本發(fā)明涉及電力公司配電系統(tǒng)側(cè)可再生能源消納能力指標(biāo)定量評(píng)估與系統(tǒng)可再生能源接納問(wèn)題研究領(lǐng)域，主要涉及可再生能源系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)估、機(jī)組定容和網(wǎng)架規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

近幾年可再生能源電力系統(tǒng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，隨之也帶來(lái)了一系列問(wèn)題，如電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)與新能源發(fā)展不匹配、新能源建設(shè)缺乏定量研究和統(tǒng)一規(guī)劃、棄風(fēng)棄光現(xiàn)象普遍頻發(fā)，嚴(yán)重制約可再生能源的消納和發(fā)展。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于評(píng)估可再生能源消納能力的評(píng)估指標(biāo)主要包括：可再生能源（風(fēng)電、光伏）發(fā)電總量、可再生能源（風(fēng)電、光伏）利用小時(shí)數(shù)、可再生能源（風(fēng)電、光伏）上網(wǎng)電量、可再生能源棄電比例（棄風(fēng)率、棄光率）、可再生能源（風(fēng)電、光伏）出力占比等。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于評(píng)估可再生能源消納能力的方法研究主要分為以下兩類。一類是不設(shè)置可再生能源機(jī)組的出力上限，評(píng)估系統(tǒng)去除負(fù)荷峰谷差后的調(diào)峰裕量，估算系統(tǒng)理論允許的最大可再生能源裝機(jī)規(guī)模，側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)機(jī)組靜態(tài)裕量和調(diào)峰能力的分析。第二類著重處理系統(tǒng)的各類邊界和約束條件，對(duì)系統(tǒng)允許消納的裝機(jī)容量和發(fā)電量作較為精確的計(jì)算，往往解得一個(gè)滿足邊界約束前提下盡可能大的系統(tǒng)允許消納結(jié)果。

現(xiàn)行的評(píng)估可再生能源消納能力的指標(biāo)和技術(shù)主要存在以下不足：

1.評(píng)估指標(biāo)單一、簡(jiǎn)單。現(xiàn)行的評(píng)估指標(biāo)多為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的歸納和整理，缺乏對(duì)消納能力的“強(qiáng)弱”作直觀、定量和直接的計(jì)算。消納能力作為可再生能源電力系統(tǒng)的重要研究?jī)?nèi)容，關(guān)系系統(tǒng)合理健康發(fā)展，現(xiàn)行的評(píng)估指標(biāo)很少考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、安全性和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等固有特性因素，也就無(wú)法對(duì)消納能力作明確、清晰、直觀的描述。

2.缺乏系統(tǒng)、完備的消納能力評(píng)估方法?，F(xiàn)行的評(píng)估方法或粗糙簡(jiǎn)單，不計(jì)及待評(píng)估系統(tǒng)可再生能源的各類約束和邊界條件，只對(duì)裝機(jī)容量和能否消納做定性估計(jì)，缺乏實(shí)際參考價(jià)值?；驈?fù)雜冗余、步驟繁瑣，多為求解多約束條件下的復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題，計(jì)算過(guò)程需要借助迭代算法和求解軟件或系統(tǒng)，很難對(duì)實(shí)際系統(tǒng)做簡(jiǎn)便、快速和實(shí)用的分析，在大規(guī)模系統(tǒng)中更是如此。消納能力的評(píng)估應(yīng)在計(jì)算的精確性和工程實(shí)際的可操作性中折中平衡。

3.消納能力的評(píng)估結(jié)果不具備工程實(shí)際的參考意義?？稍偕茉聪到y(tǒng)發(fā)展迅速，裝機(jī)容量、接入位置等缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。消納能力的評(píng)估結(jié)果應(yīng)該對(duì)接入系統(tǒng)的可再生能源是否適應(yīng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀作評(píng)估，對(duì)未來(lái)可再生能源系統(tǒng)的建設(shè)、改造和發(fā)展規(guī)劃起到指導(dǎo)作用，提供參考價(jià)值。而現(xiàn)有的消納能力分析多局限于數(shù)據(jù)處理和理論分析，鮮有貼合工程實(shí)際的改造和規(guī)劃措施。消納能力的評(píng)估結(jié)果中應(yīng)包含系統(tǒng)的消納好壞情況、理論裝機(jī)容量和待改造節(jié)點(diǎn)、線路等內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)中，消納能力評(píng)估指標(biāo)單一、簡(jiǎn)單，評(píng)估方法不夠合理、完善和脫離工程實(shí)際的不足，發(fā)明一種基于指標(biāo)計(jì)算結(jié)果評(píng)估配電系統(tǒng)可再生能源消納能力的方法體系。從經(jīng)濟(jì)性、安全性和系統(tǒng)固有特性三個(gè)方面，從現(xiàn)狀評(píng)估、效益分析和電網(wǎng)規(guī)劃多個(gè)角度，對(duì)可再生能源的消納能力做直觀、定量描述和評(píng)估，可用于分析實(shí)際系統(tǒng)改造和提升消納能力的具體措施，豐富消納能力評(píng)估的科學(xué)內(nèi)涵。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

