基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法及其应用
面向新能源消纳的电网规划方法初探_1
面向新能源消纳的电网规划方法初探发布时间：2023-01-11T07:17:55.927Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷16期作者：文红[导读] 可再生能源是可持续经济增长的新兴动力，过去十来年，我国在开发可再生能源方面取得了显著进展，文红国网内蒙古东部电力有限公司科尔沁区供电分公司内蒙古 028300摘要：可再生能源是可持续经济增长的新兴动力，过去十来年，我国在开发可再生能源方面取得了显著进展，目前我国可再生能源装机容量位居世界第一。
随着中国“双碳”目标和构建新型电力系统战略目标的提出，新能源发电的占比逐步提升，给电力系统的安全稳定运行带来了巨大挑战。
电池储能系统具有快速的调节性能，可平抑新能源发电出力波动、消除电网阻塞，是未来电力系统中提升新能源发电接入和消纳能力的重要资源。
近年来，电池储能在技术性能和环境友好性等方面都取得了显著进步，单位投资成本大幅降低。
规模化电池储能系统已经在电力系统各个环节得到了应用，电池储能选址定容优化问题成为当前的一个研究热点。
关键词：新能源消纳；电网规划；方法引言2022年3月22日国家发改委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》，规划十分重视新型电力系统中新能源发展的重要性，在2060年实现碳中和的目标中，风电和太阳能等新能源发电将成为电力系统电能供应主体。
新能源具有运营成本低、绿色清洁等优点，但同时也具有较高的初始投资、较大的出力波动性、不稳定性等缺点，使得新能源并网过程中存在供需不平衡、电力通道堵塞、电力辅助服务成本过高等问题。
高占比的新能源并网是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要途径，但同时也对新型电力系统中新能源的并网和消纳提出了新的挑战。
1集中式与分布式储能协同规划基本思路本文考虑集中式电池储能系统接入输电网，分布式电池储能接入配电网。
输电网的拓扑呈网状，而配电网拓扑呈辐射状。
考虑到集中式与分布式储能协同优化规划问题规模大、模型复杂度高的特点，将问题分解为一个集中式储能配置问题和多个分布式储能配置问题。
国家能源局关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知
国家能源局关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知文章属性•【制定机关】国家能源局•【公布日期】2024.05.28•【文号】国能发电力〔2024〕44号•【施行日期】2024.05.28•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】新能源,电力及电力工业正文国家能源局关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知国能发电力〔2024〕44号各省（自治区、直辖市）能源局，有关省（自治区、直辖市）及新疆生产建设兵团发展改革委，北京市城市管理委员会，各派出机构，有关电力企业：做好新形势下新能源消纳工作，是规划建设新型能源体系、构建新型电力系统的重要内容，对提升非化石能源消费比重、推动实现“双碳”目标具有重要意义。
为深入贯彻落实习近平总书记在中共中央政治局第十二次集体学习时的重要讲话精神，提升电力系统对新能源的消纳能力，确保新能源大规模发展的同时保持合理利用水平，推动新能源高质量发展，现就有关事项通知如下。
一、加快推进新能源配套电网项目建设（一）加强规划管理。
对500千伏及以上配套电网项目，国家能源局每年组织国家电力发展规划内项目调整，并为国家布局的大型风电光伏基地、流域水风光一体化基地等重点项目开辟纳规“绿色通道”，加快推动一批新能源配套电网项目纳规。
对500千伏以下配套电网项目，省级能源主管部门要优化管理流程，做好项目规划管理；结合分布式新能源的开发方案、项目布局等，组织电网企业统筹编制配电网发展规划，科学加强配电网建设，提升分布式新能源承载力。
