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        大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能模式平抑新能源功率預(yù)測(cè)誤差研究

        2021-05-21 09:59:42樊國(guó)旗劉桂龍樊國(guó)偉王志遠(yuǎn)趙普志曾林俊
        四川電力技術(shù) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:新能源

        樊國(guó)旗,劉桂龍,樊國(guó)偉,王志遠(yuǎn),趙普志,衛(wèi) 瑞,印 欣,曾林俊

        (1.國(guó)網(wǎng)金華供電公司,浙江 金華 321017; 2.中國(guó)海誠(chéng)工程科技股份有限公司,上海 200031;3.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司,新疆 烏魯木齊 830011; 4.西安西電避雷器有限責(zé)任公司,陜西 西安 710200;5.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410082)

        0 引 言

        新能源可再生特點(diǎn)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[1],但是新能源功率預(yù)測(cè)誤差對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力帶來(lái)巨大的壓力[2],導(dǎo)致新能源功率預(yù)測(cè)誤差造成新能源限電。

        目前主要通過(guò)電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)及電力市場(chǎng)建設(shè)來(lái)促進(jìn)新能源消納[3-6]。文獻(xiàn)[7-8]利用需求側(cè)響應(yīng)平衡新能源功率預(yù)測(cè)誤差,促進(jìn)新能源消納。文獻(xiàn)[9]通過(guò)電熱綜合系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度應(yīng)對(duì)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)不確定性,減少棄風(fēng)。文獻(xiàn)[10]利用儲(chǔ)能減少風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差。文獻(xiàn)[11]首先利用高斯分布擬合風(fēng)電預(yù)測(cè)功率,然后利用源荷互動(dòng)促進(jìn)風(fēng)電消納。文獻(xiàn)[12]將風(fēng)電預(yù)測(cè)值和實(shí)際值聚類(lèi)成多目標(biāo)場(chǎng)景,然后利用風(fēng)電-水電聯(lián)合調(diào)度驗(yàn)證其優(yōu)良調(diào)峰能力和經(jīng)濟(jì)效果。

        某地區(qū)含有大量自備電廠,通過(guò)大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能平抑新能源功率預(yù)測(cè)誤差,可促進(jìn)新能源消納。下面提出大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能平抑新能源功率預(yù)測(cè)誤差優(yōu)化調(diào)度方法,針對(duì)新能源預(yù)測(cè)功率誤差問(wèn)題,采取自備電廠虛擬平抑預(yù)測(cè)誤差,并對(duì)比不含虛擬儲(chǔ)能調(diào)度方法的系統(tǒng)成本及新能源限電情況,通過(guò)對(duì)某地區(qū)實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行算例仿真,驗(yàn)證所提調(diào)度方法的可行性;并分析虛擬儲(chǔ)能參與比例、新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率和新能源預(yù)測(cè)功率納入率等關(guān)鍵因素對(duì)新能源限電的影響。

        1 新能源功率預(yù)測(cè)誤差及其平抑調(diào)度方法

        1.1 新能源功率預(yù)測(cè)誤差分布

        日前新能源預(yù)測(cè)功率基于輸入風(fēng)速、光照強(qiáng)度等擬合得到超短期新能源功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)誤差較大。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到預(yù)測(cè)的置信度Apos。

        (1)

        式中:Pn,f為新能源預(yù)測(cè)功率;Pn為新能源實(shí)際功率。

        置信度Apos為95%時(shí),新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性如圖1所示。

        圖1 置信度95%時(shí)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性

        由圖1可知95%置信度時(shí)新能源預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率分別為0.236 7(Pn,fPn)。

        1.2 新能源納入發(fā)電計(jì)劃方法

        由于新能源比例不斷增高,因此需要將新能源納入發(fā)電計(jì)劃中。如果將新能源完全納入發(fā)電計(jì)劃,則可能因預(yù)測(cè)功率高于實(shí)際功率過(guò)大產(chǎn)生新能源限電,或者因預(yù)測(cè)功率低于實(shí)際功率過(guò)多導(dǎo)致失負(fù)荷。電網(wǎng)目標(biāo)為可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)境友好,其首要目標(biāo)為可靠和安全,其次為經(jīng)濟(jì)和高效。因此為了電網(wǎng)可靠安全,將新能源按照一定置信度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率納入發(fā)電計(jì)劃,盡量避免失負(fù)荷導(dǎo)致電網(wǎng)安全可靠問(wèn)題。

