一种基于短期波动特性分析的爬坡容量需求评估方法

技术领域

本发明属于电力调度技术领域；尤其涉及一种基于短期波动特性分析的爬坡容量需求评估方法。

背景技术

随着风电、光伏等新能源快速发展，电网运行面临更加剧烈的冲击。特别是在实时调度运行期间，风电、光伏等新能源发电出力波动性较大，一方面需要更多调频容量，以满足实时调度平衡的需要，另一方面也亟需更多的爬坡容量，以适应新能源发电出力骤增或骤降带来的发用电功率偏差。

所谓爬坡容量，是指发电机组快速增加或减少发电出力，以满足发用电功率偏差调节需求的一种辅助服务。爬坡服务与调频服务差别在于：

(1)调频服务是一种超短期时间尺度的自动调节功能，一般面向秒级的发用电功率偏差调整，其响应周期一般为5-10秒；

(2)爬坡服务是一种短期时间尺度的发电出力调节功能，一般面向分钟级的发用电公平偏差调整，其响应周期一般为2-3分钟。

更大时间尺度(10-15分钟)的发用电功率平衡主要依靠发电计划予以平衡，调频服务则用于消除超短期偏差，爬坡服务作为两者间衔接，用于解决短期发用电功率偏差调节问题。

传统电网运行控制中，用电负荷波动是造成发用电功率偏差的主要因素，其变化趋势性较强，依靠发用电计划合理编制，在发电机组自身规定爬坡能力范围内即可满足偏差调节要求。随着新能源规模快速增加，电网发用电功率波动更加剧烈。在发电计划执行期间，发用电功率也存在较大幅度的变动，造成大额发用电功率偏差，迫切需要预留爬坡服务，以满足调节要求。而目前爬坡服务的研究尚处于起步阶段，现有研究主要围绕爬坡服务与电能量计划衔接问题，例如参考文献[1]提出了灵活性资源参与的实时出清，其本质即为爬坡服务与电能量服务联合出清方法，所述灵活性资源本质上就是爬坡服务。

然而对电网运行所需要的爬坡容量尚缺乏研究，即应该预留多少爬坡容量，导致爬坡服务优化等缺乏依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于短期波动特性分析的爬坡容量需求评估方法，以解决电网运行所需要的爬坡容量尚缺乏研究，即应该预留多少爬坡容量，导致爬坡服务优化等缺乏依据等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于短期波动特性分析的爬坡容量需求评估方法，所述方法包括：

步骤1、分类测算用电负荷、风电发电出力、光伏发电出力各类型波动源短期波动量；

步骤2、根据波动源短期波动量分布统计，分析变化规律；

步骤3、测算满足运行需要的最优爬坡容量需求；

步骤4、考虑调频响应偏差，对基准爬坡容量需求进行修正，得到满足实际应用要求的爬坡容量需求。

测算波动源短期波动量时，先明确波动源范围，并获取基础数据，基础数据为各类型波动源在调度机构数据采集与监视控制系统中实际采集数据，该数据采集时间间隔为毫秒级；统计各类型波动源在调频周期范围内出力均值；调频周期为5-10秒，在调频周期范围内波动源出力波动所产生的发用电功率偏差，由调频服务调整予以平衡；以调频周期内波动源出力均值作为整体水平的评估参考；规定调频周期为ΔT

统计电能量计划周期范围内基准爬坡速率；电能量计划周期范围内基准爬坡容量是指电能量计划中相邻时刻的波动源出力差值对应的爬坡速率；以电能量计划周期范围内波动源出力均值作为该周期范围内波动源出力评估值，则基准爬坡速率为相邻周期波动源出力评估值之差与电能量计划周期的比值，表示为：

