考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析.pdf

  • 文档大小:686.8 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-12 发布
  • 举报
考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析1 考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析2 考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析3 考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析4 考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析5 考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第41卷第1期2013年1月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlv01.41NO.1Jan.1.2013考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析张谦,奚巍民,黄俊辉,秦旭东(江苏省电力公司,江苏南京210008)摘要:概率潮流计算为电力规划中分析电力系统中不确定因素对电网运行安全性与经济性影响提供了有效工具,现有的概率潮流计算中,仅考虑到负荷的不确定性,而往往忽略系统调度运行对潮流的控制作用,因而难以反映实际潮流的概率分布。基于运行模拟评估了江苏电网2020年5O0kV电网过江断面概率潮流,分别建立了时序负荷模型、间歇性能源随机运行模拟、检修计划模型以及考虑线路潮流约束的机组组合模型,通过对系统逐日运行模拟得到线路时序潮流,进而通过统计得到概率潮流。提出的方法相对于传统概率潮流模型而言,更详细地考虑了机组发电计划以及系统运行对线路潮流的影响,为规划层面评价电网的安全性与经济性提供了有力支撑。关键词:电力系统规划;概率潮流;不确定因素;运行模拟;机组组合ProbabilisticloadflowevaluationconsideringsystemoperationmodefortransmissionlinesacrosstheYangziriverofJiangsupowergrid———ZHANGQian,XlWeimin,HUANGJunhui,QINXudung(JiangsuElectricPowerCompany,Nanjing210008,China)Abstract:Probabilisticpowerflowcalculationprovidesaneffectivetoolinevaluatingtheimpactoftheuncertainfactorsofpowersystemonthesecurityandeconomyofsystemoperation.Themodelsofexistingprobabilisticpowerflowonlytakeintoaccounttheuncertaintyofloadandignorethedispatchingofsystemoperationwhichmajorlydeterminesthepowerflow.Thismayleadtosignificantdeviationfromtherealisticprobabilitydistributionofpowerflow.Thispapercarriesoutanempiricalanalysisontheprobabilisticloadflowof500kVtransmissionlinesacrosstheYangziriverofJiangsupowergridin2020.Thepaperdescribesindetailtheloadtimeseriesmodel,intermittentenergyoperationsimulationmodel,maintenanceschedulingmodelandunitcommitmentmodelconsideringgridconstraintrespectively.Theprobabilisticpowerflowisobtainedthroughstatisticsaftercalculatingthetimeseriespowerflowbydailysystemoperationsimulation.Comparedwiththeconventionalprobabilisticloadflowmodel,theproposedmethodconsiderstheimpactofgeneratorschedulingandsystemoperationonthepowerflowinamorepracticalway,whichprovidesstrongsupportforthesecurityandeconomyassessmentofpowergridunderplanning.Keywords:powersystemplanning;probabilisticpowerflow;uncertainfactors;operationsimulation;unitcommitment中图分类号:TM77文献标识码:A—文章编号:1674-3415(2013)010047-060引言潮流计算是电力系统基本理论的重要组成部分,是电力系统静态安全分析的基础,传统的静态安全分析中,通过潮流计算仅能分析系统部分运行状态,而面对电力系统各种可能的运行状态,往往将其概括为几种典型运行方式进行分析。