1.以待消納占比為系統(tǒng)可再生能源消納能力的評(píng)估指標(biāo)，公式如下。

式中，

理論最優(yōu)電量是基于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、安全性和網(wǎng)架固有特性因素計(jì)算出的結(jié)果；

2.以經(jīng)濟(jì)性、安全性和網(wǎng)架固有特性三部分構(gòu)建評(píng)估消納能力技術(shù)指標(biāo)，公式如下。

以經(jīng)濟(jì)性、安全性和網(wǎng)架固有特性三部分評(píng)估技術(shù)指標(biāo)構(gòu)建待消納占比技術(shù)指標(biāo)，公式如下。依據(jù)指標(biāo)結(jié)果，從現(xiàn)狀評(píng)估、效益分析和電網(wǎng)規(guī)劃等角度研究消納能力。

式中，

a為成本耗量的二次項(xiàng)矩陣，b為成本耗量一次項(xiàng)矩陣，c為成本耗量常數(shù)項(xiàng)矩陣。e為單位向量。p為電價(jià)矩陣。pl為系統(tǒng)總負(fù)荷，co是與電價(jià)和耗量成本一次項(xiàng)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)耗量，a是耗量二次項(xiàng)系數(shù)，pmax為機(jī)組出力上限，plmax是線路允許通過(guò)的最大潮流，h是反映網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的矩陣，表示為：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

1.不只針對(duì)電量研究，緊緊結(jié)合與消納能力相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、固有特性三方面因素考慮，評(píng)估全面，突破了傳統(tǒng)消納能力評(píng)估內(nèi)容的局限性。

2.現(xiàn)有指標(biāo)只能對(duì)消納能力相關(guān)的某一方面作出評(píng)估，待消納占比是對(duì)配電系統(tǒng)消納能力強(qiáng)弱的定量直觀描述。

3.待消納占比的指標(biāo)計(jì)算式清晰、簡(jiǎn)單，避免了優(yōu)化算法和優(yōu)化軟件的使用，適用于處理大規(guī)模實(shí)際系統(tǒng)，符合工程實(shí)際要求的可操作性和實(shí)用性。

4.評(píng)估結(jié)果的參考性和豐富性。結(jié)合指標(biāo)體系可以從現(xiàn)狀評(píng)估、效益分析和電網(wǎng)規(guī)劃等多個(gè)角度全面、客觀地做出消納能力的評(píng)估分析，定量計(jì)算的結(jié)果可以為可再生能源的機(jī)組定容、接入點(diǎn)位置選擇等提供依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為基于待消納占比指標(biāo)計(jì)算的配電系統(tǒng)消納能力評(píng)估體系示意圖。

圖2為待評(píng)估配電系統(tǒng)接線示意圖。

具體實(shí)施方式

以某省110kv配電系統(tǒng)（包含部分220kv配網(wǎng)線路，共325節(jié)點(diǎn)）為例，介紹如何在實(shí)際中應(yīng)用本發(fā)明所提出的一種基于待消納占比評(píng)估消納能力的指標(biāo)體系。

推導(dǎo)待消納占比表達(dá)式

推導(dǎo)待消納占比的計(jì)算式，使得實(shí)際應(yīng)用中可快速代入數(shù)據(jù)求解指標(biāo)結(jié)果。（簡(jiǎn)要給出推導(dǎo)過(guò)程，應(yīng)用時(shí)可省略此步）

考慮一個(gè)含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。將發(fā)電機(jī)組所在的節(jié)點(diǎn)（包括非可再生能源機(jī)組）等效為pv節(jié)點(diǎn)，設(shè)共有m個(gè)，各臺(tái)機(jī)組的出力記為x。各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等效為pq節(jié)點(diǎn)，共n-m-1個(gè)。調(diào)頻調(diào)壓廠，為1個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，出力記為xn。

建立的消納優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)可分為火電和可再生能源兩部分：

將可再生能源部分的計(jì)算式表達(dá)為多項(xiàng)式的形式，則上式可統(tǒng)一用矩陣形式表達(dá)（為敘述方便，符號(hào)和命名沿用火電機(jī)組的格式）

待求的各機(jī)組理論可行出力為：。

因此目標(biāo)函數(shù)可寫為：

式中，a為成本耗量的二次項(xiàng)矩陣，b為成本耗量一次項(xiàng)矩陣，c為成本耗量常數(shù)項(xiàng)矩陣。e為全1的列向量，長(zhǎng)度為m。p為電價(jià)矩陣。使得滿足約束下目標(biāo)函數(shù)最小的解為要求的理論可行解。

為省去復(fù)雜的計(jì)算流程，得到直觀的表達(dá)式，異于采用迭代方法計(jì)算，而是依據(jù)最優(yōu)性條件列出方程組，再聯(lián)立求解。方程組與約束條件g(x)密切相關(guān)：

