文/刘涛 韩平 魏昕 侯兵

一、引言

《国家能源局关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》（国能发新能〔2021〕25 号）提出推进市场化并网新能源项目的开发建设，助力实现3060 双碳目标。各省级能源主管部门响应国家政策要求，相继印发项目申报通知、实施细则等，推进各省市场化并网新能源项目的落地实施。

在国家和地方政策的大力支持下，市场化并网新能源项目发展势头迅猛。相较于保障性并网新能源项目，市场化并网新能源项目前期工作需要分析并网消纳条件，而生产模拟计算则是开展前期工作的必备环节。

生产模拟计算是近期电力行业研究热点，主要归纳有如下几项：考虑区外来电建立电力时序运行模拟模型，加入三段式区外来电，对电力系统进行时序生产模拟[1]；研究了用于灵活产能规划的适应性生产模拟方法，对实施可再生能源整合灵活性解决方案中的经济权衡进行建模[2]；研究了考虑常规机组调峰特性的新能源生产模拟系统，建立了常规电源的出力特性、调峰特性模型，可用于量化评估新能源发电的接纳能力以及新能源规划的经济性[3]；公开了一种考虑备用共享的新能源生产优化模拟方法及系统，以电力系统覆盖区域的新能源总发电量最大为目标函数，将全局性约束、电源约束、交流联络线约束、直流联络线运行约束、调节资源约束纳入约束条件，构建新能源生产模拟模型[4]。然而，上述方法和系统应用于市场化并网新能源项目时，在政策要求、边界条件、关键指标等方面，存在难以适应的问题。因此，随着市场化并网新能源快速发展，亟需一套专门针对该类项目的便捷可靠的软件工具。

本文响应上述需求，紧跟国家和地方的政策要求，针对市场化并网新能源，综合考虑源、网、荷、储各元素的特点，设计了生产模拟软件的系统架构，并开发实现了一套市场化并网新能源规划生产模拟软件，为相应项目的前期规划设计提供了强有力的工具支撑。

二、生产模拟方法与条件简述

市场化并网新能源项目与大电网开展生产模拟计算的主要区别有以下两点：

一是大电网生产模拟是电力系统规划和运行的重要工具，以系统运行总成本最小为目标，对电力系统中机组的时序出力和调度过程进行模拟，预测最优运行方式下系统各机组运行状态、出力分配、备用预留和调用、生产成本以及风险等情况，为规划方案的实际应用提供依据。

二是市场化并网新能源规划生产模拟是对市场化并网新能源项目中的机组时序出力和调度过程进行模拟，其优化目标不同，且需要考虑特定的约束条件。即：首先梳理各类市场化并网新能源项目的政策要求，然后明确各类项目的关键指标和约束条件，进而制定生产模拟的具体方法和策略。

市场化并网新能源项目政策要求因项目类型、所属地区而略有不同，主要为自我消纳自主调峰、不向公用电网反送电、限制上送电力电量、不增加系统调峰压力、不增加峰谷差、新能源综合利用率不低于90%等。

本文设计并开发的软件，即为专门针对市场化并网新能源的规划设计，考虑市场化并网新能源项目不同的资源条件、政策要求和约束条件，进行8760 小时时序生产模拟，在特定条件下可选择特定优化算法，并将最优结果或多种比选方案通过表格和图形化的形式展示出来，为用户配置新能源、储能规模方案提供准确可靠的测算依据。

三、生产模拟软件架构设计与开发

（一）总体功能架构

基于对生产模拟所需数据、条件、方法及结果形式的梳理，本文设计生产模拟软件的总体功能架构如图1 所示。软件基本功能包括数据准备、条件设置、生产模拟、结果展示四个模块。

图1 软件总体功能架构

其中，数据准备模块包括对“源”“网”“荷”“储”四类元素的数据导入、参数设置等；条件设置模块包括市场化并网新能源的场景选择、约束条件选择和设置、计算方法的选择和设置等；生产模拟模块即为8760 小时时序生产模拟过程；结果展示模块通过表格、图形的方式对电力、电量平衡情况及关键指标进行展示。