针对传统潮流计算的局限性,Borkowska在1963年提出概率潮流理论l】],分析了系统在负荷预测误差、发电和输电元件的随机故障等因素影响下电力系统支路潮“”流以及节点电压等参量全景的运行信息,且给出各种状态对应的先验概率,为电力系统运行决策与事故防范提供有效信息。概率潮流理论是电力系统潮流计算的补充与延伸,成为电力规划中的有力工具。特别是近年来,大规模风电的接入极大地增加了系统发电侧的不确定性弓J,使系统运行方式的组合急剧增长,为电力系统安全分析提出了新的挑战J。应用概率潮流能够更有效地分析风电出力对电力系统运行的影响,对于考虑风电的电力系统规划及安全分析具有重要意义L5J。概率潮流计算从建模方法上可分为直流概率潮流与交流概率潮流,从研究内容上包括考虑负荷的..48..电力系统保护与控制不确定性、发电元件的不确定性以及输电网的不确定性。概率潮流的计算方法包括随机模拟法【6]、点估计法【、卷积法]、积留量法(半不变量法)[,1以及序列运算法lJj_等。现有的概率潮流计算中,仅考虑到负荷的不确定性,而往往忽略系统调度运行方式对潮流的控制作用,因而有效性仅局限于小规模、较低电压等级的电网或系统短期不确定性的评估。对于大规模电网而言,其潮流很大程度上受到机组发电计划以及系统运行方式的影响,目前的概率潮流计算方法往往难以反映实际潮流长期的概率分布。与此同时,在电力规划中利用运行模拟实现对规划方案的评估逐渐成为该领域的研究热点,相比传统的以可靠性为中心的生产模拟_l圳,系统运行模拟能够考虑系统调度运行规则,能够更准确地实现未来电力系统运行形态的再现。例如文献[15]利用Scanner软件中的规划评估模型,基于系统输电元件的状态采样以及风电与负荷的序列化模拟,分析了比利时应对风电接入的合理电网规划方案及其成本。文献[16] ̄iJ用1NVERT软件评估了包括家用电、冷、热负荷、热电联产机组、生物质能发电以及风电、太阳能等间歇性能源在内的系统时序电力平衡。文献[17]介绍了来自丹麦的电力规划决策与评估软件Balmorel的模型,该模型采用年优化与周优化两层运行优化模型在电力市场环境下对系统各类型机组的出力进行优化,进而详细评估规划方案对应的系统年运行成本。文献[18]利用来自丹麦的Wilmar软件,通过逐日计算的随机机组组合模型分析了抽水蓄能机组对系统调度运行的作用。文献[19.20]通过对系统逐日的经济调度与机组组合的模拟,研究了风电接入对常规机组运行的影响。以上系统中,对于机组出力特性以及系统调度环境的建模十分详细,但是对于系统线路约束考虑较少。本文基于上述理论成果,提出了适应于我国电力系统调度运行规则的运行模拟框架。分别建立了时序负荷模型、检修计划模型以及考虑线路潮流约束的机组组合模型,利用江苏的规划数据对2020年江苏省500kV电网过江断面的潮流进行了实证分析。的最小开停机时间。(3)考虑可再生能源间歇性出力对潮流的影响。(4)考虑线路与断面的潮流限制对系统运行方式的约束。(5)考虑系统因运行成本优化、节能调度等调度目标决定的机组出力方式。基于上述原则,提出考虑系统调度运行的概率潮流评估框架,如图1所示。统计分析模块图1概率潮流评估流程Fig.1Evaluationframeworkofprobabilisticloadflow图1所示为评估的流程框架,该框架共由一个模块组成,分别为输入模块、运行模拟模块以及结果统计分析模块。概率潮流评估中以日运行模拟为核心。通过系统中长期检修计划安排、中长期水电电量分解、可再生能源运行模拟结果,能够确定同运行模拟的边界条件。对于各日的系统运行,则在考虑系统正负备用约束、系统潮流约束、机组运行特性以及系统调度规则的前提下,利用机组组合以及经济调度优化模型,确定各类机组的出力,进而确定每一时段的线路潮流。通过对系统为期一年或多年的运行模拟统计其潮流的概率分布。1评估框架与方法2评估模型详细考虑系统调度运行状况的概率潮流评估原则可总结为如下五点:(1)考虑机组与线路的中长期检修安排。(2)考虑不同类型机组的出力特性以及不同调度时段间的时序耦合特性。如火电、核电等机组相比于常规概率潮流计算方法,考虑系统调度运行方式的概率潮流评估需要涉及系统运行层面的多项信息,因此如何从规划的角度模拟系统各项运行环节,同时考虑负荷时序(『=j特性以及季节性)张谦,等考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析.49.对系统运行的影响,成为评估概率潮流中的难点。本节将主要从负荷建模、问歇性能源随机运行模拟、检修计划模拟以及调度运行模拟四个方面详细阐述概率潮流计算中考虑系统调度运行的方式。2.1负荷建模方法本文的负荷建模方法结合历史数据分析与未来电力电量预测,立足于未来水平年的电力与电量的预测,利用历史数据的负荷特性分析结果,生成未来水平年的全年8760小时的负荷数据。