基于Balmorel模型的風(fēng)電消納能力研究_圖文

1、第23卷第5期 2011年5月 能 濼 技 術(shù) 纏 濟(jì)Energy Techn0109,and EconomicsV01.23N0.5May 2011能源供需分析文章編號:1674-8441(201105-002905基子耐田觥猷模型的風(fēng)電淌納麓勃研巍謝國輝1,李瓊慧1,高長征2,吳永梅1(1.國網(wǎng)能源研究院,北京100052;2.吉林省電力科學(xué)研究院,吉林長春130021摘要:準(zhǔn)確衡量風(fēng)電消納能力是進(jìn)行風(fēng)電規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行方式和調(diào)度計(jì)劃安排的基礎(chǔ)。從資源有效 利用和整合的視角研究風(fēng)電消納能力是目前國內(nèi)外的熱點(diǎn),介紹了Balmorel模型的特點(diǎn)和適用性,并 基于該模型對某省2011年風(fēng)電實(shí)際消納

2、能力進(jìn)行模擬。結(jié)果表明,基于小時級生產(chǎn)模擬的Bahorel模 型,能夠準(zhǔn)確計(jì)算在現(xiàn)有邊界條件下,接入一定規(guī)模風(fēng)電,該省的風(fēng)電消納能力,并且能夠靈活模擬 不同策略下風(fēng)電消納能力的提高情況。關(guān)鍵詞:風(fēng)電規(guī)劃;消納能力;BalrIlorel模型;小時級生產(chǎn)模擬中圖分類號:TM715;TK89文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AResearch on WiIld Power Accom皿lo出血on Based on Bahnorel ModelXIE Guohuil,LI Qion曲uil,GAo ChangZllen于,wu Yongmeil(1.S鈕te Grid Energy Rearch IIlstitute,B

3、e司ing 100052,Chilla;2.Jilin Elec砸c Power Research IIlstitute,Ch鋤gchllIl 13002l,ChinaAbs響ct:While accllr-ate measurement of wind power accommodation capacity is the foundation of wind power plallning,power鰣d operation and dispatching scheduling,eff.ectiVe use and ime伊ation of resources has become a h

4、ot spot issue bom at home and abroad.This paper intmduces the features and印plicability of the Balmorel model, and makes a simulation of the actual wind power accommodation of a cenain province in 2011based on the model. The result shows that the Balmorel model,when applied to hourly production simul

5、ation,can accurately calculate the acco刪f110dation c印ac時of the proviIlce wimin the existing bouIldaries,謝th a cenain scale of wind power co皿ected. The model can also nexibly simulate increases of wind power accommodation with di旋rent pattems of resoure utilization.K嘲,優(yōu)ds:wind power planning;power ac

6、commodation;Balmorel model;hourly production simulationo引言電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力和電源與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、 負(fù)荷特性、電價制度、電網(wǎng)運(yùn)行方式與調(diào)度計(jì)劃安 排等因素密切相關(guān)。我國將在“三北”地區(qū)和東 部沿海地區(qū)建設(shè)8個千萬千瓦級的風(fēng)電基地,預(yù)計(jì) 2020年風(fēng)電裝機(jī)將突破1.5億kw,年均增速高達(dá) 20%左右【4l。未來,我國風(fēng)電將呈現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展態(tài)勢,收稿日期:2011一0313 風(fēng)電消納已成為社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn) 行迫切需要解決的重大問題。目前,國內(nèi)已有不少針對風(fēng)電消納能力的研究 成果報(bào)道I。文獻(xiàn)5從政策層面提出了促進(jìn)我國風(fēng) 電可持續(xù)發(fā)

