图 1 论文内容框架
本文分别对基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架、风电接入区域电力系统的潜力评估方法、风电接入潜力提高措施的作用效果分析以及风电接入的环境效益评估方法进行了研究,本文研究框架如图 1所示,主要研究内容归纳如下:
基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架
为了给风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估提供可靠的电力系统运行模拟手段,解决规划中的风电场、光伏电站出力以及热电联产机组热负荷难以获取,以及大规模电力系统时序运行模拟求解慢、易无解等问题,本文提出了一种基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架。该框架利用气象数据、人口分布以及行政区划等数据,计算得到风电场、光伏电站出力以及热电联产机组的热负荷;在获得了风、光出力以及热电联产机组热负荷的基础上,提出了由含时间重叠的时序分解算法和无解自动回滚算法组成的加速求解方法,确保所建立的时序运行模拟框架即使在灵活性十分缺乏的电力系统中仍能快速、可靠地求解。本文提出的时序运行模拟框架具体内容如图 2所示。最后分别利用实际风电场、光伏电站实测数据以及西北电网2015年实际运行统计结果对比验证了所提时序运行模拟框架的准确性。
图 2 基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架
风电接入区域电力系统的潜力评估方法
为了能够在考虑电力系统时序运行特性的基础上准确评估风电在区域电力系统中的接入潜力,本文提出了一种结合风电资源评估和电力系统运行模拟的风电接入区域电力系统的潜力评估方法。该方法首先系统地评估了我国的风电资源潜力;随后基于资源潜力评估结果,在所提区域电力系统时序运行模拟框架的基础上提出了电力系统风电接纳场景扫描方法;然后从风电投资收益的角度出发,建立了风电项目的净现值模型,计算得到了我国各地区的风电经济接入潜力指标,并基于电力系统风电接纳场景扫描结果以及风电经济接入潜力指标,提出了风电经济接入潜力计算方法;最后利用该方法评估了2025 年风电在我国东北电网中的经济接入潜力,并基于接入潜力评估结果给出了对我国风电发展支持政策的建议。本文提出的风电接入潜力评估流程及方法分别如图 3和图 4所示。
图 3 风电接入潜力评估流程
图 4 风电接入区域电力系统的潜力评估方法
提高风电接入潜力的措施及其效果分析
为了量化分析当前几种主要的风电接入潜力提升措施的作用效果,并分析各措施在不同特性电力系统中的适用性,本文在所提区域电力系统时序运行模拟框架的基础上,分别建立了省间可再生能源电量及备用容量交易、火电机组灵活性改造、提高风电出力预测精度、风电供暖以及负荷侧响应五种措施的数学模型;并提出了结合本文所提风电接入区域电力系统的潜力评估方法从提高风电经济接入潜力的角度分析各措施作用效果的分析方法;最后利用所提方法对比分析了各措施对风电在2025 年东北电网接入潜力的提升效果,并总结了各提升措施在不同特性电力系统中的适应性。本文提出的提高风电接入潜力的措施作用效果分析对比方法如图 4所示。
图 5 提高风电接入潜力的措施作用效果分析对比方法
风电接入电力系统的环境效益评估方法及应用
为了研究风电接入电力系统所带来的环境效益,准确计及大气物理-化学过程导致的污染物形成、转移等过程,本文提出了一种风电接入区域电力系统的环境效益评估方法。该评估方法结合了本文提出的电力系统时序运行模拟框架与WRF-Chem大气物理-化学过程模拟方法,通过将风电接入电力系统后导致的燃煤火电机组排放变化转换为人为源排放清单的变化,然后将转换得到的排放清单、已用于电力系统运行模拟的气象数据以及其他排放源数据一同输入WRF-Chem,选择适用于分析PM2.5 形成及演变过程的物理-化学过程方案进行详细的仿真模拟,最后得到包括PM2.5、SO₂、NOₓ 在内的大气污染物分布的变化情况。本文利用该方法对东北电网2025 年风电接入所能带来的环境效益进行了评估。本文提出的风电接入电力系统的环境效益评估方法如图 5所示。
图 6 风电接入电力系统的环境效益评估方法