電網(wǎng)多時(shí)間尺度接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系

劉敦楠, 李奇, 秦麗娟，趙佳偉

(1. 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)), 北京市 102206；2. 廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院， 南寧市 530002)

電網(wǎng)多時(shí)間尺度接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系

劉敦楠1, 李奇1, 秦麗娟2，趙佳偉1

(1. 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)), 北京市 102206；2. 廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院， 南寧市 530002)

以風(fēng)光為代表的非水可再生能源發(fā)電出力具有波動(dòng)性和隨機(jī)性，這使得電網(wǎng)在日常調(diào)度中將風(fēng)光發(fā)電出力視為負(fù)負(fù)荷，系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)光比例的增多會(huì)增加不可控因素，使得電網(wǎng)接納風(fēng)光發(fā)電能力受到限制。限制因素包括電網(wǎng)調(diào)峰能力、電網(wǎng)調(diào)頻能力、風(fēng)光出力特性、負(fù)荷特性、電網(wǎng)外送通道等，構(gòu)建電網(wǎng)接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)可以反映電網(wǎng)的“飽和程度”，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行提供參考和評(píng)價(jià)依據(jù)。根據(jù)影響電網(wǎng)接納能力的多種因素構(gòu)建多時(shí)間尺度的電網(wǎng)接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系，分別從電網(wǎng)短期、中期和長期3個(gè)時(shí)間尺度，兼顧系統(tǒng)運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)因素，系統(tǒng)地評(píng)估電網(wǎng)接納能力。通過指標(biāo)量化值反映電網(wǎng)對不同比例的可再生能源的接納程度。

接納能力; 評(píng)價(jià)指標(biāo); 多時(shí)間尺度; 可再生能源

0 引 言

近年來我國清潔化能源發(fā)展迅速，根據(jù)《中國2050年高比例可再生能源發(fā)展情景暨路徑研究》，到2050年中國全年風(fēng)光可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的63.6%[1]。高比例可再生能源的推進(jìn)和發(fā)展已是我國能源發(fā)展常態(tài)。風(fēng)光能源的大規(guī)模利用源于其發(fā)電的節(jié)能減排效益，但同時(shí)由于風(fēng)光發(fā)電出力的波動(dòng)性和隨機(jī)性，使得電力系統(tǒng)供給側(cè)不確定因素增加。為保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，電網(wǎng)接納可再生能源能力受到限制。目前國內(nèi)外針對電網(wǎng)接納風(fēng)光可再生能源能力已經(jīng)開展了大量的研究，評(píng)估方法主要分為4類：一是根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)通過估算的方法獲得評(píng)估結(jié)果；二是通過實(shí)驗(yàn)仿真得出結(jié)果；三是通過制約因素如電壓穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、系統(tǒng)調(diào)峰能力、網(wǎng)絡(luò)傳輸能力來判定電網(wǎng)接納能力；四是通過構(gòu)建優(yōu)化模型，考慮各種約束得出結(jié)論[2]。