（二）加快项目建设。
各级能源主管部门会同电网企业，每年按权限对已纳入规划的新能源配套电网项目建立项目清单，在确保安全的前提下加快推进前期、核准和建设工作，电网企业按季度向能源主管部门报送项目进展情况，同时抄送所在地相应的国家能源局派出机构。
电网企业承担电网工程建设主体责任，要会同发电企业统筹确定新能源和配套电网项目的建设投产时序，优化投资计划安排，与项目前期工作进度做好衔接，不得因资金安排不及时影响项目建设。
基于分时电价的新能源消纳模型研究
Telecom Power Technology电源与节能技术基于分时电价的新能源消纳模型研究舒心（国网湖北省电力有限公司随州供电公司，湖北为提高配电网对新能源发电能源消纳能力，文章分析各类负荷分时电价的需求响应模型，并分析了风力发电系统、光伏发电系统的输出功率概率密度函数，根据需求响应模型与新能源输出功率概率密度函数建立基于分时电价的新能源消纳模型。
以新能源消纳最大化为目标，以收益、功率平衡等为约束条件，求解模型。
为验证文章设计模型的正确性，搭建了算例，结果表明，该模型能够提高新能源发电的消纳能力以及配电网的收益。
新能源发电；分时电价；消纳模型；配电网收益Research on New Energy Consumption Model Based on Time-of-Use Electricity PriceSHU Xin(State Grid Hubei Suizhou Power Supply Company, SuizhouAbstract: In order to improve the new energy generation energy consumption capacity of the distribution network, the article analyzes the demand response model of time-of-use electricity price for various loads, and analyzes thethe wind power generation 2023年11月10日第40卷第21期111 Telecom Power TechnologyNov. 10, 2023, Vol.40 No.21舒 心：基于分时电价的新能源消纳模型研究电价激励下的转移负荷量P resL 1(t )表示为(,,,)()()()10pv p fv f r esL 0pf p fv f 0pv p pf f P L t L L t t L t L L tL t L L t λλλλλλ ++∈=+−∈ −− ,,,v f p t T t T t T ∈∈∈ （3）式中：L 0(t )为t 时段开始时的负荷；λpv 为峰谷负荷转移率；L p 表示实施分时电价前的平均负荷；λfv 平谷负荷转移率；L f 表示实施分时电价后的平均负荷；λpf 峰平负荷转移率；T v 表示电价谷值时间段；T f 表示电价平值时段；T p 表示电价峰值时段。
基于时序仿真的风电年度计划制定方法
基于时序仿真的风电年度计划制定方法发表时间：2019-02-13T16:05:13.860Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：刘佳[导读] 摘要：采用时序仿真的方法，以年度最大可平衡风电为目标，综合考虑风电出力特性、负荷特性、机组调峰特性、不同种类供热机组热电耦合特性、开机方式和电网送出能力等因素，优化全年运行方式，科学、合理地将风电纳入电网年度运行方式安排。
中国水利水电第五工程局有限公司四川成都 610066摘要：采用时序仿真的方法，以年度最大可平衡风电为目标，综合考虑风电出力特性、负荷特性、机组调峰特性、不同种类供热机组热电耦合特性、开机方式和电网送出能力等因素，优化全年运行方式，科学、合理地将风电纳入电网年度运行方式安排。
关键词：风力发电；时序仿真；年度计划；机组组合；基于时序仿真的风电年度计划方法，综合考虑风电出力特性、负荷特性、机组调峰特性、电网送出能力等因素，逐时段优化全网含风电的电力平衡，建立了用于研究省级电网年度风电计划的优化模型。
