考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法及系统与流程

1.本发明属于电力保供及新能源消纳技术领域，涉及一种考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法。


背景技术：

2.储能设备尤其是抽水蓄能电站是新型电力系统背景下实现电力保供、促进新能源消纳的重要手段。
3.但是，抽水蓄能电站不产生电量，且存在转换效率问题，在保供作用发挥、促进新能源消纳方面均存在局限性。一方面，抽蓄在促进新能源消纳方面存在饱和效应，即抽蓄达到一定规模后，新能源利用率率提升明显变缓；另一方面，抽蓄在保供方面仅可实现功率调节，无法提供电量支撑，需要一定规模火电托底，确保电力电量平衡。
4.对于火电，晚高峰时刻，新能源顶峰能力有限，需要火电发挥顶峰作用，保障电力供应；同时，还需向储能尤其是抽蓄提供电量支撑，以保证抽蓄在大负荷时刻发挥顶峰作用。
5.因此，合理电源结构的关键是火电及抽蓄规模的确定。研究确定合理的火电规模，以确保电力供应；研究确定合理的抽蓄规模，以确保新能源高效、经济消纳，但现有技术中并未给出如何合理确定电源结构的技术手段。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法及系统，该方法及系统能够在电力保供及新能源消纳的基础上确定合理的电源结构。
7.为达到上述目的，本发明所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法包括以下步骤：
8.1)以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；
9.2)在全年最大电力缺口p1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；
10.3)在全年最大电力缺口p1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；
11.4)在全年最大电力缺口p1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；
12.5)为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。
13.步骤2)的具体操作为：
14.21)配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；
15.22)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不
同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；
16.23)确定所述新能源利用率最大时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模。
17.步骤3)的具体操作为：
18.31)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模后系统的电力缺口；
19.32)确定系统的电力缺口为0时对应的火电规模p
min火电
，并将所述火电规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。
20.步骤4)的具体操作为：
21.41)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；
22.42)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能的配置最小规模；
23.43)继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模。
24.本发明所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统包括：
25.第一确定模块，用于以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；
26.第二确定模块，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；
27.第三确定模块，用于在全年最大电力缺口p1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；
28.第四确定模块，用于在全年最大电力缺口p1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；
29.第一配置模块，用于为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。
30.所述第二确定模块包括：
31.第二配置模块，用于配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；
32.第三配置模块，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；
33.第五确定模块，用于确定所述新能源利用率饱和时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模。
34.所述第三确定模块包括：
35.第四配置模块，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模
后系统的电力缺口；
36.第六确定模块，用于确定系统的电力缺口为0时对应的火电规模p
min火电
，并将所述火电规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。
37.所述第四确定模块包括：
38.第七确定模块，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；
39.第八确定模块，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能的配置最小规模；
40.第九确定模块，用于继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模。
41.本发明具有以下有益效果：
42.本发明所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法及系统在具体操作时，以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1，再在全年最大电力缺口p1的基础上，确定最小新增火电配置规模以及合理的抽水蓄能规模，并以此为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定，操作简单、方便。
附图说明
43.图1为本发明的流程图；
44.图2为本发明的系统结构图。
具体实施方式
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
46.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
47.实施例一
48.参考图1，本发明所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法包括以
下步骤：
49.1)确定电力空间。
50.以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；
51.2)确定最大抽水蓄能规模；
52.21)配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；
53.22)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加抽水蓄能规模的配置，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；
54.23)确定所述新能源利用率最大时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模，即抽水蓄能的饱和规模；
55.3)测算火电配置的最小规模。
56.31)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模后系统的电力缺口；
57.32)确定系统的电力缺口为0时对应的火电配置规模p
min火电
，并将所述火电配置规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。
58.4)测算合理的抽水蓄能规模。
59.41)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；
60.42)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能配置的最小规模；
61.43)继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加抽水蓄能配置的规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模；
62.5)为电力系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。
63.实施例二
64.参考图2，本发明所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统包括：
65.第一确定模块1，用于以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；
66.第二确定模块2，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；
67.第三确定模块3，用于在全年最大电力缺口p1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；
68.第四确定模块4，用于在全年最大电力缺口p1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；
69.第一配置模块5，用于为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。
70.所述第二确定模块2包括：
71.第二配置模块21，用于配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；
