電力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電力系統(tǒng)，包括：第一和第二能源電源，用于為負(fù)載聯(lián)合供電；高壓輸電線、變電站和低壓配電母線，第一能源電源通過高壓輸電線和變電站向低壓配電母線輸送負(fù)載所需電能中的一部分電能；第一和第二饋線，與低壓配電母線相連，第二饋線與第二能源電源相連；負(fù)載分別與第一和第二饋線相連，以通過第一饋線和第二饋線獲取由第一能源電源提供的一部分電能，并通過第二饋線從第二能源電源獲取其所需電能的另一部分電能。本發(fā)明的系統(tǒng)依據(jù)實時的第二能源電源最大發(fā)電能力和負(fù)載需求，調(diào)節(jié)第二能源電源和第一能源電源的輸出電量，保證系統(tǒng)供需平衡，該電力系統(tǒng)具有高效、易于實現(xiàn)、成本低、能源利用率高的優(yōu)點。
【專利說明】電力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電和供電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電力系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的燃煤、燃油等發(fā)電形式受自然資源所限，已經(jīng)難以滿足人類日益增長的能 源需求，同時傳統(tǒng)化石能源的使用帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，因此未來的電力供應(yīng)必須 大量依靠風(fēng)能、太陽能等可再生的新能源。
[0003] 目前，大規(guī)模新能源電力的主要利用方式是：新能源電力經(jīng)變壓器升壓并入 220KV及以上高壓輸電網(wǎng)，通過輸電線路輸送至負(fù)載地區(qū)，再由配電網(wǎng)分配至終端用戶。受 自然因素的影響，新能源電力具有本質(zhì)的不確定性。出于對整個主網(wǎng)安全運行的考慮，新能 源電力的接入量非常有限，特別是在電網(wǎng)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時，新能源電源將被強制要求降 低出力甚至切出電網(wǎng)。因而，新能源電力入網(wǎng)難成為現(xiàn)今新能源利用的最大障礙。針對該 問題，各國均開展了大量的研究工作，并提出了多種多樣可供采用的技術(shù)手段，例如動態(tài)經(jīng) 濟調(diào)度、儲能技術(shù)以及基于未來智能電網(wǎng)的分布式發(fā)電、微網(wǎng)、需求響應(yīng)等。然而，隨著新能 源電力的規(guī)模逐漸增大，電網(wǎng)接納大規(guī)模新能源電力仍將面臨很多問題，主要表現(xiàn)在備用 成本高，電能存儲規(guī)模有限，需求響應(yīng)調(diào)節(jié)負(fù)載能力有限等方面。相關(guān)研究建議在現(xiàn)有的電 網(wǎng)運行機制下，新能源電力的接入水平最高控制在20 %以內(nèi)。
[0004] 因而，探討其他的新能源電力利用方式，對新能源電力的高效利用和未來發(fā)展具 有重要意義。已有研究提出新能源和傳統(tǒng)能源混合離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，是將新能源、傳統(tǒng)能源電 力存儲于蓄電池，再供給負(fù)載。受電池儲能容量和壽命的限制，該方式僅適用于低量級的負(fù) 載。還有學(xué)者提出通過高耗能產(chǎn)業(yè)（如電解鋁、海水淡化）直接消納新能源電力，該方法適 用于對電源質(zhì)量不敏感的柔性負(fù)載，同時應(yīng)用地區(qū)必須具有較高的化石含量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種高效、易于實現(xiàn)、成本低、利用率高的電力系統(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例的一種電力系統(tǒng)，包括：第一能源電源和第二能 源電源，所述第一能源電源和第二能源電源用于為負(fù)載聯(lián)合供電；高壓輸電線、變電站和低 壓配電母線，所述第一能源電源通過所述高壓輸電線和所述變電站向所述低壓配電母線輸 送所述負(fù)載所需電能中的一部分電能；第一饋線和第二饋線，所述第一饋線和所述第二饋 線與所述低壓配電母線相連，所述第二饋線與所述第二能源電源相連；負(fù)載，所述負(fù)載分別 與所述第一饋線和所述第二饋線相連，以通過所述第一饋線和所述第二饋線獲取由所述第 一能源電源提供的所述一部分電能，并通過所述第二饋線從所述第二能源電源獲取其所需 電能中的另一部分電能。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的電力系統(tǒng)，依據(jù)實時的第二能源電源可輸出的最大電能和負(fù) 載需求，調(diào)節(jié)第二能源電源和第一能源電源的輸出電量，保證系統(tǒng)供需平衡，該電力系統(tǒng)具 有高效、易于實現(xiàn)、成本低、利用率高的優(yōu)點。
