功率和各时刻的弃风功率；
[0015] (8)、计算日内风电消纳后的弃风电量；
[0016] (9)、计算风电场投资储能的成本；
[0017] (10 )、求可控负荷变动值、储能系统额定功率和额定容量。
[0018] 优选的，按下式计算所述步骤(1)中的弃风功率Pab,t:
[0019] Pab, t= Ppre, t-P w, t (I)
[0020]其中，Ppre,t表示预测的日风功率，Pw,t表示风电实际出力功率。
[0021 ]优选的，所述步骤(2)中的可控负荷值Pa,t包括：
[0022] 若PIL,t>0,则?&#(〇，？^_)，表示电力用户在负荷低谷、电价低时可以适当增 加负荷，P IL,max表示电力用户可控负荷的上限；
[0023] 若PIL,t<0则?1^#[? 1^11，0)，表示电力用户在负荷高峰、电价高时可以适当减少 负荷，PIL,_表示电力用户可控负荷的下限；
[0024]若Pil,t = 0,表示电力用户在负荷不发生变动。
[0025]优选的，按下式计算所述步骤(3)中需求侧响应后负荷Klciad,*:
[0026] P7 = (2)
[0027] 其中，Plciad, t表示用电负荷，Pa, t表示可控负荷值。
[0028] 优选的，按下式计算所述步骤(4)中需求侧响应的总效益Iuse3r:
[0029] Iuser= IlL+Ie-ClL (3)
[0030] 其中，Iil表示用户参与需求侧响应项目获得的响应激励，Cr表示用户参与需求侧 响应的成本，表示用户参与需求侧响应节省的购电费用。
[0031] 优选的，所述步骤(6)中储能系统各时刻出力功率Pe3n, t包括：
[0032] Pen, t>0表示在负荷高且风电出力不足时储能放电；
[0033] Pen, t<0表示在非负荷高峰且风电出力过剩时储能充电；
[0034] Pen,t = 0表示储能不充不放电；
[0035] 其中，P?,t表示储能系统各时刻出力功率；
[0036] 按下式计算所述储能系统各时刻出力功率P?,*:
[0037]
(4)
[0038] 其中，Pe3ss表示储能系统额定功率，Ee3ss表示额定容量。
[0039] 优选的，所述步骤(7)风电消纳后风电功率K w,t用下式计算：
[0040] P7wjt = P7 load,t-Pen,t (5)
[0041] 式中，P'Itiad,t:需求侧响应后负荷，Pen,t:储能系统各时刻功率；
[0042]所述风电消纳后各时刻的弃风功率用下式计算：
[0043] P7abjt = Pprejt-P7Wjt (6)
[0044] P7w,t表示储能和可控负荷参与风电消纳后风电出力功率，Ppre,t表示预测日风功 率。
[0045] 优选的，所述步骤(8)日内风电消纳后的弃风电量Kab用下式计算：
[0046]
(7)
[0047] 式中，Pab, t:弃风功率。
[0048] 优选的，所述步骤(9)中风电场投资储能的成本Ce3ss包括:储能初始投资成本和储 能运行维护成本，两者均折算为每日成本。
[0049] 优选的，用多目标优化算法求所述步骤（10)中的可控负荷变动值Pk,t、储能系统 额定功率Pess和额定容量Eess。
[0050] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0051] 本发明综合考虑了风电场的经济利益和电力用户参与需求侧响应的经济可行性， 在满足双方经济性的前提下，最大限度的减少弃风，提升了风电消纳能力，实现了风电资源 的充分利用。
【附图说明】
[0052]图1为本发明的提升风电消纳能力的方法流程示意图；
【具体实施方式】
[0053]为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的 说明。
[0054]本发明提供一种提升风电消纳能力的方法，结合图1所示，所述方法包括如下步 骤：
[0055] 101、获取预设区域内预测日风功率Ppre,t、风电实际出力功率Pw,t、用电负荷Pi-,t、 电力用户可控负荷的上下限PlL,max、PlL,min、用户购电的峰谷分时电价eTQU、用户参与需求侧 响应的补偿电价eIL以及火电机组出力上下限Pthe,mX、P the,min;
[0056] 102、计算储能和可控负荷未参与风电消纳前各时刻的弃风功率?^*;
[0057] 103、设定用户在一日各时刻可控负荷值PIL,t;
[0058] 104、计算用户参与需求侧响应后负荷P7 ι-,?;
[0059] 105、计算用户参与需求侧响应的总效益Iuse3r;
[0060] 106、设定在风电场配置的储能系统额定功率Pess、额定容量Eess;
[00611 107、计算储能各时刻出力功率Pen, t;
[0062] 108、计算储能和可控负荷参与风电消纳后风电出力功率P^t;
[0063] 109、计算储能和可控负荷参与风电消纳后各时刻的弃风功率
[0064] 110、计算典型日内储能和可控负荷参与风电消纳后的弃风电量Kab;
[0065] 1011、计算风电场投资储能的成本Cess;
[0066] 1012、求满足条件的可控负荷变动值Pr,t以及储能系统额定功率Pess、额定容量 Eess 〇
[0067] 所述步骤102中的弃风功率Pab,t用下式计算：
[0068] Pabjt = Pprejt-Pwjt (1)
[0069] 其中，Ppre, t表示预测日风功率，Pw, t表示风电实际出力功率。
[0070] 所述步骤103中设定的可控负荷值Pa,t包括：
[0071] 若PIL,t>0,则?1^^(〇，？11#〇，表示电力用户在负荷低谷、电价低时可以适当增 加负荷，P IL,max表示电力用户可控负荷的上限值；
[0072] 若PIL,t<0则?1^#[? 1^11，0)，表示电力用户在负荷高峰、电价高时可以适当减少 负荷，PIL, min表示电力用户可控负荷的下限值；
[0073]若Pil,t = 0,表示电力用户在负荷不发生变动。
[0074] 所述步骤104中用户参与需求侧响应后负荷P7 i〇ad,t用下式计算：
[0075] P'1-，t = Piciad, t+PiL，t (2)
[0076] 其中，Plciad, t表示用电负荷功率，Pa, t表示可控负荷值。
[0077] 所述步骤105中用户参与需求侧响应的总效益Iuse3r用下式计算：