        首先,按照95%置信度的新能源預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率納入發(fā)電計(jì)劃;其次,將預(yù)測(cè)非自備負(fù)荷與納入新能源預(yù)測(cè)功率擬合,得到考慮新能源預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的預(yù)測(cè)非自備等效負(fù)荷PL,g,e,n,由于負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率較高,因此用實(shí)際非自備負(fù)荷代替預(yù)測(cè)非自備負(fù)荷。

        (2)

        PL,g,e,n=PL,g-Pn,n

        (3)

        式中,PL,g為非自備負(fù)荷。

        由于自備企業(yè)負(fù)荷由自備電廠機(jī)組供電,因此需要獨(dú)立考慮。自備負(fù)荷和非自備負(fù)荷組成系統(tǒng)負(fù)荷為

        PL=PL,g+PL,z

        (4)

        式中,PL,z為自備負(fù)荷。

        1.3 考慮虛擬儲(chǔ)能平抑新能源誤差調(diào)度方法

        自備企業(yè)通過(guò)調(diào)整自備電廠機(jī)組出力參與大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能,平抑新能源預(yù)測(cè)功率誤差。當(dāng)新能源預(yù)測(cè)功率大于實(shí)際功率時(shí),首先減少火電機(jī)組出力,當(dāng)仍不能滿足要求時(shí),降低自備電廠機(jī)組出力;如果仍然不能滿足要求,則將該部分新能源采取限電處理。當(dāng)新能源預(yù)測(cè)功率小于實(shí)際功率時(shí),首先增加火電機(jī)組出力;當(dāng)仍不能滿足要求時(shí),增加自備電廠機(jī)組出力,此時(shí)如果仍然不能滿足要求,則對(duì)該部分負(fù)荷采取失負(fù)荷處理。

        2 調(diào)度計(jì)劃

        2.1 目標(biāo)函數(shù)

        調(diào)度目標(biāo):新能源限電量最小。

        (5)

        式中,Pn,a為新能源限電功率。

        新能源限電及虛擬儲(chǔ)能調(diào)用總成本Ce為

        Ce=Cn,a+Cx

        (6)

        式中:Cn,a為新能源限電成本;Cx為虛擬儲(chǔ)能調(diào)用成本。

        系統(tǒng)總成本Cs為

        Cs=Ce+Cf(z)

        (7)

        式中,Cf為火電(自備)機(jī)組運(yùn)行成本。

        參與虛擬儲(chǔ)能自備電廠同為火電機(jī)組,因此火電(自備)機(jī)組運(yùn)行成本統(tǒng)一表示為

        (8)

        式中:T1為火電(自備)機(jī)組運(yùn)行總時(shí)間;N1為火電(自備)機(jī)組數(shù)量;Pf(z),i為第i臺(tái)火電(自備)機(jī)組的功率大?。籥i、bi、ci分別為火電發(fā)電二次、一次和常數(shù)成本系數(shù)。

        新能源限電成本為

        (9)

        式中:cn,a為新能源限電單位限電成本;T2為新能源限電時(shí)間。

        虛擬儲(chǔ)能調(diào)用成本為

        (10)

        式中:Px為虛擬儲(chǔ)能調(diào)用功率;cx為虛擬儲(chǔ)能調(diào)用單位成本;T3為虛擬儲(chǔ)能調(diào)用時(shí)間。

        2.2 約束條件

        1)系統(tǒng)功率平衡約束

        日前功率平衡約束為:

        (11)

        (12)

        日內(nèi)功率平衡約束為:

        PF+Px+Pn=PL,g-Pn,a

        (13)

        (14)

        2)火電機(jī)組約束

        火電(自備)機(jī)組出力Pf(z),i約束為

        (15)

        爬坡約束為

        (16)

        3)虛擬儲(chǔ)能調(diào)用約束

        (17)

        3 算例分析

        3.1 地區(qū)情況

        某地區(qū)新能源短期預(yù)測(cè)功率、新能源實(shí)際功率、非自備負(fù)荷和自備負(fù)荷如圖2所示,設(shè)虛擬儲(chǔ)能調(diào)用成本為50元/MWh,新能源限電成本為500元/MWh。

        火電(自備)機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表1。

        圖2 負(fù)荷和新能源曲線

        表1 火電(自備)機(jī)組參數(shù)

        3.2 效益評(píng)估

        兩種調(diào)度方法均以新能源限電量最小為原則,由于是混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題,這里采用lingo12進(jìn)行計(jì)算,日前計(jì)劃主要考慮電網(wǎng)安全。最大負(fù)荷與開(kāi)機(jī)數(shù)量如表2所示。

