高占比可再生能源系统消纳能力指标评估与分析.docx

高占比可再生能源系统消纳能力指标评估与分析蔡佳铭,林其友,刘涌(.上海交通大学,上海闵行;.国网芜湖供电公司,安徽芜湖;.上海博英信息科技有限公司,上海闵行)摘要:提出定量评估高占比可再生能源系统消纳能力的指标方法。综合考虑机组出力上限、负荷水平、网架结构和允许潮流等约束条件,从电网经济性、安全性和固有特性三方面分析可再生能源在系统中的适应性和消纳情况。推导定量评估可再生能源消纳能力的指标——待消纳占比的表达式,结合算例给出评估结论。结果表明该指标方法用于分析可再生能源消纳能力具有合理性、简便性和可操作性。关键词:高占比;可再生能源;消纳;指标评估;中图分类号:文献标识码:文章编号:(),,,(.,,.;.,,,.;.,;..,.,,):.,,,,.,..,.:,;,;,;;引言随着风电、光伏等可再生能源的开发和技术的进步,大规模、高占比的可再生能源机组和系统得以广泛使用和建设。可再生能源的发电、接入和并网会影响系统的安全性、稳定性和经济性[]。评估系统对可再生能源的消纳能力,对于机组的规划、建设和运行具有重要意义。我国风电和光伏的总装机规模和新增装机容量均位居世界前列[]。但由于缺乏对地区系统定量、客观、全面的分析和评估,造成弃风、弃光现象严重。对可再生能源的消纳能力作定量评估,是电网规划可再生能源装机和上网电量的重要依据,也为系统合理、科学、高效运行提供了指导。现有的评价消纳能力的指标多为弃风(光)率、上网电量、可再生能源发电量的占比等[]。这些指标从各个角度衡量消纳能力,但没有对能力的“强弱”作直观、定量和直接的表述。另一个方面,研究系统消纳能力的方法和体系涉及系统网架结构、负荷特性、出力特性、经济效益和系统安全可靠运行等诸多方面,不少文献的评估方法多为借助优化算法和软件求解冗杂的非线性混合优化模型[],计算繁琐,不利于工程应用和快速评估系统乃至某一节点对可再生能源的消纳能力。文献[]建立起年度时序生产的模拟仿真模型,以新能源限电率为评估指标,着重评估了新能源接入电网后的低碳效益。但没有提出评估可再生能源消纳能力的具体指标。文献[]提出了一种考虑调峰时段限制风电出力的消纳能力计算方法,计算没有涉及具体的网架结构参数,对消纳能力的评估沿用传统的上网电量比例、发电量和利用小时数等等。文献[]提出了一种计及规划、分析、运行与控制各个阶段的多尺度时空消纳体系,为评估系统消纳能力提供了分析方法,评估步骤复杂,就指标评估而言缺乏一定的操作性。文献[]建立其高占比可再生能源电力系统的调度优化模型,指出了火电机组调峰能力不足对可再生能源消纳带来的制约和影响,对消纳能力的考量集中在弃风率计算上。文献[]采用改进的遗传算法求解多目标优化问题,侧重于指导优化运行。文献[]提出一种三阶段的消纳研究方法,同样存在操作繁琐的问题,也回避了对消纳能力直接作定量评估。由此可见,评估可再生能源消纳能力的方法和指标普遍呈现出单一性和不易于操作的特点。事实上,就提升消纳能力的概念而言,评估指标本身也是改进措施的一种反映。对于指标计算结果较差的系统、节点(消纳能力弱),要采取措施提升其对可再生能源的消纳量。例如加装联络线[]、加增机组备用容量、更换大功率的传输线等等。增强系统对可再生能源的消纳能力,还包括增强调峰能力、系统运行时的优化调度、蓄能储能技术、电价调整和政策调整等手段[]。指标计算结果反映的一些方面,给构建基于指标的评估体系以启发。可再生能源的消纳能力与系统的经济性、安全性和固有特性密切相关,评估要求客观、系统、精确和易于操作。在此基础上,本文提出一种定量、直接评估系统消纳能力强弱的指标:待消纳占比。待消纳占比是系统理论最优的消纳电量与实际消纳电量的比,用以衡量系统中已消纳的可再生能源接近理论最优的程度,将其作为对消纳能力强弱的一种反映。综合考虑系统经济性、安全性和固有特性因素,构建基于此的消纳能力评估和分析方法。经过计算推导,得到直观的显式表达式。计算指标时考虑这三方面,得到结果后评估这三方面。结合算例,说明用该指标体系评估系统消纳能力符合上述要求,可用于工程实际和电网规划。高占比可再生能源系统消纳优化模型计算高占比可再生能源系统中机组发出的与系统相适应的最优功率,应当计及系统经济性、安全性和固有特性方面。经济性方面,包括各类机组的出力耗量成本和对应的电价水平。安全性方面,考虑机组、线路、设备允许发出和通过的最大功率,保证功率不越限、电压波动在允许范围内。固有特性方面,计及地区网架的具体结构、连接方式、线路阻抗和负荷水平。考虑一个高占比可再生能源消纳系统。优化的目标包括:系统的总耗量成本,由传统机组和可再生能源机组两部分组成:C=i=1N1aiPi2+biPi+ci+i=1N2λiPi()式中,aiPi2+biPi+ci是传统机组的煤耗曲线,λi为