[0078] Iuser= IlL+Ie-ClL (3)
[0079] 其中，Ik表示用户参与需求侧响应项目获得的响应激励，Cr表示用户参与需求侧 响应的成本，表示用户参与需求侧响应节省的购电费用。
[0080] 所述步骤107中储能系统各时刻出力功率Pen,t包括：
[00811 P?,t>0表示在负荷高且风电出力不足时储能放电；
[0082] Pen, t<0表示在非负荷高峰且风电出力过剩时储能充电；
[0083] Pen, t = 0示储能不充不放电。
[0084]所述储能各时刻出力功率P?,t用下式计算：
[0085]
(4)
[0086] 其中，Pe3ss表示储能系统额定功率，Ee3s^示额定容量；
[0087] 储能系统的充放电需满足SOC约束，SP :S0Cmin<S0Ct<S0Cmax。
[0088] 所述步骤109中储能和可控负荷参与风电消纳后各时刻的弃风功率P^b,t用下式 计算：
[0089] - "、-，
[0090] P'w,t表示储能和可控负荷参与风电消纳后风电出力功率，Ρ_, t表示预测日风功 率。
[0091] 风电消纳后风电功率K w,t用下式计算：
[0092]
(6)
[0093]日内风电消纳后的弃风电量Kab用下式计算：
[0094]
(7)
[0095] 所述步骤1011中风电场投资储能的成本Cess包括:储能初始投资成本和储能运行 维护成本，两者均折算为每日成本。
[0096] 所述步骤1012用多目标优化算法求满足条件的可控负荷变动值Pk,t、储能系统额 定功率Pess和额定容量Eess。
[0097] 以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之 内。
【主权项】
1. 一种提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1 )、计算风电消纳前各时刻的弃风功率； (2) 、设定各时刻可控负荷变动值； (3) 、计算需求侧响应后负荷； (4) 、计算需求侧响应的总效益； 巧）、设定储能系统额定功率和额定容量； (6)、定义储能系统各时刻出力曲线的状态； (7 )、计算风电消纳后风电出力功率和各时刻的弃风功率； (8) 、计算日内风电消纳后的弃风电量； (9) 、计算风电场投资储能的成本； (10) 、求可控负荷变动值、储能系统额定功率和额定容量。2. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，按下式计算所述步骤 (1)中的弃风功率Pab, t: Pab, t = Ppre, t-Pw,t (1) 其中，Ppre, t表示预测的日风功率，Pw, t表示风电实际出力功率。3. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的可控 负荷值PlL, t包括： 若PlL, t>0 ,贝化IL, t G (0 , PlL, max),表不电力用户在负荷低谷、电价低时可W适当增加负 荷，PlL,max表示电力用户可控负荷的上限； 若PlL,t<0则PlL,tG[PlL,min, 0)，表示电力用户在负荷高峰、电价高时可W适当减少负 荷，PlL,min表示电力用户可控负荷的下限； 若PlL,t = 0,表示电力用户在负荷不发生变动。4. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，按下式计算所述步骤 (3)中需求侧响应后负荷P/ load,t: P' load,t = Pload,t+PlL,t ( 2 )其中，Pload, t表不用电负荷，PlL, t表不可控负荷值。5. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，按下式计算所述步骤 (4 )中需求侧响应的总效益Iuser : Iuser 二 IlL+Ie-ClL (3) 其中，IlL表示用户参与需求侧响应项目获得的响应激励，ClL表示用户参与需求侧响应 的成本，Ie表示用户参与需求侧响应节省的购电费用。6. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述步骤(6)中储能系 统各时刻出力功率Pen, t包括： Pen,t>0表示在负荷高且风电出力不足时储能放电； Pen,t<0表示在非负荷高峰且风电出力过剩时储能充电； Pen,t = 0表示储能不充不放电； 其中，Pen,康示储能系统各时刻出力功率； 按下式计算所述储能系统各时刻出力功率Pen,t: (4) 其中，Pess表示储能系统额定功率，Eess表示额定容量。7. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述步骤(7)风电消纳 后风电功率P\,t用下式计算： P'w,t = P' load,t-Pen,t (5) 式中，P/ lead, t:需求侧响应后负荷，Pen, t:储能系统各时刻功率； 所述风电消纳后各时刻的弃风功率P/ab,t用下式计算： P'ab,t = Ppre,t-P'w,t (6) P^w,t表示储能和可控负荷参与风电消纳后风电出力功率，Ppre,t表示预测日风功率。8. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述步骤(8)日内风电 消纳后的弃风电量护ab用下式计算：(7) 式中，Pab, t:弁W功準。9. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，所述步骤(9)中风电场 投资储能的成本Cess包括:储能初始投资成本和储能运行维护成本，两者均折算为每日成 本。10. 如权利要求1所述的提升风电消纳能力的方法，其特征在于，用多目标优化算法求 所述步骤(10)中的可控负荷变动值Pil, t、储能系统额定功率Pess和额定容量Eess。
【文档编号】H02J3/38GK105914785SQ201610313455
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】李建林, 张婳, 修晓青, 田春光
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网吉林省电力有限公司