一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法技术方案

本发明专利技术属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法；构建多能互补发电系统，建立多能互补发电系统出力模型；以多能互补发电系统的收益率为优化目标，建立容量优化配置模型；获取多能互补发电系统的约束条件；以多能互补发电系统并网后电网中的网络损耗以及节点电压偏差和为优化目标，建立并网位置优化模型；建立双层优化模型，外层是容量优化配置模型，内层为并网位置优化模型；本发明专利技术的多能互补系统包含了风电、光伏、水电、火电以及储能五种能源形式，充分考虑风光水资源的天然互补特性和火电、储能的调峰能力，通过构建双层优化模型，对多能互补发电系统进行选址定容，实现并网点最佳位置的选取。佳位置的选取。佳位置的选取。

【技术实现步骤摘要】
一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法


[0001]本专利技术属于新能源发电
，尤其涉及一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法。

技术介绍

[0002]风、光、水等可再生能源的大规模开发利用是实现我国能源战略转型的重大举措。我国当前推行的节能减排能源发展战略指出，亟需继续大规模开发可再生能源，以达到2020年非化石能源占一次能源消费总量15％的既定目标。但是风、光可再生能源具有随机性、波动性等固有特性，随着接入规模的逐渐扩大，消纳不充分的问题也愈发显著。2016年我国弃风、弃光、弃水电量分别高达497、69、186亿千瓦时，部分省市的弃风、弃光率甚至超过30％。因此，国家对于可再生能源的消纳问题予以高度关注，鼓励多能互补集成优化工程，以多能互补为基础，实现多能源协同供应，提高可再生能源的消纳能力。此外，多能互补是提高可再生能源消纳能力的重要手段，要“推动多能互补、协同优化的新能源电力综合开发”。《国家发展改革委、国家能源局关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中提到，“利用大型综合能源基地风能、太阳能、水能、煤炭、天然气等资源组合优势，推进风光水火储多能系统建设运行”。综上，在国家发展需求的驱动下，研究清洁能源多能互补优化规划基础理论和关键技术，构建地区多能系统，以实现风、光、水等能源的充分消纳，对我国能源转型及促进能源结构调整具有重大战略意义。
[0003]目前，对多能互补发电系统容量优化配置的研究主要存在以下不足：(1)多能互补发电系统中的能源类型比较少，大多局限于风光、风光储以及风光水等两种或三种能源类型，对于更多种类能源质检的互补性欠缺深入研究，且绝大多数的现有技术只能对多能互补发电系统的容量优化配置进行相关研究，对多能互补发电系统选址问题，即最优并网点的选取还缺乏相应的研究；(2)对目标函数的设置，绝大多数研究对经济型的考虑都以系统成本最小为目标，市场环境下，中长期电量和现货电量对经济性影响的分析还有待提升；(3)对多目标容量优化配置模型的求解，现有研究通常对各子目标进行归一化处理，然后利用线性加权法将多目标优化转化为单目标优化，而大多研究的归一化处理过程各不相同，且权重的确定无法避免人为的主观性，各目标函数的权重最佳值难以确定，将影响优化结果的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，拟解决
技术介绍
中提到的目前对多能互补发电系统的选址问题，即最优并网点的选取问题还缺少相应的技术，导致目前并网点的选取存在不合理的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：构建采用功率平衡工作模式的风光水火储多能互补发电系统，建立多能互
补发电系统出力模型；所述多能互补发电系统出力模型包括：风电出力模型、光伏出力模型、水电出力模型、火电出力模型和储能充放电模型；
[0008]步骤2：以风光水火储多能互补发电系统的收益率为优化目标，建立风光水火储多能互补发电系统的容量优化配置模型；