72.第三配置模块22，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；
73.第五确定模块23，用于确定所述新能源利用率最大时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模。
74.所述第三确定模块3包括：
75.第四配置模块31，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模后系统的电力缺口；
76.第六确定模块32，用于确定系统的电力缺口为0时对应的火电规模p
min火电
，并将所述火电规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。
77.所述第四确定模块4包括：
78.第七确定模块41，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；
79.第八确定模块42，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能的配置最小规模；
80.第九确定模块43，用于继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模。
81.实施例三
82.某系统规划水平年最大负荷6985万千瓦，全社会电量4000亿千瓦时，已有水电、火电、风电、光伏、抽蓄、储能规模分别为360万千瓦、5013万千瓦、2020万千瓦、8115万千瓦、140万千瓦及139万千瓦，新能源渗透率64％(该边界为基础边界)。
83.在该研究水平年，系统电力缺口为2606万千瓦，以火电补全电力缺口，并以100万千瓦为步长，逐级增加抽水蓄能规模，分析新能源利用率变化趋势。
84.对应的抽水蓄能“饱和规模”为1900万千瓦，当继续大规模增加抽水蓄能规模，则新能源利用率增加变得极其缓慢，难以超过95％。
85.在基础边界上配置1900万千瓦抽水蓄能规模，即配置抽蓄饱和规模，以100万千瓦为步长逐级增加火电规模，找到使电力缺口为0的火电临界规模，即火电最小规模。
86.根据电力平衡测算结果，当火电增量规模达到1400万千瓦时，电力供需平衡。
87.经测算，当新增火电规模为1400万千瓦时，全年电力电量平衡，如表1所示；当新增火电规模减少至1300万千瓦时，大负荷时期电力电量均出现缺口，日内供需无法平衡，通过增加抽水蓄能规模不能补全电力缺口。
88.因此，在基础边界下，新增配置火电的最小规模为1400万千瓦。
89.表1
[0090][0091][0092]
在基础边界下，配置新增火电1400万千瓦，即配置火电最小规模，以100万千瓦为步长，逐级增加抽水蓄能规模，开展电力平衡测算，当抽水蓄能规模增加至1000万千瓦时，该场景下电力供需平衡，此时得到的抽水蓄能规模为使系统达到供需平衡的最小抽水蓄能规模。
[0093]
以火电新增1400万千瓦、抽水蓄能新增1000万千瓦为基础，继续以100万千瓦为步长配置抽水蓄能规模，分析该方案下新能源消纳情况。
[0094]
从生产模拟结果看，随着抽蓄规模增加，单位抽蓄对新能源消纳的促进效果逐渐减弱，与前期测算结果一致。从各抽蓄规模下新能源利用率增加值来看，当抽蓄规模在1200-1400时，新能源利用率增加值下降幅度明显，在新能源利用率增加值变平缓之前的最后一个点为合理的抽蓄规模。
[0095]
因此，2035年高方案场景下，合理的抽蓄新增规模为1300万千瓦，即抽蓄总规模1440万千瓦
[0096]
因此，在规划水平年下，合理的火电新增规模为1400万千瓦，抽蓄新增规模为1300万千瓦，及合理火电为6413万千瓦、合理抽蓄规模为1440万千瓦，如表2所示。
[0097]
表2
[0098]
[0099][0100]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；2)在全年最大电力缺口p1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；3)在全年最大电力缺口p1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；4)在全年最大电力缺口p1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；5)为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。2.根据权利要求1所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：21)配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；22)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；23)确定所述新能源利用率饱和时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模。3.根据权利要求1所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：31)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模后系统的电力缺口；32)确定系统的电力缺口为0时对应的火电规模p
min火电
，并将所述火电规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。4.根据权利要求1所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法，其特征在于，步骤4)的具体操作为：41)在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；42)以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能的配置最小规模；43)继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模。5.一种考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统，其特征在于，包括：第一确定模块(1)，用于以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口p1；第二确定模块(2)，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；
第三确定模块(2)，用于在全年最大电力缺口p1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；第四确定模块(4)，用于在全年最大电力缺口p1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；第一配置模块(5)，用于为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，完成考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定。6.根据权利要求5所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统，其特征在于，所述第二确定模块(2)包括：第二配置模块(21)，用于配置所述全年最大电力缺口p1的火电，此时全年电力供需平衡；第三配置模块(22)，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的新能源利用率；第五确定模块(23)，用于确定所述新能源利用率最大时对应的抽水蓄能规模p
max抽蓄
，将所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
作为系统中能够新增的最大抽水蓄能规模。7.根据权利要求5所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统，其特征在于，所述第三确定模块(3)包括：第四配置模块(31)，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置所述抽水蓄能规模p
max抽蓄
，再以预设火电规模为单位步长，逐步增加配置的火电规模，记录配置不同火电规模后系统的电力缺口；第六确定模块(32)，用于确定系统的电力缺口为0时对应的火电规模p
min火电
，并将所述火电规模p
min火电
作为最小新增火电配置规模。8.根据权利要求5所述的考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定系统，其特征在于，所述第四确定模块(4)包括：第七确定模块(41)，用于在全年最大电力缺口p1的基础上，配置火电规模p
min火电
，确定配置火电规模p
min火电
后系统的电力缺口；第八确定模块(42)，用于以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，记录配置不同抽水蓄能规模后系统的电力缺口，确定系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模，并将所述系统的电力缺口为0时对应的抽水蓄能规模作为当前边界条件下系统中抽水蓄能的配置最小规模；第九确定模块(43)，用于继续以预设抽水蓄能规模为单位步长，逐步增加配置的抽水蓄能规模，确定配置不同抽水蓄能规模后的新能源利用率，当新能源利用率达到95％或饱和时停止计算，得合理的抽水蓄能规模。

技术总结
本发明公开了一种考虑电力保供及新能源消纳的电源结构确定方法及系统，包括以下步骤：1)以规划水平年电力需求及新能源规模为边界条件，以当前水平年常规电源配置情况为基础，进行电力空间测算，确定全年最大电力缺口P1；2)在全年最大电力缺口P1的基础上，确定系统中能够新增的最大抽水蓄能规模；3)在全年最大电力缺口P1及所述最大抽水蓄能规模的基础上，确定最小新增火电配置规模；4)在全年最大电力缺口P1及所述最小新增火电配置规模的基础上，确定合理的抽水蓄能规模；5)为系统配置所述合理的抽水蓄能规模及最小新增火电配置规模，该方法及系统能够在电力保供及新能源消纳的基础上确定合理的电源结构。纳的基础上确定合理的电源结构。纳的基础上确定合理的电源结构。


技术研发人员：苏舟 尚勇 王勇 严欢 贾宏刚 王喆 张艳 曹强飞
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/18