中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (10): 71-81.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202503066
郑永乐1(
), 韦仁博2(
), 冯宇昂2, 张艺涵1, 崔世常2(
), 武振宇1, 蒋小亮1, 李慧璇1, 艾小猛2, 方家琨2
收稿日期:2025-03-20
发布日期:2025-10-23
出版日期:2025-10-28
作者简介:基金资助:
ZHENG Yongle1(
), WEI Renbo2(
), FENG Yuang2, ZHANG Yihan1, CUI Shichang2(
), WU Zhenyu1, JIANG Xiaoliang1, LI Huixuan1, AI Xiaomeng2, FANG Jiakun2
Received:2025-03-20
Online:2025-10-23
Published:2025-10-28
Supported by:摘要:
准确评估农村电力系统的新能源消纳能力,对于农村新型电力系统的规划与发展具有重要指导意义。然而,由于农村电力系统普遍存在电压等级较低、阻抗比大、网损比例较高等特点,传统基于直流潮流的时序生产模拟在评估其消纳能力时容易产生偏差。对此,提出一种基于精细化交流潮流的时序生产模拟模型与求解方法。首先,考虑电压和网损特性,建立了基于交流潮流模型的农村电力系统精细化运行模型。然后,针对该模型在年度时序生产模拟时的计算难点,通过二阶锥松弛技术将交流潮流凸化松弛处理以降低模型复杂度,基于此提出兼顾电网规模和计算效率的时段分割策略,将时序生产模型拆分为多个子问题,并通过滚动优化求解提升计算效率。最后,以某实际县域农村电力系统为例进行仿真测试,仿真结果验证了所提方法的有效性。
郑永乐, 韦仁博, 冯宇昂, 张艺涵, 崔世常, 武振宇, 蒋小亮, 李慧璇, 艾小猛, 方家琨. 农村新型电力系统精细化时序生产模拟方法[J]. 中国电力, 2025, 58(10): 71-81.
ZHENG Yongle, WEI Renbo, FENG Yuang, ZHANG Yihan, CUI Shichang, WU Zhenyu, JIANG Xiaoliang, LI Huixuan, AI Xiaomeng, FANG Jiakun. A Refined Time-Series Production Simulation Method for New Rural Power Systems[J]. Electric Power, 2025, 58(10): 71-81.
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |||
| 生物质发电成本/(元·(MW·h)–1) | 750 | 储能充放电效率/% | 90 | |||
| 弃风弃光惩罚系数/(元·(MW·h)–1) | 100 | 生物质机组 最小启停时间/h | 12 | |||
| 生物质机组启停成本/(元·次–1) | 购电成本/ (元·(MW·h)–1) | 850 | ||||
| 燃料热值/(kJ·kg–1) | 生物质机组发电 效率/% | 17 |
表 1 时序运行相关参数
Table 1 Parameters related to time-series operation
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |||
| 生物质发电成本/(元·(MW·h)–1) | 750 | 储能充放电效率/% | 90 | |||
| 弃风弃光惩罚系数/(元·(MW·h)–1) | 100 | 生物质机组 最小启停时间/h | 12 | |||
| 生物质机组启停成本/(元·次–1) | 购电成本/ (元·(MW·h)–1) | 850 | ||||
| 燃料热值/(kJ·kg–1) | 生物质机组发电 效率/% | 17 |
| 指标 | 时序生产模拟运行结果 | |
| 目标函数/万元 | 9.43×104 | |
| 风电消纳率/% | 83.69 | |
| 光伏消纳率/% | 93.98 | |
| 生物质发电量占比/% | 13.25 | |
| 可再生能源供电量占比/% | 64.75 | |
| 外来输电量占比/% | 38.97 | |
| 线损率/% | 3.61 | |
| 生物质机组平均年利用小时数/h | ||
| 光伏发电机组平均年利用小时数/h | ||
| 风力发电机组平均年利用小时数/h | 1892 |
表 2 基于精细化潮流的时序生产模拟结果
Table 2 Detailed power flow-based time-series production simulation results
| 指标 | 时序生产模拟运行结果 | |
| 目标函数/万元 | 9.43×104 | |
| 风电消纳率/% | 83.69 | |
| 光伏消纳率/% | 93.98 | |
| 生物质发电量占比/% | 13.25 | |
| 可再生能源供电量占比/% | 64.75 | |
| 外来输电量占比/% | 38.97 | |
| 线损率/% | 3.61 | |
| 生物质机组平均年利用小时数/h | ||
| 光伏发电机组平均年利用小时数/h | ||
| 风力发电机组平均年利用小时数/h | 1892 |
| 指标 | 基于直流潮 流的时序生 产模拟模型 | 基于精细化交 流潮流的时序 生产模拟模型 | ||
| 目标函数/万元 | 9.05×104 | 9.43×104 | ||
| 生物质发电量占比/% | 11.67 | 13.25 | ||
| 可再生能源供电量占比/% | 61.60 | 64.75 | ||
| 外来输电量占比/% | 38.48 | 38.97 | ||
| 生物质机组平均年利用小时数/h | ||||
| 光伏发电机组平均年利用小时数/h | ||||
| 风力发电机组平均年利用小时数/h | 1814 | 1892 |
表 3 基于直流潮流与基于交流潮流的时序生产模拟运行结果对比
Table 3 Comparison of time-series production simulation results between DC power flow-based and AC power flow-based models
| 指标 | 基于直流潮 流的时序生 产模拟模型 | 基于精细化交 流潮流的时序 生产模拟模型 | ||
| 目标函数/万元 | 9.05×104 | 9.43×104 | ||