式中，v

电能量计划周期范围内波动源基准爬坡速率应由调度机构预测，并纳入电能量计划编制通过优化发电计划予以平衡。

统计爬坡周期范围内波动源出力变化量，爬坡周期范围内波动源出力最大变化量为爬坡周期范围内各调频时段波动源出力均值差值的最大值，表示为：

式中，

测算爬坡周期内波动源短期波动量；表示为：

式中，V

根据波动源短期波动量分布统计，分析变化规律时，采用统计直方图方式，统计各波动源短期波动量分布特性；统计波动源短期波动量历史数据，并按照从小到大顺序排序；以最大、最小短期波动量为界，将波动量短期波动量等间隔划分为NS个区间，并统计每个区间范围内波动源短期波动量发生次数；该波动源在该区间内发生概率即为发生次数与历史统计次数比值，区间范围内发生概率相同，表示为：

式中，Pro

测算满足运行需要的最优爬坡容量需求时，构建以预期综合成本最低为目标的优化模型，测算各类型波动源最优爬坡容量需求；优化目标要求爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失整体最低，约束条件为短期波动量需求约束，表示为：

式中，为波动源v对应最优爬坡容量需求，为爬坡服务交易规则规定的申报限价，为预期弃风弃光电量，为含绿证价格的弃风弃光惩罚价格，、分别为爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失优化目标项权重，为波动源v最大短期波动量；

其中预期弃风弃光电量为超出最优爬坡容量需求后波动源波动电量，表示为：

式中，N

求解式(5)即得到该波动源最优爬坡容量需求。

基准爬坡容量需求即为考虑各类型波动源最优爬坡容量需求后的整体爬坡容量需求，表示为：

式中，NV表示波动源数量，R

考虑调频响应偏差后修正的爬坡容量需求表示为：

式中，R

本发明有益效果：

本发明充分考虑调频服务、电能量计划与爬坡服务间耦合关系，提出了波动源短期波动量测算方法，统筹爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失，构建了波动源最优爬坡容量需求评估模型，测算得到基准爬坡容量需求，并通过调频执行偏差修正得到满足实际要求的爬坡容量需求。

解决了电网运行所需要的爬坡容量尚缺乏研究，即应该预留多少爬坡容量，导致爬坡服务优化等缺乏依据等技术问题。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明具体实施方式统计直方图。

具体实施方式

本发明本发明充分考虑调频服务、电能量计划与爬坡服务间耦合关系，提出了波动源短期波动量测算方法，统筹爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失，构建了波动源最优爬坡容量需求评估模型，测算得到基准爬坡容量需求，并通过调频执行偏差修正得到满足实际要求的爬坡容量需求。

具体包括：

步骤一：测算波动源短期波动量

该步骤的实施目的在于分类测算用电负荷、风电发电出力、光伏发电出力等各类型波动源短期波动量。

优选的，明确波动源范围，并获取基础数据。爬坡容量需求评估中所考虑的波动源主要包括用电负荷、风电发电出力、光伏发电出力。实际应用中调度机构可根据自身实际，调整波动源范围。所需要的基础数据为各类型波动源在调度机构数据采集与监视控制系统中实际采集数据，该数据采集时间间隔一般为毫秒级。为统计中对用电负荷、风电发电出力、光伏发电出力等不同波动源的称谓，本发明后续统一以波动源出力对其称呼。

优选的，统计各类型波动源在调频周期范围内出力均值。调频周期一般为5-10秒，在调频周期范围内波动源出力波动所产生的发用电功率偏差，由调频服务调整予以平衡。以调频周期内波动源出力均值作为其整体水平的评估参考。本发明中规定调频周期为ΔT

优选的，统计电能量计划周期范围内基准爬坡速率。所谓电能量计划周期是指发电计划编制或日前电力市场出清的优化时间间隔，目前一般为15分钟。电能量计划周期范围内基准爬坡容量是指电能量计划中相邻时刻的波动源出力差值对应的爬坡速率。以电能量计划周期范围内波动源出力均值作为该周期范围内波动源出力评估值，则基准爬坡速率为相邻周期波动源出力评估值之差与电能量计划周期的比值，可表示为：

