本发明专利技术公开了一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,本发明专利技术采用了一种光伏和混合储能配合的能量单元结构,并在此基础上对一个IES进行规划研究,提高了光伏的利用率;本发明专利技术采用了超级电容器,在一个调度周期内,它可以对光伏电池理论功率的波动“削峰填谷”,从而提升光伏实际可用出力值,以消除光伏电池出力的不确定性导致对其接入IES的不利影响。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法
本专利技术涉及电气信息
,具体涉及一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法。
技术介绍
近年来,随着经济社会的发展和进步,人们对于能源的需求日益增长,同时对于能源造成的环境问题也愈加关注。为了提升能源利用效率,各种能源体系之间的边界逐步被打破,综合能源系统(integratedenergysystem,IES)也受到各国的重视和关注。IES所指的是一种通过对能源的产生、传输与分配、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后所形成的能源产供销一体化系统,它将电力(包括各类分布式能源)、天然气、冷、热等各类能源供给与需求进行协同规划与调度,一方面,原本难以大量储存的电能可以通过其他能量形式储存,提升了能量利用的灵活性,可以起到削峰填谷的作用;另一方面,利用不同种类能源的互补性,进行协同优化,可以获得更大的经济效益。对于最常见、最基本的综合能源系统——冷热电联供(combinedcooling,heatingandpower,CCHP)系统,有技术方案提出一种母线式结构,并以此建立了CCHP系统的通用模型,也有技术方案在传统CCHP结构的基础上,考虑了引入风光气储后的优化协调模型,对不同季节提出了的不同约束条件。具体针对可再生能源接入IES的情况,由于可再生能源的不确定性会对系统的规划和运行产生负面影响,许多技术人员尝试提出解决方案。有技术方案采用机会约束的方法,根据可再生能源(尤其是风能)的出力特性,灵活考虑线路容量,提升了经济性。有技术方案建立了概率能量流模型,提升了系统对可再生能源的消纳能力。以上的现有技术在一定程度上为可再生能源接入IES消除了一些障碍,但没有从接入端上直接解决风、光等可再生能源的不确定性特征。这样一来,系统实际运行时会出现一些问题。其一,可再生能源出力出现高频波动时,系统的电能质量指标会受到影响;其二,现有的可再生能源大幅波动往往由蓄电池补偿,但在蓄电池的频繁充放电不符合其本身技术要求,会使寿命受损;其三,要使得光伏出力相对稳定,需要选择较低的功率值出力,造成能量不充分利用。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的技术问题,本专利技术提供了一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,包括以下步骤:步骤一,建立光伏与混合储能配合的能量单元结构;步骤二,基于上述能量单元结构,建设电-气耦合的综合能源系统并进行规划。进一步,所述能量单元结构包括:单元间联络线路能量注入及设备,内部电源,混合储能装置,内部能量转换装置以及单元内负荷。进一步,所述单元间联络线路能量注入及设备包括:电网注入及变压器、气网注入;所述内部电源包括光伏电池及其斩波器、逆变器;所述混合储能装置包括蓄电池及其逆变器、超级电容器及其斩波器;所述内部能量转换装置包括电转气装置、热电联供机组及燃气轮机;所述单元内负荷包括电负荷和热负荷。进一步,所述单元间联络线路能量注入及设备包括:电网注入及变压器、气网注入;所述内部电源包括光伏电池及其斩波器、逆变器;所述混合储能装置包括蓄电池及其斩波器和逆变器、超级电容器及其斩波器;所述内部能量转换装置包括电转气装置、热电联供机组及燃气轮机;所述单元内负荷包括电负荷和热负荷。进一步,以综合能源系统规划总成本最小为目标函数:minC=Cinv+kpvfCope,其中,C为规划总成本,Cinv为综合能源系统建设的投资成本,Cope为每年的运行费用,kpvf为现值系数;且上述综合能源系统规划结果受到各能量单元间联络线的传输容量及特性、和能量单元内各设备的容量及特性的约束。进一步,所述综合能源系统建设的投资成本Cinv为:其中,Cinv,i为第i个能量单元内所有新建设备的购置成本,Γhub为所有能量单元的集合;所示年运行费用Cope为:其中,Γope为每天所有调度时段的集合;为第d天第t个调度时段的运行费用。进一步,所述约束包括电力联络线路约束:对于与配电网不直接相联的能量单元,根据有功、无功的潮流方程得到其等式约束:其中,Γhub,i为包括能量单元i自身且与能量单元i通过联络线直接联结的其它能量单元的集合,V和θ分别为节点电压的幅值和相角,矩阵G和B分别为电力联络线路所决定的节点导纳矩阵的实部和虚部;对于与配电网直接相联的能量单元,则需要增加表示从外电网注入功率的项,从而约束变为:由于每条电力线路存在着传输功率上限,因此得到线路潮流约束:其中,为能量单元i、j间电力联络线路可传输的功率上限;每个能量单元的节点电压幅值V也存在上下限的约束:进一步,所述约束包括天然气联络管道约束::对于每一个天然气管道节点,输入输出应当相等,则:其中,Γ′hub,i是与能量单元i通过联络线直接联结的其它能量单元的集合;每条管道中流过的功率由管道两端气压p决定,且受到管道容量约束:其中,为能量单元i、j间天然气联络管道可传输的功率上限,kg为由管道自身特性和环境因素决定的常数,sgn为符号函数;每个能量单元的节点气压p也存在上下限的约束:进一步,所述约束包括能量转换装置约束:对于能量单元i内的P2G装置,容量约束为:对于能量单元i内的CHP机组,容量约束为:对于能量单元i内的GF机组,容量约束为:进一步,所述约束包括蓄电池约束:将蓄电池的充放电情况分开考虑,分别记作和则存在如下关系蓄电池在每个调度周期内的储能变化量为:其中,ηbat为蓄电池充放电的效率,T为每个调度时段的时长;将每天初始的蓄电池储能量设为Ebat0,则任意调度时段t内的储能量都要满足蓄电池容量约束:一天内蓄电池的总能量变化要达到平衡,为:其中,为一天内的调度周期总数。