| 生物质发电量占比/% | 11.67 | 13.25 | ||
| 可再生能源供电量占比/% | 61.60 | 64.75 | ||
| 外来输电量占比/% | 38.48 | 38.97 | ||
| 生物质机组平均年利用小时数/h | ||||
| 光伏发电机组平均年利用小时数/h | ||||
| 风力发电机组平均年利用小时数/h | 1814 | 1892 |
| 指标 | 基于直流潮流的 时序生产模拟模型 | 基于精细化交流潮流的 时序生产模拟模型 | ||
| 计算时长/s | 45.95 | 591.09 |
表 4 基于直流潮流与基于交流潮流的时序生产模拟运行时长对比
Table 4 Comparison of runtime between DC and AC power flow-based time-series production simulations
| 指标 | 基于直流潮流的 时序生产模拟模型 | 基于精细化交流潮流的 时序生产模拟模型 | ||
| 计算时长/s | 45.95 | 591.09 |
| 1 | 国家能源局, 农业农村部, 国家乡村振兴局. 关于印发《加快农村能源转型发展助力乡村振兴的实施意见》的通知[EB/OL]. (2021-12-29)[2025-03-01]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/07/content_5666809.htm. |
| 2 | 国家统计局. 中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL]. (2024-02-29)[2025-03-01]. https://www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202402/ t20240228_1947915.html. |
| 3 | 臧延雪, 边晓燕, 梁思琪, 等. 计及线路传输能力的新能源电力系统灵活性评估及优化调度方法[J]. 电力系统保护与控制, 2023, 51 (11): 15- 26. |
| ZANG Yanxue, BIAN Xiaoyan, LIANG Siqi, et al. Flexibility evaluation and optimal dispatching method of a renewable energy power systemconsidering line transmission capacity[J]. Power System Protection and Control, 2023, 51 (11): 15- 26. | |
| 4 | 全国新能源消纳监测预警中心. 2024 年全国新能源并网消纳情况[EB/OL]. (2025-02-06)[2025-03-01]. https://guangfu.bjx.com.cn/news/20250206/1425634.shtml. |
| 5 | 全国新能源消纳检测预警中心. 2021 年全国新能源并网消纳情况[EB/OL]. (2022-02-14)[2025-03-01]. https://news.bjx.com.cn/html/20220214/1204026.shtml. |
| 6 | National Grid ESO. Technical report on the event of 9 august 2019[R/OL]. (2019-09-06)[2025-03-01]. https://www.ofgem.gov.uk/sites/default/files/docs/2019/09/eso_technical_report_-_final.pdf. |
| 7 | 王国春, 董昱, 许涛, 等. 巴西“8.15”大停电事故分析及启示[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (24): 9461- 9470. |
| WANG Guochun, DONG Yu, XU Tao, et al. Analysis and lessons of Brazil blackout event on August 15, 2023[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (24): 9461- 9470. | |
| 8 | 陶星宇, 杨健维, 牛牧童, 等. 计及电动汽车充电负荷的电力系统中长期生产模拟方法研究[J]. 电力科学与技术学报, 2023, 38 (1): 18- 26. |
| TAO Xingyu, YANG Jianwei, NIU Mutong, et al. A mid/long-term power system production simulation approachconsidering charging load of electric vehicles[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2023, 38 (1): 18- 26. | |
| 9 | 舒印彪, 张智刚, 郭剑波, 等. 新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37 (1): 1- 9. |
| SHU Yinbiao, ZHANG Zhigang, GUO Jianbo, et al. Study on key factors and solution of renewable energy accommodation[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37 (1): 1- 9. | |
| 10 | 王帅, 黄越辉, 聂元弘, 等. 基于生产模拟的受端电网新能源发展场景研究[J]. 中国电力, 2024, 57 (5): 240- 250. |
| WANG Shuai, HUANG Yuehui, NIE Yuanhong, et al. Research on development scenario of renewable energy in receiving-end power grid based on production simulation[J]. Electric Power, 2024, 57 (5): 240- 250. | |
