基于优先消纳新能源的电网调峰难度分析指标体系研究_潘旭.pdf

新能源278供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION第 40 卷 第 2 期2023 年 2 月基于优先消纳新能源的电网调峰难度分析指标体系研究潘旭1，王会超2，王建中1，沈朗1，焦振华1，吴栋萁3（1国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000；2中国电力科学研究院有限公司，江苏 南京 210000；3国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江 杭州 310000）摘 要：为了分析新能源优先消纳对电网调峰难度的影响规律，并为调度机构合理采取措施提高电网调峰能力提供数据支持，提出了一种新能源优先消纳的电网调峰难度分析方法。通过结合电网原始负荷需求和新能源接入后的等效负荷需求曲线，计算出负荷需求峰谷差以及均值、极值、标准差、概率分布等衍生指标，并以此为基础，构建一种新能源优先消纳的电网调峰难度分析指标体系，用于整体评价电网调峰难度变化。通过分析某省级电网某年度原始负荷需求与等效负荷需求曲线，量化新能源接入对全省电网调峰带来的困难，证明所提方法是有效的。关键词：新能源消纳；调峰难度；负荷需求；峰谷差；极限值中图分类号：TM615 文献标志码：A DOI：10.19421/ki.1006-6357.2023.02.011引文信息潘旭，王会超，王建中，等基于优先消纳新能源的电网调峰难度分析指标体系研究J 供用电，2023，40（2）：78-84.PAN Xu，WANG Huichao，WANG Jianzhong，et alIndex system research on difficulty analysis of power grid peak shaving with priority consumption of new energyJ Distribution&Utilization，2023，40（2）：78-84.基金项目：国网浙江省电力有限公司科技项目（2021-KJLH-XZ-015）。Supported by Zhejiang Electric Power Co.,Ltd.（2021-KJLH-XZ-015）.0 引言随着国家“双碳”战略的实施，新能源在一次能源消费中的比重不断增加，以新能源为主体的新型电力系统是未来能源电力发展的方向1。另一方面，基于新能源优先调度原则，大量新能源场站接入所带来的明显波动性与不确定性极大地改变电网负荷特性，负荷变化灵活多变2-3，进而对电网调峰产生很大影响，特别是在某些风电场装机容量渗透率很高的地区，风电的反调峰特性使得该地区电网调峰难度急剧增大4-5。为更好地促进新能源消纳，需依据电网调峰难度指导电网调度机构采取合理措施，从而提高电网调峰能力，为此国外专家学者开展了诸多研究。文献6-8主要研究了利用光热发电的可调节能力与火电进行联合调峰优化控制，以解决目前高比例新能源接入电网调峰能力不足的问题。文献9-11分析了风光发电接入后新能源消纳对电网调峰能力和动态运行特性的影响。文献12-13研究了含储能的新能源调峰策略优化模型，评估了调峰需求响应和系统备用的经济成本。目前在分析新能源优先消纳对电网调峰难度的研究中，学者们多以对比原始负荷需求和等效负荷需求峰谷差来定性分析14-17，但在如何定量、准确地刻画特定区域内新能源并网运行后，优先消纳新能源给电网调峰带来困难的问题上，目前还很少有研究 18-21。为此，本文提出了一种新能源优先消纳的电网调峰难度分析方法，通过结合负荷需求峰谷差数据，求取负荷需求峰谷差的衍生指标（均值、极值、标准差和概率分布等），在此基础上构建一套新能源优先消纳的电网调峰难度分析指标体系，即两负荷需求峰谷差均值比值、极值比值、标准差比值、超越概率比值（为电网调峰困难极限值），从整体上评估电网调峰难度变化情况，定量地描述某地区新能源优先消纳对电网调峰难度的影响，进而为调度机构采取合理措施，提高电网调峰能力提供数据支撑。