依据此架构，采用C++编程语言实现了规划生产模拟核心功能，并采用Qt 开发工具实现了输入、输出模块功能，从而完成了整个市场化并网新能源规划生产模拟软件的开发。

软件包括工具栏、导航栏与展示区。其中，工具栏包括“打开”“保存”“另存为”“帮助”4个操作按钮；导航栏包括“数据准备”“条件设置”“生产模拟”“结果展示”“软件信息”5 个功能按钮；展示区主要完成数据的输入、功能的操作及结果的展示等。

（二）“源网荷储”数据准备

数据准备是生产模拟的必要前提，为生产模拟提供计算数据来源。通过梳理市场化并网新能源各类项目的基本元素，本文设计的数据来源涵盖了“源”“网”“荷”“储”的各元素。其中：

1.源即电源，包括风力发电、光伏发电、火电、光热等，每种电源独立1 个页签。根据实际项目中所包含的电源类型，导入和填写相应数据曲线与参数。

2. 网即电网，表示项目工程与公共电网之间的功率交换。可以填写交换功率固定值，或以送受电曲线的方式导入。

3.荷即负荷，包括固定负荷、可调负荷等，每种负荷独立1 个页签。根据实际项目中所包含的负荷类型，导入和填写相应数据曲线与参数。

4.储即储能，支持各类新型储能与抽水蓄能。根据实际项目中所包含的储能类型，填写相应参数。

由于数据的种类、形式、特性各有不同，且用户的需求也各异，所以本文设计了2 种数据输入方式。即：对于具有全年/典型月或日特性的电源、负荷数据，可通过表格形式一键导入；对于其他类型的电源、负荷、储能数据，可手动增加/删除和修改多组参数。

1.表格导入方式适用于风力发电、光伏发电、固定负荷等。以实测或预测功率曲线的方式进行导入，导入方式为*.csv 表格。支持多种数据格式，包括：8760小时数据、12 个月每月典型日数据、4 个季度每季度典型日数据、典型日24 小时数据等，以满足不同用户的需求。

2.手动填写方式适用于火电、光热、可调负荷、储能等。通过“增加一组”“删除一组”按钮可更改组数。每组参数独立填写，以某园区可调负荷为例说明，填写各组额定功率、最大可调系数、最小可调系数等参数，如图2 所示。

图2 可调负荷参数表

另外，对于风力发电、光伏发电、固定负荷，在数据导入后可以自动地对新能源或负荷特性进行初步分析，包括年内月出力特性、年平均日出力特性、波动曲线等，并以表格和图形的方式显示与保存。

（三）边界条件设置

边界条件是生产模拟的必备约束，为生产模拟限定计算范围和计算目标。通过梳理市场化并网新能源各类项目的政策要求与条件，本文设计了6 类可选项目类型、8 项可选约束条件。其中：

1.6 类可选项目类型包括用户级源网荷储一体化、园区级源网荷储一体化、地区级源网荷储一体化、风光制氢一体化、自备电厂可再生能源替代、火电灵活性改造消纳新能源。项目类型具备可扩展性，未来会根据政策的变化进一步拓展。

2.8项可选约束条件说明如下：

（1）不向电网反送电：市场化并网新能源项目的主要约束条件，适用于源网荷储一体化、自备电厂可再生能源替代等项目类型，对于超出自身消纳能力的上网电力，作为弃电处理。

（2）限制上网电：主要适用于风光制氢一体化项目，设定项目的上网电力和（或）上网电量限制，超出部分作为弃电处理。

（3）不增加峰谷差：项目出力叠加负荷后对外净负荷峰谷差不高于负荷原自然峰谷差，设定项目的负荷原自然峰谷差率，按此约束计算最优的下网电力、对外净负荷峰谷差及弃电率。