一、概述随着风电并网容量持续快速增长，占全网电源的比例不断攀升，大规模风电并网给电网功率平衡、发电计划制定、电网调峰调频带来了很大困难。
为了最大限度地提高风电上网电量，必须从年度、月度、日前、日内和实时多个时间尺度合理安排风电发电计划。
其中，风电年度计划应以年度风电预测为基础，重构得到风电时间序列，然后根据全网运行方式进行电力平衡优化，最终得到可纳入电力系统运行的计划电量。
通过制定风电年度计划，可以在年度运行方式中预留合理的风电接纳空间，保证年度计划的可执行性，同时可优化系统运行方式和检修安排，提高常规机组运行效益，对于优化风电管理、提高电力系统风电利用率具有重要的指导作用，对区域电网和风电的建设也具有指导性意义。
准确制定风电年度计划需要采用时序电力平衡的方法，考虑年度风电运行特性、系统调峰能力、电网送出能力以及火电机组的开机方式，对全网各时段进行电力平衡分析，优化常规机组和风电运行方式。
新能源消纳影响因素的贡献度评估模型
新能源消纳影响因素的贡献度评估模型谢国辉;栾凤奎;李娜娜;王卿然【摘要】准确评估新能源消纳影响因素的贡献度是制定新能源消纳解决措施的重要依据之一.总结2017年中国新能源消纳取得的成就,从源、网、荷、市场机制等方面分析影响新能源消纳的主要因素,将影响因素进行量化建模,建立基于时序生产模拟的新能源消纳影响因素的贡献度评估模型.以甘肃电网风电消纳为案例,评估2017年各种影响因素促进风电消纳的贡献度.分析表明,在负荷增长、跨区外送、省间电量交换、备用容量共享、省内断面能力提升、自备电厂替代交易等多种因素的共同作用下,2017年甘肃风电消纳状况明显改善,其中负荷增长的贡献度最大,其次是跨区外送和备用容量共享.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2018(051)011【总页数】7页(P125-131)【关键词】新能源消纳;弃风弃光;贡献度评估;时序生产模拟【作者】谢国辉;栾凤奎;李娜娜;王卿然【作者单位】国网能源研究院有限公司,北京 102209;国家电网有限公司,北京100031;国网能源研究院有限公司,北京 102209;国网新源控股有限公司,北京100761【正文语种】中文【中图分类】TM7150 引言新能源消纳是一项系统工程，与电源结构、用电需求、网架结构、外送市场等多种因素密切相关[1]。
实现新能源高效利用，需要围绕影响新能源消纳的各种因素制定具体的解决措施，多措并举、综合施策[2-4]。
2017年，在各项措施共同作用下，中国新能源消纳状况明显改善，弃风弃光增长势头得到有效遏制，全年新能源弃电量和弃电率实现“双降”。
国家电网公司经营区域新能源弃电量同比减少53亿kW·h，弃电率同比下降5.3 个百分点[5]。
由于各种因素的影响作用相互交织，并非简单的线性叠加关系，无法准确分析新能源消纳各种影响因素的贡献度[6-7]。
目前对于完整提出各种影响因素贡献度的方法和模型的研究成果不多，主要是针对新能源消纳某一具体影响因素开展研究，文献[8]分析了东北供热机组对新能源消纳的影响，提出能够提高供热机组运行灵活性的4种热电解耦措施；文献[9]研究了跨区直流安全稳定控制措施对外送风电消纳的影响，提出了提升风电外送消纳的安全稳定控制策略；文献[10]从负荷、外送、系统调峰和网架结构等方面分析了影响黑龙江电网风电消纳能力的主要因素，提出了促进黑龙江风电消纳的主要措施；文献[11-12]指出了提升燃煤机组弹性运行能力是促进新能源消纳的重要措施，并提出提升燃煤机组弹性运行能力的策略。
新能源消纳的电网规划方法
新能源消纳的电网规划方法摘要：随着时代的发展，社会的经济发展与能源危机矛盾日益加深，开发新能源有效缓解这一矛盾，并得以在全球迅速发展并广泛应用。
新能源发电方式不仅为我国社会发展创造显著的社会与环境双重收益，同时还可以令电力网架运行变得更加科学、安全。
但是在实际的应用中，新能源发电方式具有较强的不确定性和随机性，所以在进行电网规划工作的时候，难免出现某些阻碍和困难。