約束條件g(x)包括四類：

寫出和在允許誤差接受范圍內(nèi)的計(jì)算式：

表系統(tǒng)電壓、相角的可接受誤差計(jì)算式

其中各參數(shù)的含義如表2所示。

表2參數(shù)表達(dá)式

計(jì)算待消納占比指標(biāo)

考慮如下電氣量：①電網(wǎng)各類發(fā)電廠、站、設(shè)備（包括傳統(tǒng)能源和可再生能源）的發(fā)電耗量成本；②地區(qū)電價(jià)水平；③電網(wǎng)中各類發(fā)用電設(shè)備的功率上限；④系統(tǒng)滿足的潮流約束；⑤系統(tǒng)允許的電壓波動(dòng)范圍；⑥地區(qū)負(fù)荷水平；⑦網(wǎng)架結(jié)構(gòu)參數(shù)。

將上述的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)代入待消納占比的計(jì)算式，計(jì)算待消納占比的指標(biāo)結(jié)果：（列舉部分節(jié)點(diǎn)）

系統(tǒng)可再生能源接納分析

本例中，選取經(jīng)濟(jì)性、安全性和固有特性三部分的指標(biāo)權(quán)值相同，得到如上的計(jì)算結(jié)果。據(jù)此可進(jìn)一步分析系統(tǒng)的消納現(xiàn)狀和提升措施。包括：

a.現(xiàn)狀評(píng)估。一是分析消納情況。評(píng)估現(xiàn)有負(fù)荷水平、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和可再生能源接入的情形下，可再生能源的消納能力強(qiáng)弱。理論上，某處某機(jī)組待消納占比絕對(duì)值越小，表示該機(jī)組實(shí)際出力越接近理想的最優(yōu)值，該處的可再生能源出力消納情況越優(yōu)，可結(jié)合指標(biāo)結(jié)果逐一分析系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。二是分析電量。若占比為正，表示在現(xiàn)有的負(fù)荷需求、利潤(rùn)水平和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，尚有進(jìn)一步增加可再生能源裝機(jī)容量和輸出功率的空間；若占比為負(fù)，表示在現(xiàn)有的負(fù)荷需求、利潤(rùn)水平和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，可再生能源機(jī)組的輸出過(guò)?；蜻^(guò)剩，易造成棄風(fēng)、棄光的現(xiàn)象。三是制定發(fā)電計(jì)劃。依據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整具體機(jī)組的中長(zhǎng)期發(fā)電計(jì)劃，待消納占比偏大的適度調(diào)高發(fā)電計(jì)劃，反之亦然。指導(dǎo)改造機(jī)組裝機(jī)容量。

b.電網(wǎng)規(guī)劃。結(jié)合待消納占比的計(jì)算結(jié)果，尋找電網(wǎng)中迫切需要改造、完善的節(jié)點(diǎn)位置。對(duì)于系統(tǒng)中待消納占比過(guò)大的節(jié)點(diǎn)，要參考指標(biāo)計(jì)算結(jié)果擴(kuò)建、新建發(fā)電設(shè)備和廠站，加增裝機(jī)容量，使得增容后待消納占比減小；對(duì)于系統(tǒng)中待消納占比過(guò)小的節(jié)點(diǎn)，考慮節(jié)點(diǎn)附近網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)率，要加裝聯(lián)絡(luò)線，更換線路，考慮發(fā)電量經(jīng)升壓變、網(wǎng)絡(luò)外送外調(diào)至上級(jí)傳輸網(wǎng)等。據(jù)此可提出改造系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提升系統(tǒng)消納能力的定量依據(jù)。同時(shí)考慮地區(qū)的規(guī)劃方案和建設(shè)實(shí)際，新增變電站、換流站、牽引站、開(kāi)關(guān)站等，規(guī)劃后的遠(yuǎn)景系統(tǒng)可再次計(jì)算待消納占比評(píng)估，各節(jié)點(diǎn)的指標(biāo)計(jì)算結(jié)果以接近0、相差不大為宜。

c.效益分析。涉及用電需求分析、電價(jià)和用電政策調(diào)整等。作為影響系統(tǒng)消納的因素之一，效益分析應(yīng)當(dāng)與當(dāng)?shù)氐陌l(fā)輸和供求實(shí)際相結(jié)合。對(duì)于待消納占比較低的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低電價(jià)，“刺激”消費(fèi)，優(yōu)化和提升地區(qū)可再生能源的消納情況。令經(jīng)濟(jì)性部分指標(biāo)等于后兩項(xiàng)指標(biāo)值，反解電價(jià)的結(jié)果，為地區(qū)電價(jià)的調(diào)整、政策的制定策略提供參考依據(jù)。對(duì)待消納占比中經(jīng)濟(jì)性部分計(jì)算結(jié)果作高低排序，可為地區(qū)調(diào)整電價(jià)的優(yōu)先級(jí)和方向提供參考。而對(duì)于電力需求少、可再生能源棄率高的地區(qū)、節(jié)點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整用電政策提高用電量，促進(jìn)可再生能源就地就近消納，以提升系統(tǒng)的消納能力。