基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法、装置及设备。

背景技术

电力系统生产模拟是电力系统规划和运行的基本分析工具之一，能够在指定边界条件下对于电力系统的运行进行模拟仿真，得到关键的经济性和技术性指标。因此，研究快速、有效、易于实现的生产模拟手段对于模拟实际电力系统运行情况或评估电力系统规划方案来说至关重要。

当前，以风电和水电为代表的新能源发电机组装机容量逐年上升。在多能互补系统中，风电、水电等大规模间歇式可再生能源有着与火电等常规电源所不同的特点，显著的短时波动性、随机性和间歇性使得它们的并网对传统生产模拟方法带来了极大挑战，因此，需要找到新的方法来对其进行模拟。

发明内容

本发明提供一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法、装置及设备，以解决现有技术对风电机组生产模拟研究考虑不足的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法，包括以下步骤：

获取电力系统的运行边界条件，并对所述运行边界条件进行预处理；

获取海上风电机组的发电能力值；其中，所述发电能力值表示的是全年小时级时序发电能力；

建立海上风电机组组合模型；其中，所述海上风电机组组合模型包括以电力系统的发电成本最低为目标建立的目标函数和对应的约束条件；

根据所述发电能力值和预处理后的运行边界条件，对所述海上风电机组组合模型进行生产模拟计算，得到生产模拟计算结果。

作为其中一种可选的实施例，所述电力系统的运行边界条件包括时序负荷曲线、系统参数、机组参数。

作为其中一种可选的实施例，所述海上风电机组的发电能力值的获取方式具体为：

获取海上风电机组的发电能力计算参数；

根据所述发电能力计算参数计算海上风电机组的发电能力值。

作为其中一种可选的实施例，所述海上风电机组的发电能力值的计算公式具体为：

其中，P

作为其中一种可选的实施例，所述电力系统的发电成本包括日内不可启停火电机组的发电成本、日内可启停火电机组的发电成本、可再生能源机组的发电成本、水电机组的发电成本、抽水蓄能机组的发电成本。

作为其中一种可选的实施例，所述目标函数的表达式具体为：

其中，V、P、I分别表示发电成本、出力、启停状态变量，变量下标c、f、h、p、w、wd分别表示不可启停火电机组、可启停火电机组、水电机组、抽蓄机组、可再生能源机组、切除可再生能源，变量上标t、t-1表示时段t和时段t-1，C

作为其中一种可选的实施例，所述预设约束条件包括电力平衡约束、电力系统正负备用约束、机组出力上下限约束、启停机组最小开机以及停机时间约束、机组爬坡约束、水电机组电量约束、抽蓄机组抽水发电平衡约束、变量范围约束。

本发明另一实施例对应提供了一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟装置，包括：

运行边界条件处理模块，用于获取电力系统的运行边界条件，并对所述运行边界条件进行预处理；

发电能力获取模块，用于获取海上风电机组的发电能力值；其中，所述发电能力值表示的是全年小时级时序发电能力；

组合模型建立模块，用于建立海上风电机组组合模型；其中，所述海上风电机组组合模型包括以电力系统的发电成本最低为目标建立的目标函数和对应的约束条件；

生产模拟计算模块，用于根据所述发电能力值和预处理后的运行边界条件，对所述海上风电机组组合模型进行生产模拟计算，得到生产模拟计算结果。

本发明另一实施例对应提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法、装置及设备，能够在保持大规模海上风电并网的基础上，采用风电机组组合模型，以电力系统发电成本最低为目标，综合考虑电力系统的各个约束条件和全年小时级时序发电能力，以小时为时段、日为计算单元、年为计算周期，有效考虑了风电的随机性、波动性和间歇性的特性，解决了现有技术对风电机组生产模拟研究考虑不足的问题，实现了对电力系统的全年精细化模拟。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供的一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法的流程示意图，所述方法包括步骤S11至步骤S14：

S11、获取电力系统的运行边界条件，并对所述运行边界条件进行预处理。

S12、获取海上风电机组的发电能力值；其中，所述发电能力值表示的是全年小时级时序发电能力。

S13、建立海上风电机组组合模型；其中，所述海上风电机组组合模型包括以电力系统的发电成本最低为目标建立的目标函数和对应的约束条件。

S14、根据所述发电能力值和预处理后的运行边界条件，对所述海上风电机组组合模型进行生产模拟计算，得到生产模拟计算结果。

可以理解的是，由于海上风电具有随机性、波动性、间歇性的特性，大规模海上风电并网给电力供应、电网调峰以及传统生产模拟方法带来了极大挑战。而水电是优质的调节资源，通过水库调节作用可实现电力电量的多时间尺度调节，在风电大发时水电降低出力蓄水，在风电小发时增加出力发电，实现风水互补。因此，需要找到新的方法来对其进行模拟。