这样,既能满足未来的电力电量预测结果,又能反映工作日、节假日等不同日期下的特有的负荷特性,保证负荷预测的准确性与有效性。其详细的预测方法是,假设某历史年最大负荷为,第日时段k的负荷为¨第i年预测最大负荷为.一,预测用电量为Q,则第i年第/日时段k的负荷可表示为.l1一(1一./尸m)l,其中为修正系数,值的选取原则是全年累积电量等于预测用电量:36524∑∑…{尸lI1- ̄(1一./尸m)l}=Q(1),=】=I2.2间歇-性能源运行模拟文中采用的风电场运行模拟模型产生风电场时序出力,其过程是,根据风电场测风风速数据,统计分析风速的分布特征以及各风电场之间风速的相关性,生成符合风速统计特征与相关性的一系列风速时间序列,之后再结合风电场风机出力特性曲线与风机的可靠性模型,生成各风电场风机出力的时间序列,其详细建模方法以及算例分析参见文献[21.22],本文不再赘述。2.3检修计划模拟机组与线路检修计划直接决定了系统的运行方式,对系统潮流有很大影响,在运行模拟中,可基于时序负荷曲线,利用成熟的机组检修与线路检修模型对系统检修方式进行模拟。首先,根据等备用或等风险度原则,在考虑检修班组约束、机组群约束以及检修连续性约束的基础上确定机组的检修计划,之后再根据机组的检修计划确定线路的检修方式。机组与线路的检修结果将决定各日运行模拟中机组与线路是否可用,是运行模拟中重要的边界条件。2.4系统调度模拟本文采用基于时序负荷曲线的电力系统调度模拟模型,包括水电出力优化以及火电机组的机组组合模拟与经济调度模拟三部分。2.4.1水电出力优化为模拟水电机组的调度运行方式,首先根据水电库容以及来水季节性安排中长期的电量分配,得到每日机组组合可用的水电电量。在日,.几组组合之前,按尽量避免弃水的原则,安排水电除强迫出力“”之外尽量用于削峰,水电机组在各时段的出力的“”削峰计算采用启发式方法求解。2.4.2机组组合求解机组组合优化问题是制定经济安全出力分配的必要前提工作,要求在满足机组运行特性,比如连续开机停机时间、跟踪负荷能力等约束条件的情况下,如何合理地开、停机组,使得既能满足负荷平衡和系统的安全约束,同时做到经济性最优。机组组合的结果将直接影响到其余各个时段的机组出力分配,也就直接影响到模拟的运行成本或购电费用。为了保证在该机组组合结果的基础上进行其余时段的出力分配的经济性更优,在此构造目标函数为负荷高峰与低谷时段的运行成本、切除负荷损失、切除风电赔偿和启停费用的加权和。这样就构成了一个混合整数的线性规划问题,可以利用大规模优化软件包进行求解,求解结果将确定常规机组在一天中每个时段的状态和启停机组在低谷和高峰两个时段的状态。在以此为基础分配其他时段的出力。2.4-3经济调度在机组组合完成后,下面要做的就是对剩余时段做出力分配,其目标函数为运行费用最小,考虑的约束为机组技术出力约束、负荷平衡约束、弃风约束、备用约束以及线路与断面潮流约束。同样,该模型为混合整数线性规划问题,可以利用大规模软件优化包求解,计算完成后可以得到各类型机组的全天其余时段的出力。3实证分析本文以江苏电网为例对其2020年的过江断面潮流进行分析,同时验证评估方法的有效性。3.1江苏电网2020年规划及计算参数设定3.1.1负荷需求根据江苏省近年电力发展实际情况和国民经济发展宏观形势,结合2010 ̄,2015-2020年规划目标,预测江苏电网2020年电力电量需求:2020年全社会最大负荷为125000Mw、全社会用电量为6610亿利用上文叙述的负荷曲线生成方法,可以得到如图2所示的各日负荷曲线。张谦,等考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析一51.表电源布局方案4结语Table1Powersourcearrangementschemes。。。8OO16001;4()01蝼址2001l040008000120001600020000线路潮流/MW图62020年不同电源布局下的过江断面潮流持续曲线Fig.6ComparisonbetweentheprobabilisticloadflowacrossYangziriverunderdifferentpowergenerationarrangementin20203)风电并网风电具有出力不可控,波动性强的特点,对系统运行的影响机理与其他机组不同,为详细分析风电对系统的影响,本节在基本方案基础上,去掉所“有风电装机,其余机组装机容量不变,形成无风”电方案。对比了风电并网与不并网两种情况下的过江断面潮流,评估结果如图7所示。从计算结果可以看出,在风电并网时,过江断面的潮流分布整体右移,平均潮流相差1410MW,说明风电的并入加大了过江断面的传输压力。从过江断面潮流持续曲线的形状来看,有无风电情况下过江断面潮流持续曲线的形状基本没有发生变化,说明风电虽然在短期内增加了潮流的波动性,但是短期的波动往往被负荷的长期的季节波动所掩盖,因此风电对过江断面潮流的分散性影响有限。风电对于过江断面潮流的影响可按其可信容量的大小考虑。8O0l6001囊400啦2【)(】110400080001200016000线路潮流/MW图72020年风电并网与不并网过江断面潮流持续曲线对比Fig.7ComparisonbetweentheprobabilisticloadflowacrossYangziriverwithandwithoutwindpowerintegrationin2020概率潮流是电力规划中对电网不确定性分析的重要手段,为充分考虑系统实际调度运行方式对线路潮流概率分布的影响,本文基于电力系统运行模拟模型,提出了考虑系统运行方式的概率潮流评估框架。