上述評(píng)估電網(wǎng)接納可再生能源能力的方法主要是為求解可再生能源的最大接納量，而對反映電網(wǎng)接納可再生能源能力的指標(biāo)少有研究。在1998年的國際電網(wǎng)會(huì)議上，Christensen等人提出了風(fēng)電場穿透功率極限的指標(biāo)，定義為系統(tǒng)所能接受的風(fēng)電場最大容量和系統(tǒng)最大負(fù)荷的比值，用于反映給定系統(tǒng)規(guī)模的最大風(fēng)電裝機(jī)比例。在我國，風(fēng)電穿透功率是指系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)容量占系統(tǒng)負(fù)荷的比例[3]。還有另一個(gè)指標(biāo)為短路容量比，定義為風(fēng)電場額定容量和連接點(diǎn)短路容量的比值，用于反映局部系統(tǒng)風(fēng)電裝機(jī)最大規(guī)模[4]。這2個(gè)指標(biāo)僅從系統(tǒng)和局部2個(gè)層面反映風(fēng)電最大裝機(jī)規(guī)模，不能為系統(tǒng)調(diào)度提供參考且不能反映系統(tǒng)消納能力[2]。風(fēng)電的并網(wǎng)消納對電力系統(tǒng)的影響有很多方面，風(fēng)電出力的波動(dòng)性會(huì)引起電網(wǎng)頻率擾動(dòng)，風(fēng)電出力的不確定性可能會(huì)使得凈負(fù)荷峰谷差相較于負(fù)荷峰谷差增大，為電網(wǎng)調(diào)峰帶來壓力[5]。國內(nèi)外有學(xué)者針對風(fēng)光電源對電網(wǎng)的影響進(jìn)行了大量研究，文獻(xiàn)[6]主要進(jìn)行了大規(guī)模間歇式能源并網(wǎng)對電網(wǎng)輔助服務(wù)的需求研究，文獻(xiàn)[7-9]主要分析了風(fēng)電對電網(wǎng)調(diào)峰能力的影響，文獻(xiàn)[10]分析了風(fēng)電和光伏對整個(gè)國家負(fù)荷的影響，文獻(xiàn)[11]提出風(fēng)電并網(wǎng)影響了電網(wǎng)的靈活性，需要儲(chǔ)能、外送通道和靈活性機(jī)組來提高電網(wǎng)接納能力。這些現(xiàn)有研究依據(jù)可再生能源發(fā)電對電網(wǎng)的影響展開分析，但沒有將其對電網(wǎng)的影響轉(zhuǎn)換為指標(biāo)進(jìn)而反映電網(wǎng)接納能力。目前能夠反映電力系統(tǒng)充裕度的指標(biāo)有發(fā)電不足概率和發(fā)電不足期望[12]，能夠反映電網(wǎng)接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)有調(diào)峰不足概率和調(diào)峰不足期望[13]，但指標(biāo)未形成體系，也沒有考慮多時(shí)間尺度。文獻(xiàn)[14]構(gòu)建了多時(shí)空尺度的風(fēng)電消納體系，提出了多時(shí)間多空間尺度的風(fēng)電消納概念。文獻(xiàn)[15]提出了多時(shí)空尺度的風(fēng)電特性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。上述研究中的多時(shí)間尺度概念為本文的電網(wǎng)接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建提供了借鑒意義。

本文基于前期學(xué)者的研究，將構(gòu)建評(píng)估電網(wǎng)接納可再生能源能力的指標(biāo)體系，用于反映電網(wǎng)對于風(fēng)光等非水可再生能源的接納能力(下文中的可再生能源特指風(fēng)光電源)，即電網(wǎng)的“飽和程度”，指標(biāo)體系考慮電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性因素，從短期、中期、長期3個(gè)時(shí)間尺度展開，系統(tǒng)地描述電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。

1 電網(wǎng)接納可再生能源能力影響因素

可再生能源出力具有波動(dòng)性和不確定性，電網(wǎng)接納可再生能源的能力一方面取決于可再生能源自身的出力特性，即波動(dòng)性和不確定性程度；另一方面取決于電網(wǎng)的平衡及控制能力。在電網(wǎng)運(yùn)行中，不同時(shí)間尺度下考慮的接納能力影響因素不同，但實(shí)質(zhì)都是體現(xiàn)在這兩方面的，具體影響因素見表1。

表1 電網(wǎng)多時(shí)間尺度接納可再生能源能力影響因素
Table 1 Factors about power grid accepting renewable energy in multi-time scale

1.1 電網(wǎng)短期接納可再生能源能力影響因素

電網(wǎng)短期內(nèi)(時(shí)間尺度為天以內(nèi))接納可再生能源的能力主要與電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)備用水平、凈負(fù)荷短期波動(dòng)值、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力、系統(tǒng)調(diào)峰需求和電網(wǎng)外送通道有關(guān)。對于超高風(fēng)光比例的地區(qū)(類似三北地區(qū))，電網(wǎng)外送通道對電網(wǎng)接納能力才有一定的影響，一般情況下外送通道很少影響電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。

凈負(fù)荷是通過系統(tǒng)負(fù)荷減去風(fēng)光出力得到的，一般凈負(fù)荷曲線比原負(fù)荷曲線的波動(dòng)幅度更大且波動(dòng)更加頻繁。凈負(fù)荷的短期波動(dòng)性增大會(huì)影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，因此凈負(fù)荷短期波動(dòng)性越小系統(tǒng)頻率越穩(wěn)定。一般而言，風(fēng)光出力的秒級(jí)隨機(jī)波動(dòng)可由系統(tǒng)的一次調(diào)頻所平衡，而對于長時(shí)間的緩慢波動(dòng)可采用系統(tǒng)三次調(diào)頻和經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行平衡，風(fēng)光出力和負(fù)荷的分鐘級(jí)波動(dòng)則需要電網(wǎng)AGC備用來進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此AGC備用水平反映了電網(wǎng)二次調(diào)頻能力的大小，AGC的上備用水平和下備用水平分別反映了上調(diào)節(jié)能力和下調(diào)節(jié)能力。從電能質(zhì)量和聯(lián)絡(luò)線功率控制的角度出發(fā)，當(dāng)區(qū)域內(nèi)AGC容量備用越多時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度越快，可平衡的風(fēng)光出力分鐘級(jí)波動(dòng)能力越大，在超短期內(nèi)接納風(fēng)光的能力也就越強(qiáng)[6]。

