2023新能源高占比电力系统运行方式选取方法技术规范VIP

新能源高占比电力系统运行方式选取方法技术规范目  次目次 2前言 3新能源高占比电力系统运行方式选取方法技术规范 4范围 4规范性引用文件 4术语和定义 4符号 6新能源高占比电力系统运行方式选取的一般原则 7典型运行方式选取的一般原则 7特殊运行方式选取的一般原则 7新能源高占比电力系统运行模拟要求及一般方法 7运行模拟要求 7一般方法 8新能源高占比电力系统典型及特殊运行方式选取要求及一般方法 8典型运行方式选取要求及一般方法 8场景特征选取步骤及要求 8智能聚类算法选取步骤及要求 9特殊运行方式选取要求及一般方法 10附录A（资料性附录）新能源高占比电力系统规划典型及特殊运行方式选取具体方法 11附录B（资料性附录）新能源高占比电力系统规划典型及特殊运行方式操作手册 132新能源高占比电力系统运行方式选取方法技术规范范围本标准规定了新能源高占比电力系统运行方式选取的一般方法及技术要求。规范性引用文件GB/T31464-2015电网运行准则GB38755-2019电力系统安全稳定导则GB/T38969-2020电力系统技术导则GB/T40581-2021《电力系统安全稳定计算规范》术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1新能源高占比电力系统highnewenergypenetratedpowersystem风电、光伏、光热等新能源装机占比超过30%的省级或区域电力系统。它主要有以下特征：常规电源在部分时刻出力占比较低（不足50%），甚至在某些时段，系统电力需求几乎全部由新能源承担。系统中通过电力电子设备并网的电源比例较高。电力系统不确定性增强，呈现运行方式多样化的特征。3.2间歇性新能源能量渗透率intermittentrenewableenergypenetrationrate风电、光伏等间歇性新能源全年提供的电量占电力系统全年发电总量的百分比。3.3电力系统运行方式powersystemoperationmode3.4电力系统时序运行模拟powersystemchronologicaloperationsimulation行为约束，模拟电力系统实际运行调度的过程。模拟电力系统实际调度应满足GB38755-2019、1040-2007和GB/T38969-2020的要求。43.5间歇性新能源出力模拟intermittentrenewableenergygenerationsimulation根据风电、光伏等间歇性新能源的出力特性，模拟电力系统中间歇性新能源的时序出力的过程。3.6电力系统运行方式向量powersystemoperationmodevector3.7电力系统运行方式矩阵powersystemoperationmodematrix由多个时间断面的电力系统运行方式向量组成的矩阵。含有电力系统多种运行方式的信息。3.8运行方式数据降维dimensionreductionofoperationmodedata消除电力系统运行方式数据维度上的冗余，将高维度空间的数据映射到低维度空间的过程。3.9运行方式数据聚类clusteringofoperationmodedata将电力系统运行方式数据的集合分成由相近的运行方式组成的多个类的过程。3.10运行方式数据归一化normalizationofoperationmodedata利用数据缩放操作把电力系统运行方式数据映射到某个确定范围之内的过程。3.11标准规范化standardization数据与平均数的差除以标准差的过程，将数据映射为一个均值为0，标准差为1的数据集。3.12轮廓系数silhouettecoefficient[-1,1]-10代表聚类重叠，没有很好的划分聚类。在本标准内被用来寻找典型运行方式数量。3.13基准运行方式数量basicclusteringnumber在无新能源或低新能源渗透率的电力系统中，通过最大化运行方式轮廓系数的方式确定的聚类数目。3.14倍比系数scalecoefficient3.15K中心聚类K-medoidsclustering基本过程是:首先为每个类随意选择一个代表对象，剩余的对象根据其与每个代表对象的距离（此处距离不一定是欧氏距离，也可能是曼哈顿距离）分配给最近的代表对象所代表的类；然后反复用非代5k均值算法对孤立点的敏感性，k中心点算法不采用类中对象的平均值作为类中心，而选用类中离平均值最近的对象作为类中心。