而与现有技术相比，本发明实施例提供了一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法，能够在保持大规模海上风电并网的基础上，采用风电机组组合模型，以电力系统发电成本最低为目标，综合考虑电力系统的各个约束条件和全年小时级时序发电能力，以小时为时段、日为计算单元、年为计算周期，有效考虑了风电的随机性、波动性和间歇性的特性，解决了现有技术对风电机组生产模拟研究考虑不足的问题，实现了对电力系统的全年精细化模拟。

作为其中一种可选的实施例，所述电力系统的运行边界条件包括时序负荷曲线、系统参数、机组参数。

作为其中一种可选的实施例，所述海上风电机组的发电能力值的获取方式具体为：

获取海上风电机组的发电能力计算参数；

根据所述发电能力计算参数计算海上风电机组的发电能力值。

作为其中一种可选的实施例，所述海上风电机组的发电能力值的计算公式具体为：

其中，P

需要说明的是，海上风电发电能力是根据模拟风速及风机动力特性计算得到的，其形式为全年小时级时序发电能力曲线。

作为其中一种可选的实施例，所述电力系统的发电成本包括日内不可启停火电机组的发电成本、日内可启停火电机组的发电成本、可再生能源机组的发电成本、水电机组的发电成本、抽水蓄能机组的发电成本。

作为其中一种可选的实施例，所述目标函数的表达式具体为：

其中，V、P、I分别表示发电成本、出力、启停状态变量，变量下标c、f、h、p、w、wd分别表示不可启停火电机组、可启停火电机组、水电机组、抽蓄机组、可再生能源机组、切除可再生能源，变量上标t、t-1表示时段t和时段t-1，C

可以理解的是，

作为其中一种可选的实施例，所述预设约束条件包括电力平衡约束、电力系统正负备用约束、机组出力上下限约束、启停机组最小开机以及停机时间约束、机组爬坡约束、水电机组电量约束、抽蓄机组抽水发电平衡约束、变量范围约束。

示例性的，约束条件的数学表达式如下：

P

P

P

P

ΔP

ΔP

式中：

上标t表示时段号；

T表示时段总数；

D

r

r

P

P

P

P

P

P

P

P

P

λ

Δt

Δt

P

P

P

P

E

其中，

公式(3)为：电力平衡约束；

公式(4)-(5)为：系统正负备用约束；

公式(6)-(10)为：机组出力上下限约束；

公式(11)-(12)为：启停机组最小开机、停机时间约束；

公式(13)-(14)为：机组爬坡约束；

公式(15)为：水电机组电量约束；

公式(16)-(17)为：抽蓄机组抽水发电平衡约束；

公式(18)-(19)为：变量范围约束。

值得说明的是，在保持大规模海上风电并网的基础上，通过满足正负备用以及小时级的爬坡需求，能够保持经济性最优。

作为其中一种可选的实施例，在步骤S14中，通过对海上风电机组组合模型进行生产模拟计算，能够分析大规模海上风电并网对系统电力电量的平衡影响，得到全年电力电量平衡结果，同时还能够通过累加全年每一天弃风电量精确计算得到全年的弃风电量，更加科学合理地开展弃风率分析。

值得说明的是，常规的生产模拟模型面向传统水火电为主的电力系统，无法考虑海上风电的随机性、波动性、间歇性特征，导致对系统灵活性考虑不足，且通过估算得到全年风电消纳情况，无法精确计算全年风电消纳情况，造成对弃风统计不准确。通过运用本实施例提供的生产模拟方法，能够通过累加全年每一天弃风电量精确计算得到全年的弃风电量，更加科学合理地开展弃风率分析。

参见图2，是本发明实施例提供的一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟装置的结构示意图，包括：

运行边界条件处理模块21，用于获取电力系统的运行边界条件，并对所述运行边界条件进行预处理；

发电能力获取模块22，用于获取海上风电机组的发电能力值；其中，所述发电能力值表示的是全年小时级时序发电能力；

组合模型建立模块23，用于建立海上风电机组组合模型；其中，所述海上风电机组组合模型包括以电力系统的发电成本最低为目标建立的目标函数和对应的约束条件；

生产模拟计算模块24，用于根据所述发电能力值和预处理后的运行边界条件，对所述海上风电机组组合模型进行生产模拟计算，得到生产模拟计算结果。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种基于海上风电机组的电力系统生产模拟装置，能够在保持大规模海上风电并网的基础上，采用风电机组组合模型，以电力系统发电成本最低为目标，综合考虑电力系统的各个约束条件和全年小时级时序发电能力，以小时为时段、日为计算单元、年为计算周期，有效考虑了风电的随机性、波动性和间歇性的特性，解决了现有技术对风电机组生产模拟研究考虑不足的问题，实现了对电力系统的全年精细化模拟。

参见图3，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。该实施例的终端设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序。所述处理器30执行所述计算机程序时实现上述各个基于海上风电机组的电力系统生产模拟方法实施例中的步骤。或者，所述处理器30执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备3中的执行过程。

所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备3可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备3还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器30是所述终端设备3的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备3的各个部分。

所述存储器31可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器30通过运行或执行存储在所述存储器31内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器31内的数据，实现所述终端设备3的各种功能。所述存储器31可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器31可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述终端设备3集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器30执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。