[0009]步骤3：获取风光水火储多能互补发电系统的约束条件；所述约束条件包括：水电机组出力约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡约束、储能系统SOC约束、储能系统充放电功率约束、风光水火储多能互补发电系统与电网的功率交换约束、系统能量缺失约束以及系统溢电率约束；
[0010]步骤4：以多能互补发电系统并网后电网中的网络损耗以及节点电压偏差和为优化目标，建立并网位置优化模型；
[0011]步骤5：建立双层优化模型，外层是风光水火储多能互补发电系统的容量优化配置模型，内层是所述并网位置优化模型，通过双层优化循环迭代，获取所述双层优化模型的解，即得到多能互补发电系统选址定容的规划方案。
[0012]本专利技术的多能互补系统包含了风电、光伏、水电、火电以及储能五种能源形式，充分考虑风光水资源的天然互补特性和火电、储能的调峰能力，通过构建双层优化模型，对多能互补发电系统进行选址定容，实现并网点最佳位置的选取。
[0013]优选的，所述风电出力模型为：
[0014][0015][0016]式中：v(t)表示t时刻风机轮毂的风速；v
wind
(t)表示t时刻测风点的风速；h表示轮毂高度； h
w
表示测风点高度；P
wind
(t)表示t时刻风电机组输出功率；P
wn
表示风电机组额度功率；V
in
表示切入风速；V
r
表示额定风速；V
out
表示切出风速；
[0017]所述光伏出力模型为：
[0018][0019][0020]式中：P
pv
(t)为t时刻光伏电池组的出力功率；L
solar
(t)为t时刻光伏电池所处区域的太阳辐射强度，单位为kW/m2；m为光伏电池的降容系数；P
pvn
为光伏电池处于标准测试条件下的标称功率；α为功率温度系数，取值
‑
0.0045/℃；T
C
(t)为t时刻光伏电池组工作的实际温度； T
stc
为光伏电池组工作标准温度：25℃；T
temp
(t)为t时刻光伏电池所处环境温度；N
oct
为光伏电池组标称温度：46.5℃；
[0021]所述水电出力模型为：
[0022]P
H
(t)＝a
H
×
q(t)2+b
H
×
q(t)+c
H
；
[0023]式中：P
H
(t)为t时刻水电机组输出功率；a
H
、b
H
、c
H
分别为水电机组的水能
‑
电能转换系数；q(t)为t时刻水电站的发电流量；
[0024]所述火电出力模型为：
[0025]P
T
(t)∈[0,P
Tn
]；
[0026]式中：P
T
(t)表示t时刻火电机组输出功率；P
Tn
表示火电机组额定功率；
[0027]所述储能充放电模型为：
[0028]充电：
[0029][0030]放电：
[0031][0032]式中：SOC(t+1)、SOC(t)分别表示t+1和t时刻的荷电状态；P
ES
(t)表示t时刻充放电功率；η
c
、η
disc
分别表示充、放电效率；S
n
表示储能的额定容量。
[0033]优选的，步骤1中所述功率平衡工作模式为：风光水火储多能互补发电系统的可再生能源风电、光伏以及水电分别根据自然条件进行发电，当可再生能源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建采用功率平衡工作模式的风光水火储多能互补发电系统，建立多能互补发电系统出力模型；所述多能互补发电系统出力模型包括：风电出力模型、光伏出力模型、水电出力模型、火电出力模型和储能充放电模型；步骤2：以风光水火储多能互补发电系统的收益率为优化目标，建立风光水火储多能互补发电系统的容量优化配置模型；步骤3：获取风光水火储多能互补发电系统的约束条件；所述约束条件包括：水电机组出力约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡约束、储能系统SOC约束、储能系统充放电功率约束、风光水火储多能互补发电系统与电网的功率交换约束、风光水火储多能互补发电系统能量缺失约束以及溢电率约束；步骤4：以多能互补发电系统并网后电网中的网络损耗以及节点电压偏差和为优化目标，建立并网位置优化模型；步骤5：建立双层优化模型，外层是风光水火储多能互补发电系统的容量优化配置模型，内层是所述并网位置优化模型，通过双层优化循环迭代，获取所述双层优化模型的解，即得到多能互补发电系统选址定容的规划方案。2.根据权利要求1所述的一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，其特征在于，所述风电出力模型为：所述风电出力模型为：式中：v(t)表示t时刻风机轮毂的风速；v