7、展思路,建立了一套風(fēng)電消納能力研究 方法,分析得出抽水蓄能建設(shè)規(guī)模、跨區(qū)輸電能力 是最主要影響因素;文獻(xiàn)6】以甘肅酒泉地區(qū)為例, 定性提出了風(fēng)電消納方案與打捆外送模式;從系統(tǒng)能源供需分析 能 濼 技 術(shù) 鋸 濟(jì) 第23卷規(guī)劃層面,文獻(xiàn)7】引入風(fēng)電保證容量和有效容量概 念,從電力系統(tǒng)規(guī)劃層面提出了中國風(fēng)電合理開發(fā) 規(guī)模及效益評估的研究方法。此外,還有學(xué)者從電 網(wǎng)安全運(yùn)行角度,分析風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后對電網(wǎng) 穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定的影響,從而界定系統(tǒng)最大接納風(fēng) 電能力0】。上述研究較多為定性研究,定量化研 究的尚沒有全面考慮各種影響風(fēng)電消納能力的關(guān)鍵 因素。采用定量化研究方法是準(zhǔn)確衡量風(fēng)電消納能力 的基礎(chǔ)和

8、依據(jù)。為準(zhǔn)確衡量風(fēng)電消納能力,需要識 別影響風(fēng)電消納能力的眾多影響因素。本文著重分 析國外Balmorel模型架構(gòu)及其運(yùn)用于風(fēng)電消納能力 定量化研究的優(yōu)勢和重要特征,并對我國某省級電 網(wǎng)2011年風(fēng)電實(shí)際消納能力進(jìn)行分析。Babnorel模型機(jī)理分析1.1模型架構(gòu)Balmorel模型是一個基于線性混合整數(shù)規(guī)劃的數(shù) 學(xué)模型圓。以發(fā)電成本、供熱成本、輸電成本、新增 發(fā)輸容量的投資費(fèi)用以及sO:、C0:等氣體排放費(fèi)用 的綜合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo),建立的方程滿足電量/供 熱量平衡、各類型發(fā)電機(jī)組特性約束、輸電容量約 束以及sO:與CO:排放約束、風(fēng)電消納目標(biāo)約束等 條件。Balmorel模型考慮了含風(fēng)電、

9、太陽能等新能源在 內(nèi)的大部分類型發(fā)電機(jī)組,模型決策變量涵蓋了各 類型發(fā)電機(jī)組不同時段的啟停狀態(tài)及其發(fā)電/供熱 量、各區(qū)域間輸電容量投資規(guī)劃、電力外受和外送 量、用戶需求響應(yīng)等,可方便用于針對相關(guān)政策等 邊界條件變化的多情景分析。模型的架構(gòu)如圖1所示。1.2模型適用性Balmorel模型作為電力系統(tǒng)分析工具,能夠進(jìn)行 小時級的電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬,在歐洲應(yīng)用較為廣泛, 特別適用于風(fēng)電和熱電聯(lián)產(chǎn)比重較大的系統(tǒng)。Balmorel模型最初用于分析波羅的海地區(qū)的電源 發(fā)展規(guī)劃,爾后多次完善,逐步擴(kuò)寬模型應(yīng)用范圍, 目前可用于各方經(jīng)濟(jì)利益調(diào)整模擬、環(huán)境政策模擬、 電力市場模擬以及風(fēng)電消納能力分析等。目前,Ba

10、lmorPl模型架構(gòu)目標(biāo)函數(shù)發(fā)電和供熱成本運(yùn)行維護(hù)成本輸電成本發(fā)輸電投資成本氣體排放稅燃料稅電力外受和外送成本用戶用電/用熱效益,等結(jié)束條件電量腆熱量平衡各類型電源發(fā)電技術(shù)約束, 包括純凝機(jī)組、背壓/抽凝 供熱機(jī)組、電鍋爐、熱泵、 熱儲能等燃料使用量約束輸電容量約束排放量約束,等圖1BaImoreI模型整體架構(gòu)Balmorel模型已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用案例說明, Balmorel模型能夠充分挖掘影響風(fēng)電消納能力的關(guān)鍵 因素,是精細(xì)化分析風(fēng)電消納能力的定量化研究工 具。其適用性體現(xiàn)在:(1精細(xì)化研究風(fēng)電消納能力。Balmorel模型能 夠做到全年8760h的生產(chǎn)模擬,能夠考慮不同時段 的負(fù)荷特性

