考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及新能源承载能力评估，具体涉及新能源承载能力评估方法及系统。

背景技术

近年来，我国新能源发电装机增长迅速，装机容量、发电量占比越来越高，未来新能源必将迎来更大更快发展。新能源大规模并网，导致电网的新能源承载压力越来越大，必须要对新能源承载能力进行评估，确保当前以及未来电网的安全稳定运行。

现有技术中，对于电力系统新能源承载能力评估的研究包括：

《基于线性最优潮流的电力系统新能源承载能力分析》(中国电力，2022.55 (3)，董昱等)，建立了电力系统新能源承载能力线性最优潮流模型，在精度允许的前提下，解决传统最优潮流高次非凸模型难以求得全局最优解的问题。综合考虑节点电压、线路潮流、功率返送、机组爬坡等约束条件，评估电力系统新能源承载能力。《双碳背景下配电网对多元接入体的承载能力评估》(电网技术， 2021.11，李宏仲等)，应用相似性度量方法分析新能源特性与配电网承载能力之间的关联关系。为实现新能源最大限度地参与到能量交互过程，建立了以相似度最优和新能源消纳量最大为目标的两阶段优化评估模型。蔡葆锐等在2021年10 月的《云南电力技术》，发表过《考虑频率安全约束的云南电网新能源运行边界研究》，建立了考虑传统机组、直流频率限制控制、新能源的云南电网频率响应综合模型，在考虑系统最大频率偏差和频率变化率两个安全约束条件的情况下，对云南电网新能源的承载能力进行评估，指导云南电网实际运行控制。

在新能源承载能力评估方面，中国专利CN201811532482.X《一种通过系统频率稳定约束确定电网新能源承载力的方法》在系统功率扰动条件下，不断改变模型中新能源发电机组所承担负载比例和等值惯性时间常数，得到新能源渗透率不同时系统频率响应曲线，依据当前新能源渗透率下系统的最低频率、系统频率稳定约束中的最低频率下限值、当前新能源渗透率增加预定百分比数值后系统的最低频率，确定电网新能源承载力。中国专利CN202110638082.2《一种计及新能源机组一次调频的电网新能源承载能力评估方法及系统》提出了多级输电断面功率缺额等概念，提出计及电网频率响应因子评价指标，通过考虑新能源机组接入且具备调频能力，分配常规机组和新能源机组承担的一次调频备用容量，构建了一种基于多级输电断面稳定约束的互联省级电网新能源承载能力评价方法。

中国专利CN201910337063.9《一种基于电力系统在线惯量估计的新能源承载力预警方法》涉及一种基于电力系统在线惯量估计的新能源承载力预警方法，依据电网频率响应特性曲线，确定决定系统频率变化的关键参数；根据系统频率变化的约束条件，获得系统在最大扰动下的极限转动惯量；依据转动惯量与极限转动惯量评估新能源的承载力。中国专利CN202110647848.3《一种电力系统新能源承载能力评估方法及系统》，分析新能源机组各节点相关影响因素、设备数据和运行数据，确定新能源承载力评估模型，通过潮流计算得到新能源承载能力影响因素的敏感度，据此评估新能源承载能力。中国专利CN202111303623.2《考虑区间电力交换的区域电网新能源承载能力的测算方法》，基于规划年各分区的新能源装机基础方案与区间电力流交换情况，为规划年目标区域的新能源承载力测算提供影响因子，通过不同方式下的潮流计算结果，得到考虑区间电力流交换对区域电网新能源承载力的影响，为在电网运行中制定新能源调度及规划决策提供更加切实可靠的指导，为电网网架结构和电源结构的规划与建设提供科学依据。中国专利CN202110683011.4《一种实时显示区域新能源承载力的方法》，实时计算区域电网某一时段的最大新能源承载力容量，实时显示区域电网某一时段可以安装的最大新能源容量，可以替代承载力评估工作，节约了大量人工时间的同时，可以预警新能源承载力的变化趋势，为区域电网设备运行提供指导。

中国专利CN201911152362.1《考虑储能的区域电网新能源承载能力的测算方法》，通过综合考虑负荷水平、常规能源的发电能力、储能的配置容量及分区断面的传输极限，以区域电网稳定运行裕度、常规支持能源稳定运行裕度、区域电网电力电量平衡裕度为区域电网新能源承载能力指标进行测算。中国专利 CN201910851227.X《基于数据驱动和情景分析法的电网网源承载力评估方法》，基于历史运行数据对新能源和电网运行情景进行科学的聚类划分，进而实现电网在各种运行情境下对新能源承载能力的精细化评估，有助于促进大规模新能源的发展并网和保障电网的安全稳定运行。