系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力是指水電和火電正常的基本調(diào)峰能力，不包含火電深度調(diào)峰和啟停調(diào)峰能力，在短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力取決于當(dāng)天常規(guī)機(jī)組的開機(jī)計(jì)劃和負(fù)荷高峰時(shí)段所需的旋轉(zhuǎn)備用容量。常規(guī)機(jī)組的開機(jī)計(jì)劃確定了當(dāng)天的總調(diào)峰能力，總調(diào)峰能力減去負(fù)荷高峰旋轉(zhuǎn)備用容量即系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力。風(fēng)光的并網(wǎng)使得凈負(fù)荷的峰谷差增大，在負(fù)荷高峰時(shí)段，需要根據(jù)風(fēng)光的出力預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差配備一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，在負(fù)荷低谷時(shí)段，風(fēng)光聚合體有一定的調(diào)峰需求，風(fēng)光電源對調(diào)峰的具體影響如圖1所示。因此系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力能否滿足負(fù)荷峰谷差調(diào)峰需求和風(fēng)光聚合體調(diào)峰需求之和是影響電網(wǎng)接納可再生能源能力的關(guān)鍵因素之一。

圖1 不同比例的風(fēng)光并網(wǎng)對調(diào)峰的影響Fig.1 Effects of different proportion of wind and solar power on peaking

1.2 電網(wǎng)中期接納可再生能源能力影響因素

電網(wǎng)中期(時(shí)間尺度為月度和季度之間)接納可再生能源的能力主要與系統(tǒng)平均經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力、系統(tǒng)平均調(diào)峰需求和電網(wǎng)外送通道有關(guān)，同樣一般地區(qū)不考慮電網(wǎng)外送通道因素。

系統(tǒng)平均經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力是中期時(shí)間尺度內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)調(diào)峰能力的平均值，取決于常規(guī)可調(diào)節(jié)機(jī)組的裝機(jī)容量、機(jī)組檢修計(jì)劃和水電水情，常規(guī)可調(diào)節(jié)機(jī)組指具有調(diào)節(jié)能力的火電、水電和燃?xì)鈾C(jī)組，反映了系統(tǒng)最大的調(diào)節(jié)水平，機(jī)組檢修計(jì)劃和水電水情會(huì)影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，安排的機(jī)組檢修越多調(diào)節(jié)能力越小，水電水情是指水電處于豐水期、枯水期或平水期的狀態(tài)，不同水情狀態(tài)下水電機(jī)組的調(diào)節(jié)性能不同。

系統(tǒng)平均調(diào)峰需求是指中期時(shí)間尺度內(nèi)電網(wǎng)凈負(fù)荷調(diào)峰需求的平均值，取決于負(fù)荷的平均峰谷差和風(fēng)光聚合體的平均調(diào)峰需求，由于系統(tǒng)內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)低概率的風(fēng)光出力極端情況，所以允許一定的棄風(fēng)棄光電量可以使風(fēng)光聚合體的平均調(diào)峰需求更為合理。