        表2 火電(自備)機(jī)組開(kāi)機(jī)數(shù)量

        日前調(diào)度無(wú)虛擬儲(chǔ)能參與新能源消納和新能源消納空間如圖3所示;日前調(diào)度虛擬儲(chǔ)能參與新能源消納和新能源消納空間如4所示。

        圖3 無(wú)虛擬儲(chǔ)能日前新能源消納

        圖4 含虛擬儲(chǔ)能日前新能源消納

        無(wú)虛擬儲(chǔ)能日前新能源限電33 613.4 MWh,新能源限電率19%;調(diào)用虛擬儲(chǔ)能電量與新能源限電量相同。

        日內(nèi)調(diào)度無(wú)虛擬儲(chǔ)能參與新能源消納空間和新能源限電如圖5所示。

        圖5 無(wú)虛擬儲(chǔ)能日內(nèi)新能源消納

        日內(nèi)調(diào)度虛擬儲(chǔ)能參與新能源消納和新能源消納空間如6所示。

        圖6 含虛擬儲(chǔ)能日內(nèi)新能源消納

        無(wú)虛擬儲(chǔ)能日內(nèi)新能源限電81 807.3 MWh,新能源限電率35%;調(diào)用虛擬儲(chǔ)能電量與新能源限電量相同。

        不同調(diào)度方法下成本對(duì)比如表3所示。

        表3 調(diào)度成本對(duì)比

        由表3可知,日前調(diào)度采用大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能模式,成本可減少2 146.9萬(wàn)元;日內(nèi)調(diào)度采用大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能模式,成本可減少5 036.3萬(wàn)元。

        3.3 關(guān)鍵影響因素的靈敏度分析

        1)虛擬儲(chǔ)能參與比例影響

        虛擬儲(chǔ)能參與比例與新能源限電率關(guān)系如圖7所示。

        圖7 虛擬儲(chǔ)能參與比例與新能源限電率關(guān)系

        由圖7可知,虛擬儲(chǔ)能參與比例為0時(shí),新能源限電率為34.9%;虛擬儲(chǔ)能參與比例為80%時(shí),新能源限電率為0。該新能源出力狀況下,虛擬儲(chǔ)能參與調(diào)度可實(shí)現(xiàn)全部消納新能源。

        2)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率影響

        新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率與滿足無(wú)新能源限電時(shí)虛擬儲(chǔ)能參與比例關(guān)系如圖8所示。

        圖8 新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率與虛擬儲(chǔ)能參與比例關(guān)系

        當(dāng)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%時(shí),虛擬儲(chǔ)能參與比例為33.9%時(shí)不發(fā)生新能源限電。當(dāng)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為0時(shí),所需虛擬儲(chǔ)能參與比例需達(dá)到104.5%,新能源才不會(huì)被限電,即當(dāng)虛擬儲(chǔ)能全部參與比例為100%時(shí),仍會(huì)有102.3 MWh新能源被限,限電率為0.04%。

        3)新能源預(yù)測(cè)功率納入率影響

        新能源功率預(yù)測(cè)功率納入率與滿足無(wú)新能源限電時(shí)虛擬儲(chǔ)能參與比例關(guān)系如圖9所示。

        圖9 新能源預(yù)測(cè)功率納入率與虛擬儲(chǔ)能參與比例關(guān)系

        當(dāng)新能源預(yù)測(cè)功率納入率為100%時(shí),虛擬儲(chǔ)能參與比例為49.3%時(shí)不發(fā)生新能源限電。當(dāng)新能源預(yù)測(cè)功率納入率為0時(shí),所需虛擬儲(chǔ)能參與比例需為104%才不會(huì)發(fā)生新能源限電,即當(dāng)虛擬儲(chǔ)能參與比例為100%時(shí),仍會(huì)有409.1 MWh新能源被限,此時(shí)新能源限電率為0.1%。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        1)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率不高會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足,進(jìn)而導(dǎo)致新能源限電;大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能可以平抑新能源功率預(yù)測(cè)誤差,減少新能源限電。

        2)大規(guī)模虛擬儲(chǔ)能參與比例提高可減少新能源限電率,因此需要提高虛擬儲(chǔ)能參與比例,促進(jìn)新能源消納。

        3)新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率越高、新能源預(yù)測(cè)功率納入率越高,所需參與的虛擬儲(chǔ)能越低;因此需要提高新能源功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率,間接提高新能源預(yù)測(cè)功率納入率。

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