11、、電網(wǎng)運(yùn)行方式、各類電源調(diào)度計(jì)劃安 排、外送電力情況等,基于各類型機(jī)組邊際成本實(shí) 施統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)調(diào)度,計(jì)算風(fēng)電在每個時段的消納空 間,從而完整并準(zhǔn)確衡量風(fēng)電在各個時段和全年的 消納能力。并且,在進(jìn)行逐小時的生產(chǎn)模擬中,在 滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等約束條件下,最大限度減少棄風(fēng)。 (2實(shí)現(xiàn)對各種資源合理利用和整合。Balmorel 模型實(shí)現(xiàn)了發(fā)、輸、用電資源的有效利用和整合。 主要體現(xiàn)在:允許火電機(jī)組參與啟停調(diào)峰,引入 了機(jī)組組合模塊,詳細(xì)考慮了機(jī)組啟停狀態(tài)、啟動 成本、爬坡速率等;實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組的靈活調(diào)度 策略,考慮了電能和熱能的存儲和轉(zhuǎn)化;引入需 求響應(yīng)策略,增加了用戶對用電和用熱需求的價格 響應(yīng);優(yōu)化

12、調(diào)度不同地區(qū)之間的外送受電能,促 進(jìn)系統(tǒng)電力平衡。因此,Balmorel模型能夠模擬在改 變資源利用的不同邊界條件下,系統(tǒng)消納風(fēng)電的最 大能力。2算例分析以某省2011年風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)例進(jìn)行風(fēng)電消納能力 研究。該省實(shí)際供電區(qū)域共分為9個,其中每個供 電區(qū)域又分為若干個供熱區(qū)域,分區(qū)之間存在電氣 聯(lián)系,如圖2所示。2011年該省將有41臺抽凝式供第5期 塒州輝等:基丁Baim1模型的風(fēng)電消納能力研究 能潭供需分析 ,吁Sjl 霧-鹵同蘆熱機(jī)組.甚粹毋選到9360Mw:3竹純凝火電機(jī)組. 總?cè)莩沁_(dá)到I 920Mw;具柯多年調(diào)棒性能水電站. 總存量達(dá)到ImMw.分布在D和r分膩;風(fēng)電主 要分布在和B地區(qū)

13、.鋅最分別達(dá)到22Mw和 2如0Mw c和D區(qū)是#罄負(fù)荷巾,心。2011年潑省蛙大缸撕預(yù)計(jì)為10480Mw,文獻(xiàn) f5份折得m 20|年緩省電力盈余將達(dá)到20%,供太 T求的形弗非常寅m,水住如此.藩古供熱機(jī)組占 全部火電機(jī)組容囂超過7慚.加之低谷時段風(fēng)電呈 現(xiàn)明硅廈嘲峰特性.弁眥問題突出為此.本文汁先針對陵樂統(tǒng)現(xiàn)狀設(shè)置基準(zhǔn)情景. 分析接45(xMw風(fēng)電后.系統(tǒng)最大的消納能力 進(jìn)而.往基準(zhǔn)情景基礎(chǔ)上.通立改變各婁資源利用 的小同邊界條什分折恥電誚納能力空化情況.為減 少卉風(fēng)尋求解央案21基準(zhǔn)情景a該省前采川風(fēng)電省內(nèi)、r衡、就地j納的碾則. 敞冕J札電外迸需求.為保證新投純凝火電機(jī)鮒有一 定發(fā)電

14、最部分純凝火電機(jī)組不參與巾停翊蜂;圓 此.根據(jù)2011年各供電丹區(qū)電力扭茼預(yù)測,各供熱 j,“的熱地荷預(yù)測、電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)組發(fā)電特性. 考慮分區(qū)之聞的輸電輯最約束,風(fēng)電全年發(fā)IU預(yù)測 曲線,以拉五風(fēng)電外進(jìn)需求、部分純凝機(jī)卦i不參2i 扁停塒*等邊群條什設(shè)矬絲準(zhǔn)情景攢擬站肇如I目3幽 群i塹i登i;!黧攢i;iiili!ili塑 目3ABR電8760h#R屯#￥女t imA自a#日自&d和表1所樂.嘲3中的螅大發(fā)電話即為風(fēng)電今年發(fā) 電碰測曲線。叮覓.在牡準(zhǔn)情景F.眥電全年8760h內(nèi)的棄 風(fēng)電破比例較高.逃到了1917%。出現(xiàn)棄風(fēng)的豐籃 強(qiáng)州是:冬母供熱期司.衙嬰保障供熱任務(wù).供 熱機(jī)組以熱定