为了解决这一问题，需要相关人员针对新能源并入对现有电网的影响，制定出针对性较强的电网规划新方法及有效措施，积极推动我国新能源发电方式的发展和完善，满足我国日益增加的社会经济发展需求。
关键词：新能源消纳；电网；规划方法1新能源并入对现有电网的影响1.1对电力系统负荷预测、规划和运行的影响多地运用DG，即新能源发电来提供电源，导致配电网当中的相关规划无法对负荷增量情况予以准确地预测，进而使得后期用电不能够规范有序地进行[3]。
若在配电网规划的过程中包含过多的发电接点，那么就很难规划出建造、维护成本以及电能损耗低的方案。
同时，DG包含多种机组与能源类型，怎样明确各类能源间的电源结构，并协调解决各类电源故障均属于新能源并入过程中对原有电网所带来的影响。
1.2对系统潮流、电能质量和运行可靠性的影响DG的产生使得配电系统的潮流单向模式发生了转变，同时也无法准确地预测配电系统的潮流模式，并出现了许多电能质量问题，进而影响着系统安全、稳定地运行。
馈线在安装DG之后，若馈线当中的DG输出电能高于现阶段的负荷，那么馈线中的某些部分或全部潮流就极有可能是反向的，这属于一种非常规现象，因此会造成许多不良影响。
例如，因为潮流出现变化，无法维持电压调整，导致电网当中的电压调整设备会产生一些异常反应，严重时还会产生电网设备超负荷的现象，威胁系统在供电方面的稳定性与安全性。
其次，新能源发电并网之后，还会影响电网向用户提供的电能质量，主要体现在电流与电压质量方面，并影响用电设备的效率、状态以及使用寿命等。
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基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法及其应用
摘要：新能源年度消纳能力计算是提前预估电网新能源消纳空间、优化年度运
行方式安排、做好新能源消纳工作的关键环节。分析了新能源消纳能力计算的研
究现状，提出了基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法，建立了含机
组启停机约束的混合整数规划模型，开发了新能源生产模拟仿真软件，并基于
2015年一季度实际数据验证分析，证明了所提方法和模型的准确性和适应性，在
开展新能源富集的“三北”地区年度消纳能力计算实际案例研究的基础上提出了相
关建议。
关键词：新能源；年度；消纳能力；时序；生产模拟；仿真平台
0引言
为提高新能源消纳水平，调度机构在现有技术条件下，开展了有效探索，在
技术和管理2个方面取得了较为明显的成效，确保了新能源的优先消纳。本文从
技术方面研究了一种考虑电网运行边界条件和协调多环节优化电网运行方式的新
能源年度消纳能力评估方法，开发了新能源生产模拟仿真软件，仿真计算结果可
为电网调度运行和政府出台相关政策提供参考及依据。准确计算新能源消纳能力
是提高新能源消纳水平的有效途径。目前，已有很多文献对新能源消纳能力计算
方法进行了研究。
从研究目的来看，主要可归结为2个方面：（1）从电网调度运行角度出发，
研究影响新能源消纳的相关因素；（2）从电网规划角度出发，研究一定水平年
电网可接纳的最大的新能源装机容量。从研究方法来看，主要有典型日分析法和
时序仿真分析法2类。典型日分析法通常选取新能源出力最大而负荷最小的极端
情况，分析全网的电力电量平衡情况，以确定电网新能源消纳能力，从新能源出
力特性、负荷特性、机组性能和外送通道等方面分析了电力系统新能源接纳能力
的计算方法。时序仿真分析法通常以月或年为计算时间长度，通过模拟新能源出
力特性和负荷特性时间序列，逐时段模拟电网的电力电量平衡情况，从机组调节
能力、电网输电能力等角度论述了影响风电消纳的关键因素，并建立了电网风电
接入能力问题的优化模型，开展了算例研究与分析；提出利用下降搜索思想对传
统粒子群算法进行改进，并用于求解含风电场电力系统的动态经济调度问题。
1新能源消纳能力计算模型
1.1电网模型
中国省级电网通常包含上百个变电站，成千上万条母线。考虑到全电网物理
模型过于复杂，而实际电网往往为辐射型电网，且新能源场站主要集中接入电网
末端，电网结构设计优化后不会出现很多线路过载的情况。因此，本文提出一种