1.3 電網(wǎng)長期接納可再生能源能力影響因素

電網(wǎng)長期(時(shí)間尺度為年度及以上)接納可再生能源的能力主要與系統(tǒng)內(nèi)的靈活性資源和靈活性需求有關(guān)。

國內(nèi)有學(xué)者將電力系統(tǒng)靈活性定義為：經(jīng)濟(jì)約束和運(yùn)行約束下，某一時(shí)間尺度內(nèi)，電力系統(tǒng)快速而有效地優(yōu)化調(diào)配現(xiàn)有資源，快速響應(yīng)電網(wǎng)功率變化、控制電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的能力。靈活的電力系統(tǒng)既可以滿足功率不足時(shí)的電能缺口，也可以經(jīng)濟(jì)處置功率過剩時(shí)的電能。對任何原因引起的負(fù)荷需求變化和電力輸出變化，電力系統(tǒng)都可以保證充足的電力供應(yīng)[16]。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)受到多種因素的影響，具有很強(qiáng)的不確定性，大規(guī)模風(fēng)光可再生能源并網(wǎng)后，這種不確定性更加明顯與強(qiáng)烈，使電力系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)功率不平衡問題，這些不可控性問題也就是電力系統(tǒng)的靈活性需求，取決于系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷特性、風(fēng)光電源裝機(jī)容量和風(fēng)光出力特性。電網(wǎng)需要利用靈活性資源平衡和控制系統(tǒng)的不確定因素，靈活性資源主要包含常規(guī)電源裝機(jī)容量、區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)傳輸容量、年度水電水情、電動(dòng)汽車保有量、儲(chǔ)能規(guī)模、微網(wǎng)規(guī)模、負(fù)荷管理和負(fù)荷響應(yīng)，這些靈活性資源可使電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效地運(yùn)行，靈活性資源越多電網(wǎng)接納可再生能源能力越強(qiáng)。因此電網(wǎng)在長期時(shí)間尺度上接納可再生能源能力的關(guān)鍵在于電力系統(tǒng)的靈活性資源能否滿足系統(tǒng)的靈活性需求。

2 電網(wǎng)接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系

2.1 電網(wǎng)短期接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)

電網(wǎng)短期接納可再生能源能力的指標(biāo)主要考慮2個(gè)方面，一是系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的調(diào)頻能力能否滿足系統(tǒng)的調(diào)頻需求，二是機(jī)組的調(diào)峰能力能否滿足系統(tǒng)的調(diào)峰需求。由此提出2個(gè)電網(wǎng)短期可再生能源接納能力評(píng)估指標(biāo)，分別為系統(tǒng)調(diào)頻能力充裕度和系統(tǒng)調(diào)峰能力充裕度。

2.1.1 系統(tǒng)調(diào)頻能力充裕度

系統(tǒng)調(diào)頻能力充裕度定義為系統(tǒng)的調(diào)頻能力與調(diào)頻需求的比值。具體的計(jì)算公式如下：

(1)

系統(tǒng)調(diào)頻能力計(jì)算如下：

(2)

式中RAGC為系統(tǒng)的AGC備用容量，由于凈負(fù)荷波動(dòng)方向的不確定性，有可能需要AGC進(jìn)行上調(diào)節(jié)，也可能是下調(diào)節(jié)，因此取AGC備用容量的中間值確定調(diào)頻能力。

系統(tǒng)調(diào)頻需求計(jì)算如下：

(3)

(4)

PNt+PNt+1+…+PNt+M)

(5)

當(dāng)系統(tǒng)的調(diào)頻能力能夠滿足調(diào)頻需求時(shí)，βf的取值大于100%，表示系統(tǒng)接納可再生能源還有余力。當(dāng)βf的取值低于100%時(shí)，表示系統(tǒng)的調(diào)頻能力無法完全滿足調(diào)頻需求，反映了可再生能源接納量過多，系統(tǒng)已經(jīng)過飽和。圖3為某地區(qū)大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)后系統(tǒng)調(diào)頻能力充裕度示意圖，從圖中可以看出，當(dāng)天指標(biāo)值低于100%的共計(jì)12個(gè)點(diǎn)(圖中圓圈部分)。

圖2 系統(tǒng)調(diào)頻能力充裕度示意圖Fig.2 System frequency adjustment capability

2.1.2 系統(tǒng)調(diào)峰能力充裕度

系統(tǒng)調(diào)峰能力充裕度定義為系統(tǒng)調(diào)峰能力與調(diào)峰需求的比值。具體的計(jì)算公式如下：

(6)

系統(tǒng)調(diào)峰能力計(jì)算如下：

(7)

式中：Pie和Pi,min分別為機(jī)組i的額定出力和最小技術(shù)出力；NG為系統(tǒng)中可調(diào)度的發(fā)電機(jī)組數(shù)目。

系統(tǒng)調(diào)峰需求計(jì)算如下：

(8)