15、電.缺乏足夠調(diào)節(jié)能力;大容量純 凝機(jī)卦i必須保證在線運(yùn)行.往最小技術(shù)JJ運(yùn)行也 要擠占6【f】Mw發(fā)IU空問.閣4顯示了區(qū)內(nèi)不同 典型日純凝機(jī)組、捫凝式烘熱機(jī)組和風(fēng)咀的發(fā)電計(jì) 劃;噬有22Mw的風(fēng)電需蜚送出.但區(qū)到 (.區(qū)輸電容鞋約束為8】(1Mw.故受A醫(yī)送出聯(lián)絡(luò)線 容量約束.較多時段內(nèi)太莆風(fēng)電送m受限.如罔5. 為考察奉省消納風(fēng)電能力.證基準(zhǔn)情景巾設(shè)置尤 外送電能需求,由于沒有增加風(fēng)電的滴納市場空匍. 渡省消納兒電能力宵脹.目目5AE“CEm自t￥R镕“m*22情景b:純凝機(jī)組參與啟停調(diào)峰被挫純雒火咀【紺必鉚n線蟮,岫約寐 艟菇 能夠靈活每系縫的啟紓側(cè)峰.j他邊彈泉件和難一一,能源供需分析

16、 能 ;糸 技 木 錳 沂 第23卷 女2*b日自n#R自Ed 4镕dR自e#A電倒準(zhǔn)情景一致,模擬結(jié)果見衰2。該系統(tǒng)供熱機(jī)組總?cè)萘窟_(dá)到93砷Mw,供熱期 最低出力達(dá)到70%咀上 故供熱期調(diào)峰容量儀為 2808Mw,純凝火電機(jī)組最低m力在50%雌E.調(diào) 峰容量為9Mw 浚系統(tǒng)火fU全部調(diào)蜂存量為 3768Mw。由于增加r純凝機(jī)組參與系統(tǒng)肩停調(diào)峰, 純凝機(jī)組能夠在風(fēng)電大發(fā)時段停機(jī),相當(dāng)于增加了 系統(tǒng)j田峰符量960Mw占辛部調(diào)峰容恬25%以上. 為風(fēng)電消納釋放出更多窄問.從喪2看巾 與叢準(zhǔn) 情景a相比.風(fēng)電彝風(fēng)電量比例F降近一半多。uf 見,純凝機(jī)組是話參與采統(tǒng)房停捌峰能夠明顯增加 該系統(tǒng)的風(fēng)電

17、消納能山.23情景c:增加E區(qū)風(fēng)能外迸瑾德就近消納晾則,在基準(zhǔn)情榮墓甜:上.假設(shè) 省內(nèi)需求的5%作勾風(fēng)電外送需求(E為外送分區(qū)j 結(jié)果表明.r增加了外迸需求,風(fēng)電棄風(fēng)電精枉 比基準(zhǔn)情景有所下降(見表3。但足,相比于情景 h而言.風(fēng)電自納能力撾升目度不大。￥3情;cR自e#A自&自24情景d:增加A區(qū)到c區(qū)輸送容量將AK到c拭的輸電輯量約求從&00Mw增加 到1如OMw后,聯(lián)絡(luò)線進(jìn)m潮流都可以滿越,如罔 6所示。對比圖5可知,由于增加了風(fēng)電進(jìn)m,柑比 于基準(zhǔn)情擐,風(fēng)電棄風(fēng)電量比例有所下降(見表4。 25情景e:綜臺解決策略實(shí)施綜合解決策略,允許純凝機(jī)組參與靈活啟 停凋峰并同時增加該省的外送電能和