1 负荷峰谷差及其衍生指标负荷需求峰谷差是指某区域该天负荷需求的极大供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 78供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 782023/2/13 14:282023/2/13 14:28新能源279供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION第 40 卷 第 2 期2023 年 2 月值与极小值的差值，用于表述负荷需求在该天变化范围，数值越大表示该天负荷需求变化幅度越大，电网调峰难度越大，表达式为：Pi=Pi,maxPi,min（1）式中：Pi为某区域电网在第i天的负荷需求峰谷差；Pi,max、Pi,min分别为某区域电网在第i天的负荷需求极大值、极小值。为更精细地描述某区域负荷需求峰谷差分布特性，常使用计算方法求取峰谷差的衍生指标（极值、均值、标准差和概率分布），进而从负荷需求峰谷差的分布情况和波动情况更精确地分析该区域电网调峰难度。1.1 负荷需求峰谷差极值 负荷需求峰谷差极值代表该区域电网调峰难度的极端情形，峰谷差极大值代表该区域电网调峰最难场景，极小值代表该区域电网调峰难度最小场景，表达式为：（2）（3）式中：Pmax、Pmin分别为某区域电网某段时间内负荷需求峰谷差的极大值、极小值。1.2 负荷需求峰谷差均值负荷需求峰谷差均值代表该区域电网调峰难度的典型情形，表达式为：（4）式中：Pmean为某区域电网某段时间内负荷需求峰谷差的均值；n为某区域电网某段时间内负荷采样点总数。1.3 负荷需求峰谷差标准差负荷需求峰谷差标准差代表该区域电网调峰难度的波动情形，表达式为：（5）式中：Pstdev为某区域电网某段时间内负荷需求峰谷差的标准差值。1.4 负荷需求峰谷差概率分布负荷需求峰谷差概率分布是用于描述负荷需求峰谷差数值分布特征，常在此基础上求取负荷需求峰谷差累计概率分布，表达式为：（6）（7）式中：PV为负荷需求峰谷差集合中数据；PVj为负荷需求峰谷差小于PV集合排序后第j个数据；num()为求取数据集合中某数出现的频数；sum()为求和函数；f()为概率分布函数；F()为累计概率分布函数。根据负荷需求峰谷差累计概率分布，获取该区域负荷峰谷差超过调峰困难极限值的概率，以整体描述该区域在某段时间内的调峰困难情况，其中调峰困难极限值一般由该区域调度人员基于本区域调峰情况和调度经验设定，也可采用本区域新能源发电无法消纳时，临时通过跨区域现货交易完成消纳的负荷需求峰谷差22。2 新能源优先消纳的电网调峰难度分析体系为定量分析新能源优先消纳对电网调峰难度的影响，本文在负荷需求峰谷差及其衍生指标的基础上提出一种新能源优先消纳的电网调峰难度分析指标体系两负荷需求峰谷差均值比值、极值比值、标准差比值、超越概率比值，用于整体评价电网调峰难度变化。2.1 评价指标计算2.1.1两负荷需求峰谷差极值比值两负荷需求峰谷差极值比值用于描述新能源接入电网后负荷需求极端情况的变化趋势，表达式为：（8）（9）（10）式中：X1为两负荷需求峰谷差极值比值；为平衡度系数；X11、X12分别为某区域电网某段时间内两负荷需求峰谷差极大值比值和极小值比值；P1V,max为某区域电网某段时间内原始负荷需求峰谷差的极大值；P2V,max为某区域电网某段时间内新能源接入后等效负荷需求峰谷差的极大值；P1V,min为某区域电网某段时间内原始负荷需求峰谷差的极小值；P2V,min为某区域电网某段时间内新能源接入后等效负荷需求峰谷差的极小值。2.1.2两负荷需求峰谷差均值比值两负荷需求峰谷差均值比值用于描述新能源接入电网后负荷需求整体大小变化趋势，表达式为：供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 79供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 792023/2/13 14:282023/2/13 14:28新能源280供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION第 40 卷 第 2 期2023 年 2 月 （11）式中：X2为两负荷需求峰谷差均值比值；P1V,mean为某区域电网某段时间内原始负荷需求峰谷差的均值；P2V,mean为某区域电网某段时间内新能源接入后等效负荷需求峰谷差的均值。