对江苏电网2020 ̄500kv过江断面的潮流进行了实证分析与敏感性分析。本文提出的概率潮流评估方法能够在规划阶段有效评估输电系统的利用效率以及阻塞成本,为电力规划提供重要的决策支持。参考文献l1]BorkowskaB.Probabilisticloadflow[J].IEEETransonPowerApparatusandSystems,1974,PAS一93(3):—752759.[2]周天睿,王旭,张谦,等.大规模风电对江苏电网规划影响的实证分析【J】.中国电力,2010,43(2):11-15.—ZHOUTianrui,WANGXu,ZHANGQian,eta1.Empiricalresearchonimpactoflarge-scalewindpoweronJiangsupowersystemplanning[J].ElectricPower,2010,42(2):11-15.[3]康重庆,陈启鑫,夏清.低碳电力技术的研究展望『J1.电网技术,2009,33(2):1-7.——KANGChongqing,CHENQixin,XIAQing.Prospects—oflowcarbonelectricity【J1_PowerSystemTechnology,—2009,33(2):17.[4]张宁,周天睿,段长刚,等.大规模风电场接入对电力—系统调峰的影响fJ].电网技术,2010,34(1):152158.——ZHANGNing,ZHOUTianrui,DUANChanggang,eta1.—Impactoflargescalewindfarmconnectingwithpowergridonpeakloadregulationdemand[J].PowerSystem—Technology,2010,34(1):152158.[5]张新松,张沈习,袁越.含分布式风电源的配电网网架规划[J]_电力系统保护与控制,2012,40(13):1-6.ZHANGXin-song,ZHANGShen-xi,YUANYue.Gridplanningfordistributionnetworkwithdistributedwindgenerators[J].PowerSystemProtectionandControl,2012,40(13):1-6.[6]丁明,李生虎,黄凯.基于蒙特卡罗模拟的概率潮流—计算[JJ.电网技术,2001,25(11):1014.DINGMing,L1Sheng-hu,HUANGkai.ProbabilisticloadflowanalysisbasedonMonteCarlosimulation[J].—PowerSystemTechnology,2001,25(11):1014.——[7]SuChunLien.Probabilisticloadflowcomputationusingpointestimatemethod[J].IEEETransonPowerSystems,—2005,20(4):18431851.[8]AllanRN.LeitedaSilvaAM.BurcheRRC.Evaluationmethodsandaccuracyinprobabilisticloadflowsolutions[J].IEEETransonPowerApparatusand一52电力系统保护与控制—Systems,l981,PAS一1【)【】():25392546.[9]F锡J、L,工秀丽.电力系统的随机潮流分析【J】.西安交通大学学报,1988,22(3):87.97.——WANGXifan.WANGXiuli.Problisiticpowerflow’analysisinpowersystem[J].JournalofXianJiaotong—University,1988,22(3):8797.[1O]蕈雷,程东,杨以涌.含电场的电力系统概率潮流计算[J]_电网技术,2009,33(16):87-91.——D0NGLei.CHENGWeidong.YANGYihan.Probabilisticloadflowcalculationforpowergridcontainingwindfarms[J].PowerSystemTechnology,—2009,33(16):8791.[11]刘怡艿,张步涵,乍俊艿,等.考虑电网静态安全风险的随机潮流计并=【J】.中【玉f电机工程学报,2011,31(1):59.64.———LIUYifang,ZHANGBuhan,LIJunfang,eta1.Probabilisticloadflowalgorithmconsideringstaticsecurityriskofthepowersystem[J].Proceedingsofthe—CSEE,2011,31(1):5964.[12]雷,】东,畅以涵.考虑支路随机断线的概率潮‘流法及应用【JJ.电力系统保护与控制,2010,38(20):—7984.——DONGLei,CHENGWeidong,YANGYihan.Probabilisticloadflowmethodwithconsiderationofrandombranchoutagesanditsapplication[J].Power—SystemProtectionandControl,2012,38(20):7984.