综上所述，现有技术针对新能源承载能力的研究，主要集中在两个方面。第一个方面，根据电网约束条件，建立新能源承载能力评估模型，得到电网约束条件下某一时段内的新能源承载能力评估结果。但是用一个确定的数值表征新能源承载能力无法反映新能源出力的不确定性，也无法为电网调度运行提供更加全面合理的指导。第二个方面是，研究应用储能来提高新能源的承载能力。但缺乏基于预测数据的时序条件下的新能源承载能力评估研究，无法适用于新能源时序不确定性的特点。

因此，新能源承载能力评估技术研究的重点在于，建立新能源承载能力评估模型，评估电网当前状态下，能够反映新能源出力不确定性的承载能力结果，同时，综合考虑电网负荷、输送通道、传统机组等对新能源承载能力敏感影响因素，预测考虑储能的区域电网新能源承载能力，为电网规划与调度运行提供指导。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估方法及系统，以电网当前运行情况为约束条件，建立区域电网新能源承载能力评估模型，评估不同置信水平的区域电网新能源承载能力集合；然后考虑电网负荷、传统机组、外送通道等条件变化，建立区域电网新能源承载能力优化评估模型，得到区域电网不同置信区间的新能源承载能力，为电网调度运行提供技术支撑。

本发明采用如下的技术方案。

考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估方法，包括以下步骤：

步骤1，新能源出力特性分析，收集多时间尺度、多运行工况下的新能源出力数据，计算提取新能源出力的不确定性指标，构建新能源出力特性指标体系；

步骤2，电网多工况运行场景分析，根据电网运行情况，分析新能源承载能力对各影响因素的灵敏度，构建考虑电网实际运行的典型场景；

步骤3，建立多场景的新能源承载能力概率评估模型，得到在电网现有约束条件下，不同置信水平下的新能源承载能力评估结果集合；

步骤4，建立基于动态风险管理的新能源承载能力概率分析模型，开展新能源承载能力动态评估，得到不同置信水平下的新能源承载能力及储能配置方案。

优选地，步骤1中，出力特性指标包括出力率及其区间分布、持续出力曲线、波动性、日出力曲线、场站出力相关性分析。

优选地，步骤3中，电网现阶段承载力数学模型目标函数为调度时段内所有场景下，使得新能源承载能力最大。目标函数为：

其中t为调度时段间隔长；S为场景集；s为场景标号；p

约束条件包括电力电量平衡、常规机组发电出力与爬坡率、新能源机组出力、输电断面等：

电力电量平衡方程：

式中，P

常规机组发电出力约束：

γ

式中，P

常规机组爬坡速率约束：

ΔP

式中，ΔP

新能源机组出力约束：

P

式中，P

输电断面约束：

P

式中，P

优选地，步骤4中，随机性的各场景风险定义为：

式中，Risk(s)表示场景风险值，z

定义期望对应的风险：

/>

式中，EDR(z

考虑储能的新能源承载能力评估目标函数为：

考虑储能的新能源承载能力评估约束条件包括：

负荷平衡方程

式中，L(s)、

储能容量上下限约束

0≤Pes≤Pg

式中，Pg

新能源承载能力上下限约束

式中，L

送出通道能力约束

式中，

优选地，步骤4中，采用动态风险管理，评估不同期望下的新能源承载能力评估结果，以及储能容量对新能源承载能力的提升效果。

通过在目标函数中对期望风险加以很大的惩罚，得到相应最小化的风险值：

通过添加期望下方风险约束表示区域电网所愿意承受的风险水平：

EDR(z

所述动态风险管理为，求解风险中立条件下，区域电网新能源承载能力与储能容量配置的协调优化调度问题，以承载目标值z

在目标函数中对期望下风险加以很大的惩罚，并求解相应的电网协调优化调度问题，得到最小期望下的风险。

基于最小期望下的风险，选择一个可接受的风险水平，通过动态调整相应的风险约束，并求解相应的区域电网协调优化调度问题，得到满意的最优调度决策。得到的相应风险水平下的调度决策，是一个承载能力与风险间的平衡解。

考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估系统，包括出力特性分析模块、运行场景分析模块、承载能力概率评估模块、动态承载能力概率分析模块。

出力特性分析模块从时间尺度以及运行工况上对新能源出力特性进行分析，构建全流程出力特性指标体系。运行场景分析模块分析不同运行场景对新能源承载能力的影响程度，得到不同的影响权重。承载能力概率评估模块应用随机规划方法分析不确定性，得到不同置信水平下新能源承载能力评估结果集合。动态承载能力概率分析模块建立基于动态风险管理的新能源承载能力概率分析模型，得到不同置信水平下的新能源承载能力及储能配置方案。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

1、针对新能源出力的不确定性，建立考虑不确定性的新能源承载能力评估模型，得到反映新能源出力不确定性的不同置信水平的新能源承载能力评估结果，为调度运行提供科学合理的技术支撑；

2、综合考虑电网未来变化趋势，应用储能评估电网新能源承载能力，得到区域电网未来新能源承载能力的变化趋势，以及储能对新能源承载能力的提高效果，为电网规划与调度运行提供重要参考价值。