| 11 | 顾颖中, 李慧杰, 史保壮. 生产模拟仿真在电力市场环境下的应用案例及建议[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 (24): 77- 82. |
| GU Yingzhong, LI Huijie, SHI Baozhuang. Application and suggestions of power system production simulation in deregulated electricity market[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41 (24): 77- 82. | |
| 12 | 魏利屾, 艾小猛, 方家琨, 等. 面向新型电力系统的时序生产模拟应用与求解技术综述[J]. 电力系统自动化, 2024, 48 (6): 170- 184. |
| WEI Lishen, AI Xiaomeng, FANG Jiakun, et al. Review on applications and solving techniques of time-series production simulation for new power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2024, 48 (6): 170- 184. | |
| 13 | 王硕, 霍慧娟, 徐丹, 等. 计及特高压交流工程建设的区域碳减排测算及分摊[J]. 中国电力, 2024, 57 (7): 163- 172. |
| WANG Shuo, HUO Huijuan, XU Dan, et al. Calculation and sharing of regional carbon emission reduction considering construction of ultra high voltage AC projects[J]. Electric Power, 2024, 57 (7): 163- 172. | |
| 14 | 吴冠男, 张明理, 徐建源, 等. 适用于评估风电接纳能力的时序生产模拟算法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45 (23): 151- 157. |
| WU Guannan, ZHANG Mingli, XU Jianyuan, et al. Time series production algorithm for evaluating wind power accommodation capacity[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45 (23): 151- 157. | |
| 15 | 卫志农, 张清松, 赵静波, 等. 电力系统线性化模型研究综述与改进[J]. 电网技术, 2017, 41 (9): 2919- 2927. |
| WEI Zhinong, ZHANG Qingsong, ZHAO Jingbo, et al. Review and improvement of power system linearization models[J]. Power System Technology, 2017, 41 (9): 2919- 2927. | |
| 16 | 曹阳, 李鹏, 袁越, 等. 基于时序仿真的新能源消纳能力分析及其低碳效益评估[J]. 电力系统自动化, 2014, 38 (17): 60- 66. |
| CAO Yang, LI Peng, YUAN Yue, et al. Analysis on accommodating capability of renewable energy and assessment on low-carbon benefits based on time sequence simulation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38 (17): 60- 66. | |
| 17 | 肖峻, 周玉鹏, 鲍震宇. 配电系统优化问题建模中的潮流模型选择方法[J]. 电力系统自动化, 2023, 47 (15): 170- 178. |
| XIAO Jun, ZHOU Yupeng, BAO Zhenyu. Power flow model selection method for modeling distribution system optimization problem[J]. Automation of Electric Power Systems, 2023, 47 (15): 170- 178. | |
| 18 | 廖诗武. 风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估方法[D]. 武汉: 华中科技大学, 2017. |
| LIAO Shiwu. Evaluating the potential and environmental benefits for wind energy integration in regional power systems[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2017. | |
| 19 | 刘志伟, 马悦, 沙志成, 等. 考虑新能源多重相关性的柔性配电网分布鲁棒优化策略[J]. 中国电力, 2024, 57 (12): 97- 108. |
| LIU Zhiwei, MA Yue, SHA Zhicheng, et al. Distributionally robust operation for flexible distribution networks considering multi-correlation of renewable power generation[J]. Electric Power, 2024, 57 (12): 97- 108. | |
| 20 | 朱俊澎, 施凯杰, 李强, 等. 考虑输电网潮流约束的时序生产模拟及新能源消纳能力评估[J]. 电网技术, 2022, 46 (5): 1947- 1955. |
| ZHU Junpeng, SHI Kaijie, LI Qiang, et al. Time series production simulation and renewable energy accommodation capacity evaluation considering transmission network power flow constraints[J]. Power System Technology, 2022, 46 (5): 1947- 1955. | |