分区电网用于新能源消纳能力计算，该方法根据电网新能源外送通道受阻情况对
目标电网进行分区，并对分区内的负荷、新能源、常规电源、联络线进行归类。
分区后的电网可有效降低电网的复杂性，提高新能源消纳能力的计算速度，更能
适应时序仿真模拟的实用性要求。其中，区域A、B、C分别为受断面外送能力限
制而存在新能源送出受阻的地区，主网为电网没有新能源受限的其他区域。1.2-
1.5节将对电网分区内火电、水电、新能源及电网模型的建模过程进行详细介绍。
1.2火电机组模型
火力发电厂是中国电力系统电源的一个重要成员，对于接纳新能源至关重要。
火力发电机组分为专供发电的凝汽式汽轮机组及兼供热的背压式和抽汽式汽轮机
组，其中供热机组对新能源消纳能力影响较大。
1.3水电机组模型
水电厂分为不具备调节能力的径流式水电厂和具备调节水库的可调节水电厂。
水电厂运行与水资源密切相关。径流式水电厂发电功率基本上由河流流量决定。
具备调节水库的可调节水电厂没有最低出力限制，但是水库来水量和水库容量是
限制其出力的因素。
1.4新能源模型
时序生产模拟仿真中将新能源发电看作随时间变化的序列，其序列的变化特
性需与所在地区的新能源资源变化特性一致。
2实算分析与验证
为满足电网调度机构对新能源年度消纳能力计算的相关需求，国调中心组织
研发了新能源生产模拟仿真软件，它将系统负荷、新能源发电出力看作随时间变
化的时间序列，计及电网运行方式时序变化特性，在给定的电力系统运行边界条
件下，时序模拟各种电源运行状况和发用电平衡，最终得到一定电网结构、装机
容量和负荷水平下电网可消纳的新能源电力电量。
新能源生产模拟仿真软件是一个通用化的仿真分析平台，可应用于新能源消
纳能力计算、新能源年度计划制定等。为测试新能源生产模拟仿真软件模拟实际
电网运行的准确性，国调中心组织开展了2015年一季度“三北”地区新能源消纳能
力的实算工作，即根据实际的火电、水电等常规电源开机原则，以新能源最大化
消纳为目标建立优化模型，使用实际发生的负荷、联络线交换电量及风光资源数
据，计算电网的新能源消纳能力，并将计算结果与实际发生情况进行对比分析，
验证仿真计算结果的准确性。
2.1边界条件
电网运行的边界条件是新能源消纳能力计算的重要依据，新能源消纳能力计
算考虑的边界条件主要包括系统备用容量、常规电源开机方式、机组最大最小技
术出力、负荷数据、新能源资源小时数、新能源出力序列和联络线原则。2015年
一季度新能源消纳能力实算采用的边界条件如表1所示。
表12015年一季度新能源消纳能力实算边界条件
2.2计算流程
新能源消纳能力计算流程由数据准备、构建电网模型、方式维护、案例创建
和结果查看5部分组成。其中，数据准备包括新能源数据、负荷数据、省间联络
线及断面数据等；构建电网模型按照电网分区情况搭建，并配置各分区内火电、
水电等电源数据；方式维护依据实际电网常规机组运行方式，配置各分区内常规
机组的运行约束；案例创建根据案例计算需求配置相应的计算数据，启动计算并
查看结果。计算新的案例时，若电网模型没有变化，则仅修改案例的运行方式，
可重新启动计算。
2.3实算结果
2015年一季度，“三北”地区（不含蒙西，下同）风电实际发电量为
29.32TW•h，限电量为8.79TW•h；新能源生产模拟仿真软件实算的风电发电量为
29.04TW•h，实算的限电量为8.99TW•h。其中，实算发电量偏差为-0.28TW•h，
实算限电量偏差为0.20TW•h。实算结果与实际运行情况基本吻合，表明新能源生
产模拟仿真软件能够准确模拟电网运行情况，可作为新能源消纳分析的有效工具。
3结语
本文提出了基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法，建立了含机
组启停机约束的混合整数规划模型，研发了“新能源生产模拟仿真软件”，可用于
省级、区域以及全国电网的新能源消纳能力计算分析。新能源消纳能力计算是基
于现有电力消纳机制和电力电量分配原则，综合考虑了新能源运行特性、常规电
源运行方式、联络线外送电量等边界条件，实算计算结果验证了工具的可靠性。
参考文献：
[1]刘迪.面向新能源消纳的电网规划方法初探[J].军民两用技术与产品，2015，
（10）：76.