3.16主成分分析principalcomponentanalysis3.17典型运行方式typicaloperationmode3.18特殊运行方式extremeoperationmode3.19新型储能newenergystoragedevice（氨、热（冷）储能等。3.20分位点quantile90%分位点表示运行数据中90%的数据小于该数值。在本标准内被用来寻找典型与极端运行方式。符号下列符号适用于本文件。p：运行方式列向量,维度为N´1P：运行方式矩阵，维度为N´M，由多个运行方式列向量构成p¢：经过主成分分析降维的运行方式列向量，维度为J´1PJ´M，由所有p¢组成N：运行方式列向量维度M：运行方式列向量数量J：经主成分分析降维后运行方式列向量的维度H：主成分分析转换矩阵CovP的协方差矩阵：协方差矩阵Cov个特征值0a：典型运行方式基准数量倍比系数6L：电力系统典型日运行方式数量：电力系统基准日运行方式数量i：降维后的运行方式经过以0为聚类数的聚类后，样本piii：降维后的运行方式经过以0piC：降维后运行方式p¢的类划分i：运行方式向量聚类后的第新能源高占比电力系统运行方式选取的一般原则典型运行方式选取的一般原则应考虑电力系统主要外部因素引起的季节性变化，例如负荷，风光、水电来水、供热期。c)应考虑典型气象条件下的风光典型日出力方式。应有差异度和代表性，应能涵盖电力系统多数运行方式。应考虑电力系统外部联络线典型运行方式（例如交直流外送电或外购电）及季日特性。f)应考虑电力系统关键断面输电能力的约束。g)应考虑抽水蓄能、新型储能出力对电力系统运行方式的影响特殊运行方式选取的一般原则a)全面性：应基于充分的电力系统时序运行模拟选取特殊运行方式。b)客观性：应选取在一定的置信水平下将会发生的特殊运行方式。c)特殊性：应选取靠近或越过电力系统安全边界，严重危害电力系安全性或经济性的运行方式。、新能源高占比电力系统运行模拟要求及一般方法运行模拟要求应满足一定的时间尺度和颗粒度要求，应至少以小时级的精度进行全年运行模拟。应满足一定的空间尺度和颗粒度要求，应能覆盖所在电网规划或运行范围，应能覆盖220kV变电站高压侧母线及更高电压等级设备。应能进行新能源的时序出力模拟，并满足以下要求：a)应能反映风电、光伏、光热出力的随机性、季日特性、年特性、时空相关性。b)应能进行小时级的风电、光伏、光热时序出力模拟。7应能反映常规电源运行方式，并满足以下要求：a)火电机组运行模拟应满足机组出力上下限约束，机组爬坡约束和机组日内启停约束。b)燃气机组运行模拟应满足机组出力上下限约束，机组爬坡约束和机组日内启停约束。应能考虑火电、水电等主要机组的检修计划。应能反映光热运行特性，应考虑集热场、储热及发电环节的运行约束。等。应能反映跨区联络线的一般运行方式及运行约束。一般方法时序负荷生成。预测的负荷应满足社会经济发展的趋势和电力系统实际运行的特征。新能源高占比电力系统典型及特殊运行方式选取要求及一般方法典型运行方式选取要求及一般方法场景特征选取步骤及要求场景特征选取步骤及要求如下：根据间歇性新能源或者水电的典型运行方式进行选取，包括：新能源高占比电力系统应考虑风电与光伏大发、小发运行方式。水电高占比电力系统应考虑水电枯水季小出力及水电丰水季大出力运行方式。8/95%分位点最大、最小净负荷日。95%分位点最大、最小峰谷差日。3-4根据电力系统的源网结构特点进行选取，包括：大型送端和受端电力系统应分别考虑最大、最小外送电及最大、最小外购电运行方式。具有典型电力流输送断面的应考虑断面最大送电运行方式。根据储能运行特征选取典型运行方式，包括：储能出力相对于系统负荷大占比、小占比的运行方式。储能电量相对于系统负荷大占比、小占比的运行方式。负荷参与需求侧响应时的运行方式。智能聚类算法选取步骤及要求智能聚类算法选取步骤及要求如下：电源侧特征：包括新能源出力、常规机组出力等。电网侧特征：包括线路潮流、关键断面潮流等。负荷侧特征：包括节点负荷、节点切负荷等。为了不使典型运行方式被某个特定的特征主导，应对运行模拟数据进行标准规范化。2：表1不同间歇性新能源能量渗透率下的典型日数量建议值间歇性新能源能量渗透率/%0～1010～2020～3030～4040～5050～60典型日数量369121518表2不同间歇性新能源能量渗透率下的典型运行方式数量建议值间歇性新能源能量渗透率/%0～1010～2020～3030～4040～5050～60典型运行方式数量9～1218～2427～3636～4845～6054～72A.33：L=n´a+1