| 21 | 刘斌, 刘锋, 梅生伟, 等. 基于二阶锥优化的含有载调压变压器主动配电网最优潮流[J]. 电力系统自动化, 2015, 39 (19): 40- 47. |
| LIU Bin, LIU Feng, MEI Shengwei, et al. Optimal power flow in active distribution networks with on-load tap changer based on second-order cone programming[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39 (19): 40- 47. | |
| 22 |
CHEN J R, CHEN H Y, LIANG Z P, et al. An exergy analysis model for the optimal operation of integrated heat-and-electricity-based energy systems[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2024, 9 (1): 1- 18.
DOI |
| 23 | 路畅, 郭力, 柴园园, 等. 含高渗透分布式光伏的增量配电网日前优化调度方法[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47 (18): 90- 98. |
| LU Chang, GUO Li, CHAI Yuanyuan, et al. Day-ahead optimal scheduling method for incremental distribution network with highpenetration of distributed photovoltaic[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47 (18): 90- 98. | |
| 24 | 毛荀, 董王朝, 吕凯, 等. 计及新能源出力不确定性的电力系统恢复模型及快速求解方法[J/OL]. 南方电网技术, 1–12. (2024-08-01). https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.tk.20240731.1707.005.html. |
| MAO Xun, DONG Wangchao, LÜ Kai, et al. Power system restoration modeling and fast solution method considering the uncertainty of new energy output[J/OL]. Southern Power System Technology, 1–12. (2024-08-01). https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.tk.20240731.1707.005.html. | |
| 25 | WEI L S, AI X M, FANG J K, et al. Chronological operation simulation for power system with peak regulation ancillary service market in China: formulation, solving, and validation[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2023, 152, 109156. |
| 26 |
LIAO S W, YAO W, HAN X N, et al. Chronological operation simulation framework for regional power system under high penetration of renewable energy using meteorological data[J]. Applied Energy, 2017, 203, 816- 828.
DOI |
| 27 | 刘一兵, 吴文传, 张伯明, 等. 基于混合整数二阶锥规划的主动配电网有功–无功协调多时段优化运行[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34 (16): 2575- 2583. |
| LIU Yibing, WU Wenchuan, ZHANG Boming, et al. A mixed integer second-order cone programming based active and reactive power coordinated multi-period optimization for active distribution network[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34 (16): 2575- 2583. | |
| 28 | 付宇, 白浩, 李跃, 等. 面向高比例光伏消纳的低压交直流混合配电网时-空协调优化方法[J]. 南方电网技术, 2023, 17 (1): 84- 93. |
| FU Yu, BAI Hao, LI Yue, et al. Spatial-temporal coordinated optimization method of low voltage hybrid AC/DC distribution network for accommodation of high-proportion PVs[J]. Southern Power System Technology, 2023, 17 (1): 84- 93. | |
| 29 |
FARIVAR M, LOW S H. Branch flow model: relaxations and convexification: part I[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2013, 28 (3): 2554- 2564.