18、風(fēng)電進(jìn)出默 絡(luò)線容時,優(yōu)化結(jié)果如圖7和表5所小.二“”“”“ _i山齜山齜W目目7情eAER自#A自*￥吖弛.南干采取了靈活的調(diào)度運(yùn)行策略風(fēng)電 棄風(fēng)電量降刮吊小.A區(qū)風(fēng)電進(jìn)出聯(lián)絡(luò)線沒有受限 但是.由于冬季供熱需求,供熱機(jī)組以熱定電、必 須運(yùn)行的緣故.m電還是需要在冬季部分時段(Io、1、2月棄風(fēng):26不同情景下風(fēng)電消納能力對比分析從圖8可知.影響潑省風(fēng)電消納能力最主要因 素址純凝機(jī)組足胥參與系統(tǒng)的啟停調(diào)峰,由于情景 h和情景e都增加了機(jī)組參與系統(tǒng)扁停調(diào)峰的是衍 調(diào)度策略,囡而相比于其他情景,明顯降低了卉風(fēng)目6m95AE“cER自自g镕镕自女情m 目8目情景T的#m倒 ;*S第5期 謝國輝等:基

19、于Balmorel模型的風(fēng)電消納能力研究 能源供需分析電量。綜上所述,通過Balmorel模型優(yōu)化分析,在現(xiàn) 有邊界條件下,接入4500MW風(fēng)電,存在近20%棄 風(fēng)電量,主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)缺乏較多靈活調(diào)峰電源、 風(fēng)電就地消納以及保障冬季供暖等因素共同決定的。 如果采取其他有效利用資源的策略,在現(xiàn)有環(huán)境下 改變部分邊界條件,則可以降低棄風(fēng)電量,提高風(fēng) 電消納能力。3結(jié)語風(fēng)電消納能力取決于電力系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)、網(wǎng) 架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、電網(wǎng)運(yùn)行方式和調(diào)度計(jì)劃安排、 風(fēng)電市場消納空間等因素,促進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)消 納,需要依托整個電力系統(tǒng)的資源有效利用和整合。 本文借助Balmorel模型對某省風(fēng)電消納能力進(jìn)

20、行多 情景模擬分析,從資源有效利用和整合的角度,尋 求減少棄風(fēng)的途徑。結(jié)果表明,基于小時級生產(chǎn)模 擬的Balmorel模型,能夠準(zhǔn)確計(jì)算系統(tǒng)接入一定規(guī) 模風(fēng)電后,在現(xiàn)有邊界條件下的風(fēng)電消納能力,并 且能夠靈活模擬采取不同策略下提高風(fēng)電消納能力 的情況。從整個電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性角度研究風(fēng)電 消納能力,是論文進(jìn)一步研究方向。參考文獻(xiàn):【l】施鵬飛.關(guān)于中國風(fēng)電發(fā)展的思考J】.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),2006,18(4:46. 2】白建華,辛頌旭,賈德香.我國風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)面臨的規(guī)劃和運(yùn)行問 題分析J】.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),2009,2l(2:711.3】胡明.阿爾伯塔風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)運(yùn)行的影響和對策J】.電力技術(shù)經(jīng)

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25、電力系統(tǒng)分析等研究。Email:xie罌1011uisgeri.s薩李瓊慧(1969一,女,湖南新化人,碩士。國家注冊咨詢工程師, 高級工程師。主要從事能源戰(zhàn)略規(guī)劃、能源電力需求預(yù)測、新能源規(guī) 劃等研究。Email:liqion曲ui高長征(1978一,男,河北保定人,博士,工程師,主要從事風(fēng)電 接入電網(wǎng)分析和電網(wǎng)規(guī)劃等研究工作。Email:ch如gzh鋤ggao(責(zé) 編/樊愛霞基于Balmorel模型的風(fēng)電消納能力研究 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 謝國輝， 李瓊慧， 高長征， 吳永梅， XIE Guohui， LI Qionghui， GAO Changzheng， WU Yongmei 謝國輝,李瓊慧,吳永梅,XIE Guohui,LI Qionghui,WU Yongmei(國網(wǎng)能源研究院,北京 ,100052， 高長征,GAO Changzheng(吉林省電力科學(xué)研究院,吉林長春,130021 能源技術(shù)經(jīng)濟(jì) ELECTRIC POWER TECHNOLOGIC ECONOMICS 2011,23(5 參考文獻(xiàn)(23條 1.Hans F Ravn The B