式中：Preserve是負(fù)荷高峰時(shí)期的旋轉(zhuǎn)備用容量；PNmax和PNmin分別是凈負(fù)荷最大值和最小值。

當(dāng)βp的值大于100%時(shí)，表示系統(tǒng)的調(diào)峰能力能夠滿足調(diào)峰需求，系統(tǒng)的接納可再生能源能力較強(qiáng)，當(dāng)βp小于100%時(shí)，表示系統(tǒng)有調(diào)峰壓力，電網(wǎng)可能面臨棄風(fēng)棄光或者深度調(diào)峰和啟停調(diào)峰，反映了系統(tǒng)接納的可再生能源量已經(jīng)過飽和。

2.2 電網(wǎng)中期接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)

電網(wǎng)中期接納可再生能源能力的評(píng)估指標(biāo)主要考慮系統(tǒng)的平均調(diào)峰能力能否滿足系統(tǒng)的平均調(diào)峰需求，因?yàn)橄到y(tǒng)的調(diào)頻問題屬于短期調(diào)度問題，中期時(shí)間尺度主要考慮調(diào)峰因素。由此提出系統(tǒng)平均調(diào)峰充裕度指標(biāo)，計(jì)算方法如下：

(9)

系統(tǒng)平均調(diào)峰能力計(jì)算如下：

(10)

式中MG為系統(tǒng)中可運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組數(shù)目，可運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組是由所有裝機(jī)的電源減去檢修計(jì)劃的機(jī)組之后得出的。

系統(tǒng)平均調(diào)峰需求由3個(gè)部分構(gòu)成，一是負(fù)荷峰谷差引起的調(diào)峰需求，二是負(fù)荷高峰時(shí)期的旋轉(zhuǎn)備用部分，三是考慮風(fēng)光出力聚合的新增調(diào)峰需求。計(jì)算方法如下：

(11)

統(tǒng)計(jì)資料表明，負(fù)荷在預(yù)測值附近隨機(jī)變動(dòng)的概率屬于正態(tài)分布，且方差的大小與負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性有關(guān)[17]。根據(jù)圖3所示的負(fù)荷在預(yù)測值附近波動(dòng)的概率密度函數(shù)，可以求出負(fù)荷波動(dòng)造成的缺電概率PLOLP為

(12)

式中：σload為負(fù)荷在預(yù)測值附近波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差，一般取值在1%～2%，對于負(fù)荷比較大的系統(tǒng)取值為1%，對于負(fù)荷較小的系統(tǒng)取值2%；P1為系統(tǒng)的負(fù)荷備用容量。

圖3 風(fēng)光并網(wǎng)前后負(fù)荷預(yù)測偏差概率密度Fig.3 Probability density of deviation befor and after grid connection for wind-PV system

可再生能源并入電網(wǎng)后，由于風(fēng)光本身預(yù)測準(zhǔn)確度也大致呈正態(tài)分布，可設(shè)σrenew為風(fēng)光聚合體發(fā)電量的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差，一般取值為10%～20%。則

(13)

式中σnew為風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)后凈負(fù)荷的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差，為維持給定的缺電概率PLOLP，通過正態(tài)分布表可以求出相對應(yīng)的負(fù)荷備用容量：

Preserve=P2=σnewΦ-1(1-PLOLP)

(14)

式中：Φ-1為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的反函數(shù)；P2即是負(fù)荷高峰時(shí)期的旋轉(zhuǎn)備用部分。

2.3 電網(wǎng)長期接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)

影響電網(wǎng)長期接納可再生能源能力的因素很多，綜合概括為2類，一類是為控制電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的靈活性資源，另一類是電力系統(tǒng)中的種種不確定因素引起的靈活性需求。

常規(guī)電源規(guī)劃裝機(jī)容量是一項(xiàng)重要的靈活性資源，調(diào)節(jié)性水電、火電和燃?xì)獍l(fā)電是平衡可再生能源波動(dòng)的重要資源。電網(wǎng)互聯(lián)區(qū)域可以互為負(fù)荷和備用，直觀上來說，區(qū)域電力系統(tǒng)間傳輸容量越大，電力系統(tǒng)靈活性越高，從而接納能力越強(qiáng)。儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車和微網(wǎng)同樣具有較強(qiáng)的靈活性，靈活性隨其規(guī)模的擴(kuò)大而增強(qiáng)。負(fù)荷管理和負(fù)荷響應(yīng)是一項(xiàng)需求側(cè)資源，能夠有效平衡負(fù)荷峰谷差，抵消可再生能源出力的波動(dòng)性，也是評(píng)估電網(wǎng)接納可再生能源能力的重要指標(biāo)。