[0009] 在一些示例中，當(dāng)所述第二能源電源可輸出的最大電能大于或等于所述負(fù)載所需 電能*K%時，所述第二能源電源提供給所述負(fù)載所需電能中的另一部分電能占所述負(fù)載所 需電能的Κ%，其中，K e (〇, 100)，當(dāng)所述第二能源電源可輸出的最大電能小于所述負(fù)載所 需電能*κ%時，所述第二能源電源提供給所述負(fù)載所需電能中的另一部分電能為所述第二 能源電源可輸出的最大電能，其中，Ke (〇, 100)。
[0010] 進一步地，在一些示例中，所述K%可通過基于經(jīng)驗規(guī)則或優(yōu)化建模的方法得到。
[0011] 在一些示例中，所述負(fù)載是對電力具有剛性需求的普通負(fù)載。
[0012] 在一些示例中，所述第一能源電源為傳統(tǒng)能源電源，所述第二能源電源為新能源 電源。
[0013] 進一步地，在一些示例中，所述傳統(tǒng)能源包括煤、石油天然氣、木材的一種或多種， 所述新能源包括風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物能、海洋能以及由可再生能源衍生出的生物?料的一種或多種。
[0014] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明一個實施例的電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是圖2所示實施例的電力系統(tǒng)的仿真結(jié)果圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0019] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的 電力系統(tǒng)，包括：第一能源電源100、第二能源電源200、負(fù)載300、高壓輸電線400、變電站 500、低壓配電母線600、第一饋線700和第二饋線800。其中，第一能源電源100和第二能 源電源200用于為負(fù)載300聯(lián)合供電。第一能源電源通過高壓輸電線400和變電站500向 低壓配電母線600輸送負(fù)載300所需電能中的一部分電能。第一饋線700和第二饋線800 與低壓配電母線600相連，第二饋線800與第二能源電源200相連。負(fù)載300分別與第一 饋線700和第二饋線800相連，以通過第一饋線700和第二饋線800獲取由第一能源電源 100提供的一部分電能，并通過第二饋線800從第二能源電源200獲取其所需電能中的另一 部分電能。
[0020] 特別地，當(dāng)?shù)诙茉措娫?00可輸出的最大電能大于或等于負(fù)載300所需電能 *K%時，第二能源電源200提供給負(fù)載300所需電能中的另一部分電能占負(fù)載300所需電 能的Κ%;當(dāng)?shù)诙茉措娫?00可輸出的最大電能小于負(fù)載300所需電能*Κ%時，第二能源 電源200提供給負(fù)載300所需電能中的另一部分電能為第二能源電源200可輸出的最大電 能，其中，K e (〇, 1〇〇)，Κ%可以依據(jù)系統(tǒng)的基本特性，通過基于經(jīng)驗規(guī)則或優(yōu)化建模的方 法得到。
[0021] 優(yōu)選地，本發(fā)明實施例的負(fù)載300是對電力具有剛性需求的普通負(fù)載。第一能源 電源100為傳統(tǒng)能源電源，第二能源電源200為新能源電源。傳統(tǒng)能源包括煤、石油、天然 氣、木材等的一種或多種。傳統(tǒng)能源電源發(fā)電量可控，電力輸出連續(xù)。新能源包括風(fēng)能、太 陽能、地?zé)崮?、生物能、海洋能以及由可再生能源衍生出的生物燃料等的一種或多種。新能 源電源發(fā)電量受自然因素影響，具有一定的隨機性和不確定性，可控范圍有限。
[0022] 例如，本發(fā)明實施例的新能源電源和傳統(tǒng)能源電源聯(lián)合供電的電力系統(tǒng)中，如圖2 所示，包括新能源電源Pi，傳統(tǒng)能源電源P 2，負(fù)載P3。傳統(tǒng)能源電力經(jīng)高壓輸電網(wǎng)傳輸至負(fù) 載地區(qū)，再經(jīng)變電站進入低壓配電母線，通過饋線A、B向負(fù)載供給電力。新能源電源接入含 有總負(fù)載K%的負(fù)載饋線B中，向該饋線內(nèi)的負(fù)載供給新能源電力。其中，K%代表分配給 新能源電力供給的負(fù)載比例，可依據(jù)系統(tǒng)的基本特性，通過基于經(jīng)驗規(guī)則的、優(yōu)化建模等多 種方法給出。該系統(tǒng)的功率分配過程如下：