（4）最大出力不变：主要适用于自备电厂可再生能源替代项目，新能源与火电出力之和超出原火电装机时，作为弃电处理。

（5）考虑电网备用容量：当调度协议约定电网提供一定的备用容量时，选择该条件，并填写具体的备用容量值。

（6）负荷考虑电量优化：当生产模拟负荷全年电量与目标电量不一致时，重新优化调整，增大（或减小）可调负荷部分的电力和电量，使其接近目标电量。

（7）火电考虑检修、供热：按照设定的检修或供热时间，使火电处于检修或供热状态。

（8）储能作用：可选择调峰或考虑分时电价搬运电量，其对应充放电的逻辑不同。

上述约束条件中，“不向电网反送电”为普遍性条件，适用于大部分市场化并网新能源项目；“限制上网电”“最大出力不变”为某类项目专有的条件；“不增加峰谷差”“考虑电网备用容量”为地区特定条件，特别是考虑“不增加峰谷差”条件时，生产模拟需要进行迭代寻优；其他几项为附加条件，会影响生产模拟的策略和计算过程。

（四）生产模拟方法与计算过程

在数据准备和条件设置完成后，可选择不同的计算方法开展生产模拟。本文设计了3 种计算方法，分别适用于不同的计算需求：

1.指定规模和条件，单次计算

这是基本的计算方法，按照初始设定的风电、光伏、储能规模和小时数，进行生产模拟计算，最终得到该套方案的结果。该方法适用于已基本明确项目方案的情况。

2.设定多个比选方案，分别计算

预先拟定多套风电、光伏、储能的配比方案，如图3 所示，一次性计算得到所有方案的结果，并给出关键指标的对比数据。该方法适用于未明确项目具体方案，需进行多方案比选的情况。

图3 多方案比选的计算设置

3.设定规模范围，优化配比计算

预先设定风电、光伏、储能的规模范围，自动计算得到较优的风、光、储配比，并给出该配比下的生产模拟结果。该方法适用于未明确项目具体方案，尚不知新能源配置规模的情况。

另外，针对未明确项目具体方案的情况，可通过方法（3）和方法（2）的配合，找出较优的配比方案并同步进行多方案的比选工作。

完成计算方法选择后，可进一步执行生产模拟，得到计算结果，若为多方案比选，则结果包含每个方案。

（五）计算结果展示

结果展示是生产模拟的最终表现形式，通过表格化和图形化的方式对生产模拟结果进行展示，清晰直观，便于分析。在项目申报方案中，通常要列出电力平衡、电量平衡结果，因此，本文设计展示结果形式包括电力平衡表格、电力平衡曲线、电量平衡表格，并支持表格、图形的导出功能。

1.电力平衡结果

以表格和堆叠面积图的形式，将各类电源、负荷、储能充放电、下网功率等的平衡情况显示出来。如图4 所示为某项目典型周电力平衡曲线，曲线可以选择时间段，查看典型日、典型周、典型月或全年曲线。

图4 某项目典型周电力平衡曲线

2.电量平衡结果

以表格形式显示方案的电量平衡情况和关键指标结果，包含新能源和火电等电源的发电量、新能源弃电量和弃电率、峰谷差、利用小时数、下网电力和电量等关键指标。

四、结束语

本文设计并研发了一套适用于市场化并网新能源项目规划的生产模拟软件。软件主要依据国家和地方政策要求，根据风光出力特性、电力负荷特性、调峰资源能量约束和网架约束等基础条件，计算合适的新能源和储能装机规模，测算上网电量、整体峰谷差、弃电量等关键指标，以满足市场化并网新能源、新型储能、绿色工业园等中小型新型电力系统项目前期咨询和工程设计阶段的计算需要。软件基本功能包括数据准备、条件设置、生产模拟、结果展示四个模块，涵盖“源”“网”“荷”“储”的各元素，并清晰直观地给出表格化和图形化的电力电量平衡结果。软件功能可适用于用户级/园区级/市（县）级源网荷储一体化、风光制氢一体化、火电灵活性改造消纳新能源等市场化并网新能源项目以及绿色工业园项目等，填补了国内市场化并网新能源项目在申报和规划设计阶段的软件工具空白。