在評(píng)估電網(wǎng)長期接納可再生能源能力過程中，由于相關(guān)因素較多，相互之間關(guān)系復(fù)雜，電網(wǎng)接納能力還取決于系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控的策略，因而無法準(zhǔn)確判斷電力系統(tǒng)的接納能力，僅能統(tǒng)計(jì)相關(guān)靈活性資源的量以及靈活性需求從而粗略評(píng)價(jià)電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。爬坡資源不足期望值[16]是用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)靈活性的其中一個(gè)指標(biāo)，該指標(biāo)能衡量系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，有利于靈活性資源的不同組合進(jìn)行優(yōu)化與改善，但指標(biāo)因變量只考慮輸電系統(tǒng)的靈活性資源，并未考慮配電系統(tǒng)所帶來的靈活性，該指標(biāo)仍有待完善。該指標(biāo)計(jì)算方法如下詳述。

(1)統(tǒng)計(jì)靈活性資源的量。設(shè)定時(shí)間尺度T，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可用靈活性資源數(shù)據(jù)及概率分布，靈活性資源i的概率分布記為Di,T(X)，其中X表示靈活性資源i可以提供的調(diào)節(jié)容量。

(2)統(tǒng)計(jì)靈活性需求的量：

(15)

由臨界點(diǎn)可以得到，不能滿足系統(tǒng)靈活性需求的概率Pun,i可表示為

(16)

式中ξ為絕對值很小的正值，取1～2MW。

(3)電網(wǎng)靈活性評(píng)估。通過累加不能滿足靈活性需求的概率可得系統(tǒng)爬坡資源不足期望值Ii,T，即評(píng)估電網(wǎng)長期接納可再生能源能力的指標(biāo)：

Ii,T=∑Pun,i

(17)

綜上形成電網(wǎng)多時(shí)間尺度接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)體系如表2所示。

表2 電網(wǎng)多時(shí)間尺度接納可再生能源能力評(píng)估指標(biāo)匯總
Table 2 Indexes about power grid accepting renewable energy in multi-time scale

3 結(jié) 論

本文基于影響電網(wǎng)接納可再生能源能力的因素，分別構(gòu)建電網(wǎng)短期、中期和長期3個(gè)時(shí)間尺度的電網(wǎng)接納可再生能源能力的評(píng)估指標(biāo)體系，用于反映電網(wǎng)對可再生能源的“飽和程度”，為含風(fēng)光可再生能源的電力系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行提供參考和評(píng)價(jià)依據(jù)。

其中短期和中期計(jì)算方法較成熟，長期時(shí)間尺度考慮因素眾多，且因素之間關(guān)系復(fù)雜，目前僅能粗略估計(jì)電網(wǎng)靈活性。

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(編輯 張小飛)

Evaluation of Grid Accepting Renewable Energy in Multi-Time Scale

LIU Dunnan1, LI Qi1, QIN Lijuan2, ZHAO Jiawei1

(1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Beijing 102206, China; 2. Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co., Ltd., Nanning 530002, China)

The volatility and randomization of wind power and solar energy make power grid regard them as negative load in daily dispatch. The uncontrollable factors caused by renewable energy ratio in system lead to the results that the abilities for power grid to receive wind power and solar energy might be limited, including power grid’s peak-load regulation capacity, frequency regulation capacity, renewable energy output characteristics, load characteristics, external transmission channel of power network and so forth. Setting up renewable resources accepted index can reflect the “saturation level” of power grid, which can provide reference and evaluation basis for the operation and management of electric system. This paper presents the indicator system which can reflect multi-time scale power grid’s acceptance ability for renewable resources, based on the multiple factors influencing power grid’s acceptance ability. And then, this paper systematically evaluates the acceptance capacity of grid in short term, mid-term and long term three time dimensions respectively, with taking into account the operation security and economic factors of the system. Through index quantization value the power grid’s acceptance ability with the different proportion of renewable resources can be reflected.

accommodation ability; evaluation index; multi-time scale; renewable energy

TM 73

A

1000-7229(2017)07-0044-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.006

2017-03-14

劉敦楠(1979)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌黾半娏ο到y(tǒng)調(diào)度；

李奇(1992)，男，碩士研究生，本文通信作者，主要從事電力市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作；

秦麗娟(1985)，女，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌鲂枨髠?cè)管理；

趙佳偉(1994)，女，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏夹g(shù)經(jīng)濟(jì)及管理。