[0023] 假設(shè)新能源電源、傳統(tǒng)能源電源、負(fù)載分別為Ρρ P2、P3 ;
[0024] 根據(jù)實時的新能源電源Pi可輸出的最大功率、負(fù)載所需的功率P3(t)，對 Pi、P2的輸出功率Pi (t)，P2 (t)進行控制，分別為：
[0025] P,{t) = min(^to(i),P3(i) x K%),
[0026] Ρ2 (t) = Ρ3 (t) -Ρ! (t)
[0027] 其中，/τ'ω是指若利用該時刻全部的新能源資源進行發(fā)電，新能源電源所能達(dá) 到的發(fā)電功率。
[0028] 因此，本發(fā)明實施例的電力系統(tǒng)的優(yōu)點在于：
[0029] (1)新能源電源通過直接輸出電力給終端負(fù)載的方式，突破了并網(wǎng)對其的限制，得 到1?效利用；
[0030] (2)不需要儲能設(shè)備，節(jié)省成本，減少污染；
[0031] (3)對于具有新能源發(fā)電廠的地區(qū)，若將負(fù)載的供電模式由傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換 至本發(fā)明提出的新能源發(fā)電廠和電網(wǎng)聯(lián)合供電，電網(wǎng)的常規(guī)調(diào)度將不會受到實質(zhì)性影響， 因而該電力系統(tǒng)較易實現(xiàn)。
[0032] (4)對負(fù)載類型沒有限制，適用于剛性電力需求且具有波動性的一般用戶負(fù)載；
[0033] 例如：以新能源電源Pi為風(fēng)力發(fā)電場（裝機容量300MW)、傳統(tǒng)能源電源P2S電網(wǎng)、 負(fù)載P 3為普通負(fù)載（年平均值400MW)為例，三者連接方式如圖2,其中風(fēng)電接入含有總負(fù) 載30% (即K% )(年平均值120MW)的負(fù)載饋線B中。
[0034] 其中，分配給風(fēng)電供給的負(fù)載比例K%，此處采用了優(yōu)化建模的求解方法，具體如 下：
[0035] 1)對風(fēng)電場歷史發(fā)電數(shù)據(jù)和負(fù)載數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，建立風(fēng)電場和負(fù)載的隨機模 型；
[0036] 2)綜合考慮新能源利用率和凈負(fù)載波動率兩方面因素，建立系統(tǒng)的優(yōu)化模型；
[0037] 3)通過非線性規(guī)劃的優(yōu)化算法求解出最佳的風(fēng)電供給比例為30%。
[0038] 該實施例中系統(tǒng)的實時控制示例如下（下述內(nèi)容的功率單位均為MW):
[0039] (1)已知某時刻，風(fēng)電場的最大發(fā)電功率是/Γ'ω = 50,負(fù)載需求是P3(t)= 350,則此時風(fēng)電場的輸出功率設(shè)定為fjt) =min(50, 350X30%) =50,即該時刻風(fēng)力較 小，所發(fā)電力不足負(fù)載的30%，風(fēng)電場輸出功率為其最大發(fā)電功率50。電網(wǎng)供給剩余電力 需求，輸出功率設(shè)定為：P 2(t) = PjO-Pia) = 350-50 = 300。兩種電源的總出力等于負(fù) 載需求，系統(tǒng)保持供需平衡。
[0040] (2)已知某時刻，風(fēng)電場的最大發(fā)電功率為/ΓΛ(?) = 2%負(fù)載需求為p3(t)= 450,則此時風(fēng)電場的輸出功率設(shè)定為=min(250, 450X30% )= 135,即該時刻風(fēng)力 較大，可發(fā)電力超過了負(fù)載的30%，故風(fēng)電場中部分風(fēng)機停機，實際輸出功率為135。電網(wǎng) 供給剩余電力需求，輸出功率設(shè)定為：P 2(t) iPjO-Pia) = 450-135 = 315。兩種電源的 總出力等于負(fù)載需求，系統(tǒng)保持供需實時平衡。
[0041] 圖3所示為該實例中的風(fēng)電場和電網(wǎng)24小時內(nèi)的出力曲線，其中Pi為風(fēng)電場輸 出電力，P 2為電網(wǎng)輸出電力，兩者之和等于負(fù)載需求。
[0042] 對于風(fēng)電場而言，總輸出風(fēng)電量比總可發(fā)風(fēng)電量為72. 5%，相較于傳統(tǒng)的接入輸 電網(wǎng)的方式，該系統(tǒng)對大規(guī)模風(fēng)電場的電力輸出限制更為寬松，風(fēng)電可得到高效利用。
[0043] 對電網(wǎng)而言，風(fēng)電場和負(fù)載集結(jié)后的整體，可看作一個凈負(fù)載。利用風(fēng)電場和負(fù)載 的隨機特性建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型，求解所得K值保證了凈負(fù)載的波動性不大于一般負(fù)載 的波動性，因而電網(wǎng)的常規(guī)調(diào)度不會受到實質(zhì)性影響。
