基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法

技术领域

本发明属于电力系统可靠性分析技术领域，具体涉及一种基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法。

背景技术

在未来的电力领域煤中，煤电在电源结构中的比重将逐渐下降，风电、光伏等清洁能源的比重将大幅提高。

风电以及光伏等可再生能源发电存在间歇性、波动性特点，受风光不确定性影响较大，其实际可用容量可能远低于其装机容量；为确保电力供应安全，需要对一次能源发电可用容量进行评估测算；然而，现有对风电光伏可用容量的研究仅考虑了风光出力不确定性以及机组故障层面的影响，未涉及针对一次能源发电可用容量的影响，无法进一步对电力系统的供电安全进行风险评估。

综上所述，当前针对风电光伏发电容量的计算没有较为具体的实施方法，且计算效率相对较低，计算过程相对复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算效率提高、计算过程简单、计算流程具体的基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法。

本发明提供的这种基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法，包括如下步骤：

S1.获取煤电、风电、光伏的装机容量数据；

S2.采用步骤S1获取的数据，构建煤电装机容量模型、风电装机容量模型、光伏装机容量模型；

S3.采用步骤S2构建的煤电装机容量模型，构建基于通用生成函数的煤电机组可靠性模型；

S4.基于步骤S3构建的煤电机组可靠性模型，构建煤电机组可用容量模型；

S5.采用步骤S2构建的风电装机容量模型，构建基于通用生成函数的风电机组可靠性模型；

S6.基于步骤S5构建的风电机组可靠性模型，构建风电机组可用容量模型；

S7.采用步骤S2构建的光伏装机容量模型，构建基于通用生成函数的光伏系统可靠性模型；

S8.基于步骤S7构建的光伏系统可靠性模型，构建光伏可用容量模型；

S9.基于步骤S4构建的煤电机组可用容量模型、步骤S6构建的风电机组可用容量模型、步骤S8构建的光伏可用容量模型，定义一次能源发电可用容量通用计算公式；

S10.采用步骤S9定义的一次能源发电可用容量通用计算公式，计算基于风光不确定性的一次发电能源可用容量；

步骤S2所述的采用步骤S1获取的数据，构建煤电装机容量模型、风电装机容量模型、光伏装机容量模型，具体包括：

设计不同转型场景下的煤电退减路径，采用下述公式描述煤电装机容量占比演化路径曲线：

其中，

采用下公式计算不同转型场景下煤电、风电、光伏的装机容量：

其中，

采用下述通用生成函数描述煤电机组装机容量模型：

其中，

采用下述通用生成函数描述风电机组装机容量模型：

其中，

采用下述通用生成函数描述光伏系统装机容量模型：

其中，

步骤S3所述的采用步骤S2构建的煤电装机容量模型，构建基于通用生成函数的煤电机组可靠性模型，具体包括：

基于煤电机组的故障概率，建立基于通用生成函数的煤电机组可靠性模型，公式如下所示：

其中，

步骤S4所述的基于步骤S3构建的煤电机组可靠性模型，构建煤电机组可用容量模型，具体包括：

基于机组故障，采用下述公式建立煤电机组可用容量模型：

其中，

步骤S5所述的采用步骤S2构建的风电装机容量模型，构建基于通用生成函数的风电机组可靠性模型，具体包括：

(5-1)风速系统的微分方程：

基于马尔科夫随机过程模型，未来的风速只取决于当前的状态，与过去的状态无关；

选择所有可能的风速序列

其中，

(5-2)基于风速不确定性的风电机组出力模型用通用生成函数：

已知风速初始状态，通过求解上述微分方程组得到风速在各状态下的概率数值解；

根据风速-风机出力模型，求解得到风电机组在风速

采用下述公式表示基于风速不确定性的风电机组出力模型用通用生成函数：

其中，

(5-3)风机的可靠性状态概率：

风电机组故障影响风电机组的功率输出，对风机的可靠性状态采用马尔可夫模型进行建模求解；

短时期内的运行不考虑风机故障后的修复；求解下述微分方程得到风机的可靠性状态概率：

其中，

(5-4)风机可靠性模型：

建立如下所示的风机可靠性模型：

其中，

步骤S6所述的基于步骤S5构建的风电机组可靠性模型，构建风电机组可用容量模型，具体包括：

基于风速的不确定性和机组故障，采用下述公式建立风电机组可用容量模型：

其中，

步骤S7所述的采用步骤S2构建的光伏装机容量模型，构建基于通用生成函数的光伏系统可靠性模型，具体包括：

(7-1)光照强度模型：

光伏出力主要取决于太阳的光照强度，太阳光的辐射强度受太阳高度角和气象因素的影响；太阳高度角随时间变化，在太阳高度角影响下光照强度服从二次函数分布；

基于各种气象因素对光照强度的衰减作用，采用下述公式建立光照强度模型：

其中，L(τ)表示τ时刻的光照强度；L

(7-2)基于光照不确定性得到光伏出力模型：

根据上述得到的光照强度-机组出力对应模型，采用下述公式描述基于光照不确定性得到光伏出力模型：

其中，

(7-3)光伏的可靠性状态概率：

基于机组故障，采用马尔可夫模型对光伏系统的可靠性模型进行建模求解；

短时期内运行，不考虑光伏故障后的修复；求解下述微分方程得到光伏的可靠性状态概率：

其中，

(7-4)光伏系统可靠性模型：

建立如下所示的光伏系统可靠性模型：

其中，

步骤S8所述的基于步骤S7构建的光伏系统可靠性模型，构建光伏可用容量模型，具体包括：

基于光照的不确定性和机组故障，采用下述公式建立光伏机组可用容量模型：

其中，

步骤S9所述的基于步骤S4构建的煤电机组可用容量模型、步骤S6构建的风电机组可用容量模型、步骤S8构建的光伏可用容量模型，定义一次能源发电可用容量通用计算公式，具体包括：