[13]康庆,夏清,徐玮.电力系统不确定性分析[M】.北京:科学版礼,2011.—KANGChongqing,XIAQing,XUWei.Powersystemuncertaintyanalysis[M[.Beijing:SciencePress,2011.…[14]于符共,高IJI.随机生产:模拟电力系统中的应JH.—Lu力系统保护jj控制,2012,40(11):149155.—YURuoying,GAOShah.Applicationsofprobabilisticproductionsimulationinpowersystem[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2012,40(11):149155.L15』ValleeF,LobryJ,DebleckerO.Impactofwindpowerintegrationinthecontextoftransmissionsystemsadequacystudieswitheconomicdispatch:ApplicationtotheBelgiancase[C】//InternationalConferenceonCleanElectricalPower(ICCEP),Ischia,Italy,2011.[16]TsioliaridouaE,BakosaGC,StadlerM.AnewenergyplanningmethodologyforthepenetrationofrenewableenergytechnologiesinelectricitysectorapplicationfortheislandofCrete[J[.EnergyPolicy,2006,34:3757.3764.[17]杜继成.基于线性规划的Balmorel模型及其住风电并网巾的应用研究[D】.北京:中国电力科学研究院,2011.—DUJicheng.LinearprogrammingalgorithmbasedBalmorelmodelanditsapplicationtowindpowerintegration[D].Beijing:ChinaElectricPowerResearchInstitute,2011.’118JTuohyA,OMalleyM.Pumpedstorageinsystemswithveryhighwindpenetration[J].EnergyPolicy,2011,39(4):1965.1974.119]UmmelsBartC,GibescuMadeleine,PelgrumEngbert,eta1.Impactsofwindpoweronthermalgenerationunitcommitmentanddispatch[J].IEEETransonEnergy—Conversion,2007,22(1):4451.—120]ZHANGNing,KANGChongqing,DanielKS,eta1.Thermalgenerationoperatingcostvariationswithwindpowerintegration[C】//IEEEPower&EnergySocietyGeneralMeeting,Detroit,USA,2011.——121jZHANGNing,KANGChongqing,DUANChanggang,eta1.Simulationmethodologyofmultiplewindfarmsoperationconsideringwindspeedcorrelation[J].InternationalJournalofPowerandEnergySystems,2010,—30f41:264173.[22]徐乾耀,康呕庆,张宁,等.海上风电出力特性及其消—纳题探讨【J].电力系统自动化,2011,35(22):5459.——XUQianyao,KANGChongqing,ZHANGNing,eta1.Adiscussiononoffshorewindpowerotltputcharacteristicsanditsaccommodation[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2011,35(22):5459.[23]张宁,康重庆,陈治坪,等.基于序列运算的风电可信容量计算方法[JJ.中国电机一:程学报,2011,31(25):—19.——ZHANGNing,KANGChongqing,CHENZhiping,eta1.Windpowercrediblecapacityevaluationmodelbasedonsequenceoperation[J].ProceedingsoftheCSEE.2O11.—31(25):19.收稿日期:2012-08-12作者简介:张谦(1974一),男,高级工程师,从事电网规划X-作;E-mail:jspdixts@yeah.net奚巍民(1979一),男,硕士,高级工程师,从事电网规划工作;黄俊辉(1966一),男,高级工程师,从事电网规划工作。
awang118
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档