wind
(t)表示t时刻测风点的风速；h表示轮毂高度；h
w
表示测风点高度；P
wind
(t)表示t时刻风电机组输出功率；P
wn
表示风电机组额度功率；V
in
表示切入风速；V
r
表示额定风速；V
out
表示切出风速；所述光伏出力模型为：所述光伏出力模型为：式中：P
pv
(t)为t时刻光伏电池组的出力功率；L
solar
(t)为t时刻光伏电池所处区域的太阳辐射强度，单位为kW/m2；m为光伏电池的降容系数；P
pvn
为光伏电池处于标准测试条件下的标称功率；α为功率温度系数，取值
‑
0.0045/℃；T
C
(t)为t时刻光伏电池组工作的实际温度；T
stc
为光伏电池组工作标准温度：25℃；T
temp
(t)为t时刻光伏电池所处环境温度；N
oct
为光伏电池组标称温度：46.5℃；所述水电出力模型为：
P
H
(t)＝a
H
×
q(t)2+b
H
×
q(t)+c
H
；式中：P
H
(t)为t时刻水电机组输出功率；a
H
、b
H
、c
H
分别为水电机组的水能
‑
电能转换系数；q(t)为t时刻水电站的发电流量；所述火电出力模型为：P
T
(t)∈[0,P
Tn
]；式中：P
T
(t)表示t时刻火电机组输出功率；P
Tn
表示火电机组额定功率；所述储能充放电模型为：充电：放电：式中：SOC(t+1)、SOC(t)分别表示t+1和t时刻的荷电状态；P
ES
(t)表示t时刻充放电功率；η
c
、η
disc
分别表示充、放电效率；S
n
表示储能的额定容量。3.根据权利要求1所述的一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，其特征在于，步骤1中所述功率平衡工作模式为：风光水火储多能互补发电系统的可再生能源风电、光伏以及水电分别根据自然条件进行发电，当可再生能源发电功率大于或等于负荷需求时，多余功率首先由储能系统充电进行消纳，其次再出售给电网，最后若还存在多余电量的，则进行弃电操作；当可再生能源发电功率小于负荷需求时，首先由储能系统放电进行补充，然后再由火电补充，若还有电量缺额，则进行减载操作。4.根据权利要求1所述的一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，其特征在于，步骤2中所述的风光水火储多能互补发电系统的收益率的目标函数为：步骤2中所述的风光水火储多能互补发电系统的收益率的目标函数为：步骤2中所述的风光水火储多能互补发电系统的收益率的目标函数为：式中：rate表示多能互补发电系统收益率；R表示系统收益；C表示系统成本；C
w
、C
pv
、C
H
、C
T
、C
B
分别表示风电、光伏、水电、火电、储能系统的单位容量成本；P
wn
、P
pvn
、P
Hn
、P
Tn
、S
n
分别表示风电、光伏、水电、火电、储能系统的额定容量；P
L
(t)表示t时刻的负荷功率；ω表示中长期电量比例；π
M
表示中长期电量价格；π
t
表示现货电量价格；P
Grid_sell
(t)表示t时刻的售电量；P
Grid_buy
(t)表示t时刻的购电量；F(t)表示t时刻系统运行成本；D(t)表示t时刻系统减载负荷量；AB(t)表示t时刻系统弃电量；c
comp
表示补偿费用单价；c
ab
表示弃电费用单价；P
loss
表示网络损耗；c
loss
表示网络损耗成本。5.根据权利要求1所述的一种风光水火储多能互补发电系统选址定容的优化方法，其特征在于，步骤3中所述的水电机组出力约束为：0≤P
Hi
(t)≤P
Hin
；
式中：P
Hi
(t)表示t时刻水电机组i的输出功率；P

【专利技术属性】
技术研发人员：周泓，魏明奎，路亮，蔡绍荣，陶宇轩，沈力，文一宇，张鹏，江栗，王庆，杨宇霄，
申请(专利权)人：国家电网公司西南分部，
类型：发明
国别省市：