采用下述公式表示一次能源发电可用容量通用计算：

其中，

本发明提供的这种基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法，设计不同转型场景下的煤电退减路径，建立考虑煤电、风电、光伏的装机容量模型；考虑煤电机组的故障概率，建立基于通用生成函数的煤电机组可用容量模型；考虑风速不确定性以及风机故障，建立基于马尔可夫模型的风电机组可用容量模型；考虑光照不确定性以及光伏系统故障，建立基于马尔可夫模型的光伏系统可用容量模型；综合上述可用容量模型，给出一次能源多状态的可用容量通用计算公式；本发明简单高效地计算了风光不确定性的一次能源发电可用容量，从而为电力系统供电安全风险评估提供参考。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种基于风光不确定性的一次发电能源可用容量计算方法，包括如下步骤：

S1.获取煤电、风电、光伏的装机容量数据；

S2.采用步骤S1获取的数据，构建煤电装机容量模型、风电装机容量模型、光伏装机容量模型；具体包括：

设计不同转型场景下的煤电退减路径，采用下述公式描述煤电装机容量占比演化路径曲线：

其中，

采用下公式计算不同转型场景下煤电、风电、光伏的装机容量：

其中，

采用下述通用生成函数描述煤电机组装机容量模型：

其中，

采用下述通用生成函数描述风电机组装机容量模型：

其中，

采用下述通用生成函数描述光伏系统装机容量模型：

其中，

S3.采用步骤S2构建的煤电装机容量模型，构建基于通用生成函数的煤电机组可靠性模型；具体包括：

基于煤电机组的故障概率，建立基于通用生成函数的煤电机组可靠性模型，公式如下所示：

其中，

S4.基于步骤S3构建的煤电机组可靠性模型，构建煤电机组可用容量模型；具体包括：

基于机组故障，采用下述公式建立煤电机组可用容量模型：

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其中，

S5.采用步骤S2构建的风电装机容量模型，构建基于通用生成函数的风电机组可靠性模型；具体包括：

(5-1)风速系统的微分方程：

基于马尔科夫随机过程模型，未来的风速只取决于当前的状态，与过去的状态无关；

选择所有可能的风速序列

其中，

(5-2)基于风速不确定性的风电机组出力模型用通用生成函数：

已知风速初始状态，通过求解上述微分方程组得到风速在各状态下的概率数值解；

根据风速-风机出力模型，求解得到风电机组在风速

采用下述公式表示基于风速不确定性的风电机组出力模型用通用生成函数：

其中，

(5-3)风机的可靠性状态概率：

风电机组故障影响风电机组的功率输出，对风机的可靠性状态采用马尔可夫模型进行建模求解；

短时期内的运行不考虑风机故障后的修复；求解下述微分方程得到风机的可靠性状态概率：

其中，

(5-4)风机可靠性模型：

建立如下所示的风机可靠性模型：

其中，

S6.基于步骤S5构建的风电机组可靠性模型，构建风电机组可用容量模型；具体包括：

基于风速的不确定性和机组故障，采用下述公式建立风电机组可用容量模型：

其中，

S7.采用步骤S2构建的光伏装机容量模型，构建基于通用生成函数的光伏系统可靠性模型；具体包括：

(7-1)光照强度模型：

光伏出力主要取决于太阳的光照强度，太阳光的辐射强度受太阳高度角和气象因素的影响；太阳高度角随时间变化，在太阳高度角影响下光照强度服从二次函数分布；

基于各种气象因素对光照强度的衰减作用，采用下述公式建立光照强度模型：

其中，L(τ)表示τ时刻的光照强度；L

(7-2)基于光照不确定性得到光伏出力模型：

根据上述得到的光照强度-机组出力对应模型，采用下述公式描述基于光照不确定性得到光伏出力模型：

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其中，

(7-3)光伏的可靠性状态概率：

基于机组故障，采用马尔可夫模型对光伏系统的可靠性模型进行建模求解；

短时期内运行，不考虑光伏故障后的修复；求解下述微分方程得到光伏的可靠性状态概率：

其中，

(7-4)光伏系统可靠性模型：

建立如下所示的光伏系统可靠性模型：

其中，

S8.基于步骤S7构建的光伏系统可靠性模型，构建光伏可用容量模型；具体包括：

基于光照的不确定性和机组故障，采用下述公式建立光伏机组可用容量模型：

其中，

S9.基于步骤S4构建的煤电机组可用容量模型、步骤S6构建的风电机组可用容量模型、步骤S8构建的光伏可用容量模型，定义一次能源发电可用容量通用计算公式；具体包括：

采用下述公式表示一次能源发电可用容量通用计算：

其中，

S10.采用步骤S9定义的一次能源发电可用容量通用计算公式，计算基于风光不确定性的一次发电能源可用容量。