2.1.3两负荷需求峰谷差标准差比值两负荷需求峰谷差标准差比值是用于描述新能源接入电网后负荷需求峰谷差整体稳定情况的变化趋势，表达式为：（12）式中：X3为两负荷需求峰谷差标准差比值；P1V,stdev为某区域电网某段时间内原始负荷需求峰谷差的标准差值；P2V,stdev为某区域电网某段时间内新能源接入后等效负荷需求峰谷差的标准差值。2.1.4两负荷需求峰谷差超越概率比值两负荷需求峰谷差超越概率比值是用于描述新能源接入电网后负荷需求峰谷差极端情形的变化趋势，表达式为：（13）式中：X4为两负荷需求峰谷差超越概率比值；F1()为某区域电网某段时间内原始负荷需求峰谷差大于的概率；F2()为某区域电网某段时间内新能源接入后等效负荷需求峰谷差大于的概率。2.2 评价权重计算开展电网调峰难度分析，需综合考虑多个评估指标、多种评价因素，而指标权重是否科学合理，直接影响着最终的评估结果23。本文综合考虑各种因素后，采用序关系分析法和变异系数法确定每个评估指标的权重。2.2.1序关系分析法确立主观权重1992 年郭亚军教授提出序关系分析法（G1法），是较为成熟的主观权重计算方法24，该方法能够根据问题的实际情况，结合专家自身的知识经验，合理地确定各指标的权重排序，进而确立指标权重，计算步骤如下：1）根据评价指标集X1,X2,Xm，按照某种评估规则，确定m个评价指标的相对重要程度排序。2）确定评价指标Xi权重wi对相邻指标Xi1权重wi1的重要性程度之比ri，其由各专家判定并取平均值，指标权重比例形成准则如表1所示。表1 指标权重比例形成准则Table1 Criteria for forming indicator weight proportion重要程度ri定义1.0两个指标同等重要1.2前者指标比后者指标稍微重要1.4前者指标比后者指标明显重要1.6前者指标比后者指标强烈重要1.8前者指标比后者指标极端重要1.1，1.3，1.5，1.7介于两指标之间3）根据选取的重要性标度之比计算确定评价指标的权重向量，可表示为：（14）（15）式中：wi为第i项评价指标的主观权重，且。2.2.2变异系数法确立客观权重变异系数法（CV法）是统计学中的重要方法，也是比较成熟的客观权重计算方法25，其直接利用各项指标所包含的信息，通过计算得到指标的权重，该方法客观性强，不增加决策者的负担，具有较强的数学理论依据，计算步骤如下：1）设有n个待评对象，m个评价指标，则评估的数据矩阵为D=(dij)mn，求取其标准差值，可表示为：（16）（17）式中：di为第i项评价指标的平均值：i为第i项指标的标准差值。2）根据得出的标准差值，求取各项指标的变异系数，可表示为：（18）式中：i为第i项评价指标的变异系数。3）根据得出的变异系数，求取各项指标权重，可表示为：（19）供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 80供用电2023年第2期-第二部分-2-6.indd 802023/2/13 14:282023/2/13 14:28新能源281供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION第 40 卷 第 2 期2023 年 2 月图1 某省2021年负荷需求曲线与新能源发电曲线Fig.1 Load demand curve and new energy generation curve of a province in 2021图2 某省2021年负荷需求峰谷差及其变化曲线Fig.2 Peak valley difference of load demand and its change curve of a province in 2021式中：i为第i项评价指标的客观权重，且。2.2.3G1-CV组合确立综合权重由G1法确定各指标主观权重为w1,w2,wm，由反熵权法确定客观权重为1,2,m，最终确定