式中，v

电能量计划周期范围内波动源基准爬坡速率应由调度机构预测，并纳入电能量计划编制通过优化发电计划予以平衡。

优选的，统计爬坡周期范围内波动源出力变化量。爬坡周期介于电能量计划周期、调频周期之间，由调度运行人员规定，一般为2-3分钟。爬坡周期范围内波动源出力最大变化量为爬坡周期范围内各调频时段波动源出力均值差值的最大值，可表示为：

式中，

优选的，测算爬坡周期内波动源短期波动量。爬坡周期内波动源短期波动量是指扣除已在电能量计划周期内予以平衡的基准爬坡速率后出力变化量，可表示为：

式中，V

步骤二：统计波动源短期波动量分布

该步骤的目的在于根据波动源短期波动量分布统计，分析其变化规律。

优选的，采用统计直方图方式，统计各波动源短期波动量分布特性。参考附图2，统计波动源短期波动量历史数据，并按照从小到大顺序排序；以最大、最小短期波动量为界，将波动量短期波动量等间隔划分为NS个区间，并统计每个区间范围内波动源短期波动量发生次数；该波动源在该区间内发生概率即为发生次数与历史统计次数比值，区间范围内发生概率相同，可表示为：

式中，Pro

步骤三：测算基准爬坡容量需求

该步骤的目的在于统筹经济性与安全性，测算满足运行需要的最优爬坡容量需求。理论上，爬坡容量越大，抵御实时运行期间各类型波动源出力波动能力越强，安全性越高，即对波动源v，其对应爬坡容量大于该波动源历史最大短期波动量，才能满足要求。然而预留爬坡容量越大，爬坡服务市场交易成本越高；若预留爬坡容量低于最大短期波动量，则超出部分波动量需要采取控制新能源发电出力等方式予以平衡，将产生弃风弃光电量损失。最优爬坡容量需求应保障爬坡服务交易费用与预期弃风弃光电量损失整体最优。考虑到用电负荷、风电发电出力、光伏发电出力间无相关性，本发明中整体爬坡容量需求为各类型波动源爬坡容量需求之和。

优选的，测算各类型波动源最优爬坡容量需求。可构建以预期综合成本最低为目标的优化模型，测算各类型波动源最优爬坡容量需求。优化目标要求爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失整体最低，约束条件为短期波动量需求约束，可表示为：

式中，为波动源v对应最优爬坡容量需求，为爬坡服务交易规则规定的申报限价，为预期弃风弃光电量，为含绿证价格的弃风弃光惩罚价格，、分别为爬坡服务交易费用、预期弃风弃光电量损失优化目标项权重，为波动源v最大短期波动量。

其中预期弃风弃光电量为超出最优爬坡容量需求后波动源波动电量，可表示为：

式中，N

求解式(5)即可得到该波动源最优爬坡容量需求，该模型为含微分项规划问题，可采用试探法求解，不影响本发明主要创新，不赘述其实施细节。

优选的，测算基准爬坡容量需求。所谓基准爬坡容量需求即为考虑各类型波动源最优爬坡容量需求后的整体爬坡容量需求，可表示为：

式中，NV表示波动源数量，R

步骤四：修正爬坡容量需求

该步骤的目的在于考虑调频响应偏差，对基准爬坡容量需求进行修正，得到满足实际应用要求的爬坡容量需求。电能量计划预测偏差也可能对爬坡容量需求产生影响，考虑到当前我国采用日前、滚动、实时多级滚动预测修正运行模式，能够逐步优化预测结果，且爬坡周期时长短于电能量计划周期，其预测偏差影响将被进一步减小，故本发明未考虑该修正需要。

优选的，根据实际最大调频响应偏差对爬坡容量需求进行修正。实际执行期间，调频服务响应会存在响应偏差，即调频电源实际调频响应容量与调频指令间存在差距。该差距可能在爬坡周期内累计，同样需要爬坡服务予以平衡。考虑调频响应偏差后修正的爬坡容量需求可表示为：

式中，R