本专利技术具有如下的优点和有益效果:1、本专利技术采用了一种光伏和混合储能(超级电容器与蓄电池)配合的能量单元结构,并在此基础上对一个IES进行规划研究,提高了光伏的利用率,实现了减少弃光要求的同时引入了超级电容器对光伏出力有明显的提升作用;2、本专利技术采用了超级电容器,在一个调度周期内,它可以对光伏电池理论功率的波动“削峰填谷”,从而提升光伏实际可用出力值;其通过短期的功率补偿抬高了理论功率的下界,当超级电容器足够大时,可以平抑所有不确定性引起的波动,使实际出力值达到理论值,以消除光伏电池出力的不确定性导致对其接入IES的不利影响。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中:图1为本专利技术单个能量单元的结构原理图。图2为本专利技术光伏电池与超级电容器配合工作的原理图。图3为本专利技术光伏电池与超级电容器配合工作的实际效果图。图4为本专利技术综合能源系统系统能量来源图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本专利技术作进一步的详细说明,本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术,并不作为对本专利技术的限定。实施例本实施例提出的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,包括以下步骤:步骤1:为了消除光伏电池出力的不确定性对其接入IES的不利影响,采用如图1所示的能量单元内部结构。该能量单元包含了以下类别的设备或输入输出线路:1)单元间联络线能量注入:电网注入及变压器、气网注入2)内部电源:光伏电池(photovoltaiccell,PV本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,建立光伏与混合储能配合的能量单元结构;步骤二,基于上述能量单元结构,建设电‑气耦合的综合能源系统并进行规划。
【技术特征摘要】
1.一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,建立光伏与混合储能配合的能量单元结构;步骤二,基于上述能量单元结构,建设电-气耦合的综合能源系统并进行规划。2.根据权利要求1所述的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,所述能量单元结构包括:单元间联络线路能量注入及设备,内部电源,混合储能装置,内部能量转换装置以及单元内负荷。3.根据权利要求2所述的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,所述单元间联络线路能量注入及设备包括:电网注入及变压器、气网注入;所述内部电源包括光伏电池及其斩波器、逆变器;所述混合储能装置包括蓄电池及其逆变器、超级电容器及其斩波器;所述内部能量转换装置包括电转气装置、热电联供机组及燃气轮机;所述单元内负荷包括电负荷和热负荷。4.根据权利要求2所述的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,所述单元间联络线路能量注入及设备包括:电网注入及变压器、气网注入;所述内部电源包括光伏电池及其斩波器、逆变器;所述混合储能装置包括蓄电池及其斩波器和逆变器、超级电容器及其斩波器;所述内部能量转换装置包括电转气装置、热电联供机组及燃气轮机;所述单元内负荷包括电负荷和热负荷。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,以综合能源系统规划总成本最小为目标函数:minC=Cinv+kpvfCope,其中,C为规划总成本,Cinv为综合能源系统建设的投资成本,Cope为每年的运行费用,kpvf为现值系数;且上述综合能源系统规划结果受到各能量单元间联络线的传输容量及特性、和能量单元内各设备的容量及特性的约束。6.根据权利要求5所述的一种考虑光伏与混合储能的综合能源系统规划方法,其特征在于,所述综合能源系统建设的投资成本Cinv为:其中,Cinv,i为第i个能量单元内所有新建设备的购置成本,Γhub为所有能量单元的集合;所示年运行费用Cope为:其中,Γope为每天所有调度时段的集合;为第d天第t个...
【专利技术属性】
技术研发人员:张文涛,叶圣永,魏俊,陈谦,刘旭娜,唐权,赵达维,李达,陈博,刘洁颖,龙川,韩宇奇,
申请(专利权)人:国网四川省电力公司经济技术研究院,
类型:发明
国别省市:四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。