（1）9表3不同间歇性新能源能量渗透率下的倍比系数建议值间歇性新能源能量渗透率/%0～1010～2020～3030～4040～5050～60基准数量倍比123456典型运行方式应从运行模拟结果中选出并且具有代表性。宜通过K中心聚类算法选取典型日，并以聚类中心作为典型日，再从每个典型日内选取3-4个典型运行方式，例如峰荷、谷荷、腰荷时段运行方式，智能聚类算法选取典型日一般流程参见附录A.4。特殊运行方式选取要求及一般方法根据运行模拟确定的关键断面潮流可能越界的运行方式，例如关键断面N-1达到运行极限。根据运行模拟确定的最大弃风、弃光、弃水的运行方式。根据运行模拟确定的切负荷运行方式，例如N-K安全性事故发生。根据运行模拟确定的备用率最小、可靠性指标最差的运行方式。99%分位点最大、最小净负荷日。99%分位点最大峰谷差日。1-210附录A（资料性附录）新能源高占比电力系统规划典型及特殊运行方式选取具体方法新能源高占比电力系统运行模拟一般流程新能源高占比电力系统运行模拟的一般流程见图A.1。图A.1新能源高占比电力系统运行模拟一般流程电力系运行方式主成分分析的一般流程P

p2 ¼ pM´M，该矩阵包含了M个时间断面上的电力系统运行方式向量，每个电力系统运行方式向量包含N个分量。主成分分析的主要步骤是使用一个转换矩阵H对输入矩阵进行线性变换，参见式（A.2-1）：P=

pⅱ

pMM

P¢=HTP (A.2-1)是经过主成分分析压缩后的电力系统运行方式矩阵，它包含2iM个列向量，代表M个时间断面。p¢表征第个时间断面上，压缩后的运行方式向量，包含J个分量，J£N2i下面介绍转换矩阵H的计算方法。P，可以计算得到协方差矩阵Cov，参见式（A.2-2）：Cov=

1PPN

(A.2-2)对协方差矩阵Cov进行特征值分解。设个特征值。不失一般性，假设12 汲N特值大能说第主分重性。为了使用主成分分析方法对数据进行压缩，按照特征值从大到小，选取最大的J个特征值。H由J个主成分列向量组成。每个主成分列向量就是所选取的J个特征值对应的特征向量。选取特征值的个数J可以由所需的数据压缩程度决定。计算公式参见式（A.2-3）：骀J N 鼢J=ml l³

-q)

(A.2-3)梃鼢J梃鼢j=1

j 0j=111其中0是可以人为调整的压缩系数。0=

0代表无压缩，此时J=

N。0=

1代表所有数据都被压缩掉，此时J=0。轮廓系数法确定基准聚类数目的一般流程基于轮廓系数法的基准聚类数目计算公式参见式（A.3-1）：1M ÷L=agmaxç å(,p÷nn

(A.3-1)M1

0 i÷0p)是样本p在Li 0聚类数。轮廓系数计算公式参见式（A.3-2）：0iLp)0i

i-i

(A.3-2)mx}K中心聚类算法确定典型日的一般流程iP=i

p1p.p

M)J´M2将所有运行方式聚类成LC=2

L)类的划分等价于确定L个类中心:

1%2.L本标准建议可采用K中心算法进行选取类中心：首先随机选取L个运行方式样本作为类中心i的类划分Cli为，参见式（A.4-1）：

C=gmn|p¢-%

)

(A.4-1)ll

i l2，参见式（A.4-2）：%=agmn(å

|p-p|

(A.4-2)l p¢ÎC

i 2illpCil12附录B（资料性附录）新能源高占比电力系统规划典型及特殊运行方式操作手册新能源高占比电力系统运行模拟方法步骤GOPTGOPT输入文件，该文件后缀为【.xlsExcelB.1.1图B.1.1新能源高占比电力系统运行模拟算例系统输入文件示例GOPT8760小时运行模拟。13DL/TXXXXXXXXX图B.1.2电力系统调度运行仿真进行算例系统8760小时运行模拟示例GOPT程序的仿真结果可以从图中【时序运行仿真结果】选项卡中获取。图B.1.3时序运行仿真结果选项卡示例基于场景特征的典型运行方式选取根据间歇性新能源或者水电的典型运行方式进行选取，包括：新能源高占比电力系统应考虑风电与光伏大发、小发运行方式。水电高占比电力系统应考虑水电枯水季小出力及水电丰水季大出力运行方式。14B.2.1GOPTExcel18B.2.2Excel回到GOPT计算结果，查找1月18日的运行仿真结果，可以获取风电大发典型日的运行数据。15图B.2.3风电大发典型日风电出力情况B.2.411895%分位点最大、最小净负荷日。95%分位点最大、最小峰谷差日。3-416图B.2.5某典型日负荷曲线示例根据电力系统的源网结构特点进行选取，包括：大型送端和受端电力系统应分别考虑最大、最小外送电及最大、最小外购电运行方式。具有典型电力流输送断面的应考虑断面最大送电运行方式。原理类似不再展示负荷参与需求侧响应时的运行方式。原理类似不再展示基于智能聚类算法的典型运行方式选取电源侧特征：包括可再生能源出力、常规机组出力等。电网侧特征：包括线路潮流、关键断面潮流等。负荷侧特征：包括节点负荷、节点切负荷等。图B.3.1运行模拟结果中某天的运行数据示例Excel365行运行数据。3452（假设每个节点都有可能被切负荷）24（3+4+5+2+6+6）×24=624。为了不使典型运行方式被某个特定的特征主导，应对运行模拟数据进行规范化，宜进行0-1标准化。17例如汇总365天的运行数据，分别对每一列的元素做这样的计算：元素新的值=（元素原来的值-所在列最小值）/（所在列最小值-所在列最大值）表B.3.1模拟数据0-1标准