DOI |
| 30 | 段建民, 王志新, 王承民, 等. 考虑碳减排效益的可再生电源规划[J]. 电网技术, 2015, 39 (1): 11- 15. |
| DUAN Jianmin, WANG Zhixin, WANG Chengmin, et al. Renewable power planning considering carbon emission reduction benefits[J]. Power System Technology, 2015, 39 (1): 11- 15. | |
| 31 | 高纬迪. 基于生命周期的生物质厌氧消化-气化耦合发电系统综合评价[D]. 天津: 天津大学, 2021. |
| GAO Weidi. Comprehensive evaluation of anaerobic digestion gasification coupled power generation system based on life cycle assessment method[D]. Tianjin: Tianjin University, 2021. | |
| 32 | 高俊彦. 生物质直燃与沼气耦合电热气肥多联产系统优化方法研究[D]. 南京: 东南大学, 2023. |
| GAO Junyan. Research on optimization method of electricity heat gas and fertilizer multi-generation system coupling biomass direct combustion and biogas fermentation[D]. Nanjing: Southeast University, 2023. |
| [1] | 张宸宇, 喻建瑜, 史明明, 刘瑞煌. 基于构网型储能的新能源微电网电压动态控制性能分析与优化[J]. 中国电力, 2025, 58(9): 115-123. |
| [2] | 周勤勇, 郝绍煦, 董武, 张立波, 张健, 贺海磊, 赵蕾蕾. “十五五”电网规划安全稳定分析关键问题[J]. 中国电力, 2025, 58(9): 138-147. |
| [3] | 吴问足, 王旭辉, 卢苑, 陈婉, 田石金, 陈娴. 基于分形理论的电力现货市场出清电价预测方法[J]. 中国电力, 2025, 58(9): 183-193. |
| [4] | 张楠, 郭庆雷, 杜哲, 王栋, 张岩, 赵靓, 蒋宇. 面向分布式新能源聚合交易的可信合约化交易模型[J]. 中国电力, 2025, 58(9): 205-218. |
| [5] | 谭玲玲, 张文龙, 康志豪, 叶平峰, 高业豪, 张玉敏. 计及惯量响应与一次调频参数优化的新能源基地构网型储能规划[J]. 中国电力, 2025, 58(7): 147-161. |
| [6] | 叶小宁, 王彩霞, 时智勇, 步雨洛, 杨超, 吴思. 国外高比例新能源消纳分析及对中国新能源可持续发展的建议[J]. 中国电力, 2025, 58(6): 137-144. |
| [7] | 秦昆, 渠志江, 韩建伟, 许涛, 高峰, 迟晓莉. 基于可调虚拟阻抗的“柔-储-充”装置电池优化运行策略[J]. 中国电力, 2025, 58(6): 145-155. |
| [8] | 叶希, 黄格超, 王曦, 王彦沣, 朱童, 何川, 张瑜祺. 基于信息间隙决策理论的受端电网电压稳定多源协同优化调度[J]. 中国电力, 2025, 58(5): 121-136. |
| [9] | 张睿骁, 梁利, 王定美. 新能源场站快速频率响应分析与高效测试装置设计[J]. 中国电力, 2025, 58(5): 144-151. |
| [10] | 张磊, 马晓伟, 王满亮, 陈力, 高丙团. 互联新能源电力系统区内AGC机组分布式协同控制策略[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 8-19. |
| [11] | 汪林光, 李旭涛, 任勇, 谢小荣. 基于元启发式算法的新能源电力系统振荡稳定性最差工况搜索方法[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 65-72. |
| [12] | 邱忠涛, 格根敖其, 贾跃龙, 吴鹏, 张凯, 孙毅, 朱进. 新型电力系统供需协同全要素理论框架[J]. 中国电力, 2025, 58(10): 147-162. |
| [13] | 许喆, 陈晓东, 贾旭东, 陈紫颖. 考虑可再生能源配额的区域电力市场竞价行为推演[J]. 中国电力, 2025, 58(10): 225-234. |
| [14] | 邹小燕, 张瑞宏. 考虑政府干预的可再生能源与储能企业合作模式演化博弈研究[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 153-163. |
| [15] | 王雨晴, 张敏, 王嘉兴, 李泊皓, 杨天阳, 曾鸣. 基于超模博弈的共享储能容量租赁价格决策[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 164-173. |
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