附图说明

图1是本发明考虑储能的区域电网新能源承载能力评估方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例1提供了一种考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，新能源出力特性分析，收集多时间尺度、多运行工况下的新能源出力数据，计算提取新能源出力的不确定性指标，构建新能源出力特性指标体系。

步骤1中，所述不确定性指标包括新能源出力率、不同日期出力曲线相关性、波动幅度等；所述时间尺度包括年、季、月、日，空间尺度包括场站、场群等，所述运行工况包括区域电网不同季节的典型运行工况。

步骤2，电网多工况运行场景分析，根据外送通道、传统机组开机方式、负荷曲线等电网运行情况，分析新能源承载能力对各影响因素的灵敏度，构建考虑电网实际运行的典型场景。

所述场景分析包括大/小负荷运行方式、极端运行方式等，分析不同运行场景对新能源承载能力的影响程度，即分析改变单一场景时的新能源承载能力变化情况，得到不同影响因素对承载能力的影响权重；

步骤3，建立多场景的新能源承载能力概率评估模型，得到在电网现有约束条件下，不同置信水平下的新能源承载能力评估结果集合；

所述新能源承载能力评估结果是由不同置信水平的承载能力组成的集合，即不同的承载能力对应不同的置信水平。

新能源承载能力概率评估模型包括目标函数和不同场景下的约束条件，其中目标函数为调度时段内所有场景下，新能源承载能力最大；约束条件包括电力电量平衡、常规机组发电出力与爬坡率、新能源机组出力、输电断面。

基于上述内容，本领域技术人员清楚如何建立新能源承载能力最大的目标函数，也清楚如何建立对应的约束条件。本发明实施例公开的目标函数以及各约束条件只是一种较优的技术方案，并非是对本发明新能源承载能力概率评估模型的具体限制。

在本发明的优选实施例中，电网现阶段承载力数学模型目标函数为调度时段内所有场景下，使得新能源承载能力最大。目标函数为：

式中：t为调度时段间隔长；S为场景集；s为场景标号；p

约束条件包括电力电量平衡、常规机组发电出力与爬坡率、新能源机组出力、输电断面等：

电力电量平衡方程。

式中，P

常规机组发电出力约束

γ

式中，P

常规机组爬坡速率约束

ΔP

式中，ΔP

新能源机组出力约束

P

式中，P

输电断面约束

P

式中，P

采用适用于求解不确定性问题的随机规划理论求解上述模型，实现新能源承载能力的期望最大。

步骤4，考虑电网未来负荷增长情况、通道规划、传统机组规划等因素，建立基于动态风险管理的新能源承载能力概率分析模型，开展新能源承载能力动态评估，得到不同置信水平下的新能源承载能力及储能配置方案。

定义随机性的各场景风险为：

式中，Risk(s)表示场景风险值，z

定义期望对应的风险：

式中，EDR(z

考虑储能的新能源承载能力评估目标函数为：

考虑储能的新能源承载能力评估约束条件包括：

负荷平衡方程

式中，L(s)、

储能容量上下限约束

0≤Pes≤Pg

式中，Pg

新能源承载能力上下限约束

式中，L

送出通道能力约束

式中，

采用动态风险管理理论，评估不同期望下的新能源承载能力评估结果，以及储能容量对新能源承载能力的提升效果。

通过在目标函数中对期望风险加以很大的惩罚，得到相应最小化的风险值：

通过添加期望下方风险约束表示区域电网所愿意承受的风险水平：

EDR(z

求解风险中立条件下，区域电网新能源承载能力与储能容量配置的协调优化调度问题，以承载目标值z

在目标函数中对期望下风险加以很大的惩罚，并求解相应的电网协调优化调度问题，得到最小期望下的风险。

基于最小期望下的风险，选择一个可接受的风险水平，通过动态调整相应的风险约束，并求解相应的区域电网协调优化调度问题，得到满意的最优调度决策。得到的相应风险水平下的调度决策，是一个承载能力与风险间的平衡解。

本发明实施例2提供了一种考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估系统，运行如实施例1所述的考虑储能的提高区域电网新能源承载能力评估方法，其包括：出力特性分析模块、运行场景分析模块、承载能力概率评估模块、动态承载能力概率分析模块。

出力特性分析模块从时间尺度以及运行工况上对新能源出力特性进行分析，构建全流程出力特性指标体系。运行场景分析模块分析不同运行场景对新能源承载能力的影响程度，得到不同的影响权重。承载能力概率评估模块应用随机规划方法分析不确定性，得到不同置信水平下新能源承载能力评估结果集合。动态承载能力概率分析模块建立基于动态风险管理的新能源承载能力概率分析模型，得到不同置信水平下的新能源承载能力及储能配置方案。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA) 指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。