[0044] 對負(fù)載而言，電力需求得到實時滿足，且總用電量中的風(fēng)電量占比為24%，更加經(jīng) 濟環(huán)保。
[0045] 本發(fā)明在不借助儲能設(shè)備的情況下，依據(jù)實時的新能源電源最大發(fā)電能力和負(fù)載 需求，調(diào)節(jié)傳統(tǒng)電源和新能源電源的輸出量，保證系統(tǒng)供需平衡，實現(xiàn)新能源電力的高效就 地消納，該電力系統(tǒng)具有高效、易于實現(xiàn)、成本低、利用率高的優(yōu)點。
[0046] 本發(fā)明僅以上述實例說明這種新能源、傳統(tǒng)能源的聯(lián)合供電系統(tǒng)，分配給新能源 電力供給的負(fù)載比例（K% )可通過多種方法給出，不局限于上述優(yōu)化建模的方法。凡在本 發(fā)明提出的電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對個別細(xì)節(jié)進行的改進和相似變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明 的保護范圍之外。
[0047] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包含 于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針 對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點可以在任一個或多個實 施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將 本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
[0048] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種電力系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一能源電源和第二能源電源，所述第一能源電源和第二能源電源用于為負(fù)載聯(lián)合供 電； 高壓輸電線、變電站和低壓配電母線，所述第一能源電源通過所述高壓輸電線和所述 變電站向所述低壓配電母線輸送所述負(fù)載所需電能中的一部分電能； 第一饋線和第二饋線，所述第一饋線和所述第二饋線與所述低壓配電母線相連，所述 第二饋線與所述第二能源電源相連； 負(fù)載，所述負(fù)載分別與所述第一饋線和所述第二饋線相連，以通過所述第一饋線和所 述第二饋線獲取由所述第一能源電源提供的所述一部分電能，并通過所述第二饋線從所述 第二能源電源獲取其所需電能中的另一部分電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其特征在于，其中， 當(dāng)所述第二能源電源可輸出的最大電能大于或等于所述負(fù)載所需電能*K%時，所述第 二能源電源提供給所述負(fù)載所需電能中的另一部分電能占所述負(fù)載所需電能的Κ%，其中， K e (〇, 100)， 當(dāng)所述第二能源電源可輸出的最大電能小于所述負(fù)載所需電能*κ%時，所述第二能源 電源提供給所述負(fù)載所需電能中的另一部分電能為所述第二能源電源可輸出的最大電能， 其中，K e (〇, 100)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)，其特征在于，所述K%可依據(jù)系統(tǒng)的基本特性，通 過基于經(jīng)驗規(guī)則或優(yōu)化建模的方法得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載是對電力具有剛性需求的 普通負(fù)載。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其特征在于，所述第一能源電源為傳統(tǒng)能源電源， 所述第二能源電源為新能源電源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)，其特征在于，所述傳統(tǒng)能源包括煤、石油、天然氣、 木材的一種或多種，所述新能源包括風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物能、海洋能以及由可再生?源衍生出的生物燃料的一種或多種。
【文檔編號】H02J3/06GK104065073SQ201410274204
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】趙千川, 申穎, 李明揚 申請人:清華大學(xué)