考虑梯级水电站连接的风-光-水互补系统的容量配置优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑梯级水电站连接的风

【技术实现步骤摘要】
考虑梯级水电站连接的风
‑
光
‑
水互补系统的容量配置优化方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电系统容量配置领域，具体涉及一种考虑梯级水电站连接的风
‑
光
‑
水互补系统的容量配置优化方法。

技术介绍

[0002]随着全世界能源和科技革命的新一轮崛起，新能源领域方兴未艾，虽然在过往的工作中，新能源发电已经取得了斐然的成绩，但由于新能源总系统规划问题以及难以匹配已经成熟完备的电力机制等实际原因，造成新能源难以消纳，弃风弃光甚至弃核问题异常严重。在此背景下，多能互补式发电作为可解决上述问题的有效手段受到广泛关注，该方法是利用各种能源的互补特性缓解供需矛盾和出力不稳定的问题，从而可以显著提高能源利用率，减少输电工程投资。而在多能互补式发电系统的研究中，风
‑
光
‑
水互补式发电系统又格外引人注目，因为该互补系统可以利用水电站调频性能优秀，响应灵活的特点，将风光电站与水电站产生的电能打捆送出，以此平抑风光单独发电时出力变幅较大，不稳定的缺陷，从而提高能源的利用率，保证整个发电系统的安全性与稳定性。而在风
‑
光
‑
水互补系统的规划时期，首当其冲需要确定的便是合理的容量配置方案，因为这是后续建设的前提和基础。
[0003]但是现有的技术没有真正考虑梯级水电站的连接特征，对于水电站的发电过程作了大幅简化，这并不利于专利技术在实际情况中的应用；其次，现有模型的主要目的集中在经济性指标，例如降低投资成本，而对于可靠性指标缺少关注，导致了多能互补式发电系统的稳定性大幅下降；此外，对于外送通道容量的选取和风光接入比例之间关系的研究也是寥寥无几，这就让模型的通用性大幅降低；最后，关于求解相关的模型，现有的技术缺少同时解决约束，提高种群质量和跳出局部最优的有效方法，所以这也对多能互补式发电系统的规划建设产生了阻碍。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种考虑梯级水电站连接的风
‑
光
‑
水互补系统的容量配置优化方法，以期能在考虑梯级水库连接的基础上，降低整个互补系统的弃能，并提高外送通道利用率，从而能极大地提高系统的可靠性。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种考虑梯级水电站连接的风
‑
光
‑
水互补系统的容量配置优化方法，所述风
‑
光
‑
水互补系统包括：梯级水电站、光伏电站和风电站以及外送通道，其特点在于，所述容量配置优化方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、获取梯级水电站的特征参数，并依据特征数据拟合出对应的特征曲线，从而根据特征参数选取所述风
‑
光
‑
水互补系统的外送通道容量；
[0008]步骤1.1、获取梯级水电站的特征参数包括：正常蓄水位，汛限水位，死水位，总库
容，死库容，装机容量，保证出力，最小下泄流量，最大下泄流量；
[0009]步骤1.2、使用最小二乘法对水位
‑
库容表，下泄流量
‑
下游水位表和水头
‑
预想出力表中的数据进行拟合，得到对应的特征曲线；
[0010]步骤1.3、以梯级水电站中已有的外送通道利用程度最高为目标，选取风
‑
光
‑
水互补系统的外送通道容量；
[0011]步骤2、在考虑梯级水电站连接的基础上，建立风
‑
光
‑
水互补系统的出力模型；
[0012]步骤2.1、利用式(1)和式(2)构建风电出力模型：
[0013][0014][0015]式(1)和式(2)中，表示第i时段风电站的出力；表示第i时段风电站的出力系数；C
w
表示风电站的装机容量；R
w
表示接入互补系统的风电站的装机容量比例；表示第j个水电站的装机容量；n表示水电站的数量；
[0016]步骤2.2、利用式(3)和式(4)构建光电出力模型：
[0017][0018][0019]式(3)和式(4)中，表示第i时段光伏电站的出力；表示第i时段光伏电站的出力系数；C
p
表示光伏电站的装机容量；R
p
表示接入互补系统的光伏电站的装机容量比例；
[0020]步骤2.3、利用式(5)构建水电出力模型：
[0021][0022]式(5)中，表示第j个水电站在第i时段的出力；k
j
表示第j个水电站的出力系数；表示第j个水电站在第i时段的发电引用流量；T表示时段总数，H
i,j
表示第j个水电站在第i时段的水头，并有：
[0023][0024][0025]式(6)和式(7)中，表示第j个水电站在第i时段的下游水位；Z
i,j
表示第j个水电站在第i时段的水位；Z
i+1,j
表示第j个水电站在第i+1时段的水位；Z(
·
)表示下游水位和下泄流量的函数关系式；Q
i,j
表示第j个水电站在第i时段的下泄流量，并有：
[0026][0027]式(8)中，表示第j个水电站在第i时段的弃水流量，并有：
[0028][0029][0030]式(9)和式(10)中，V
i,j
表示第j个水电站在第i时段的库容，V
i+1,j
表示第j个水电站在第i+1时段的库容；t
i
表示第i时段的小时数；I
i,j
表示第j个水电站在第i时段的入库流量；V(
·
)表示库容变化和水位变化的关系式；
[0031]利用式(11)
‑
式(15)分别得到第j个水电站在第i时段的弃水流量和第j个水电站在第i时段的发电引用流量
[0032][0033][0034][0035][0036][0037]式(11)
‑
式(15)中，表示第j个水电站在第i时段的预想出力；N(
·
)表示预想出力与对应时段水头的关系式；表示第j个水电站在第i时段的满发流量；
[0038]步骤3、以系统的理论发电量与最大输送能力的总波动最小为总目标，并实现弃能量最小和通道利用率最大，从而建立容量配置模型；
[0039]步骤3.1、利用式(16)构建容量配置模型的目标函数F，使得风
‑
光
‑
水互补系统在运行周期内的理论发电量相对于最大输送能力的总波动最小：
[0040][0041]式(16)中，表示风
‑
光
‑
水互补系统在第i时段的发电量；表示风
‑
光
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水互补系统在第i时段的最大外送电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑梯级水电站连接的风
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光
‑
水互补系统的容量配置优化方法，所述风
‑
光
‑
水互补系统包括：梯级水电站、光伏电站和风电站以及外送通道，其特征在于，所述容量配置优化方法包括以下步骤：步骤1、获取梯级水电站的特征参数，并依据特征数据拟合出对应的特征曲线，从而根据特征参数选取所述风
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光
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水互补系统的外送通道容量；步骤1.1、获取梯级水电站的特征参数包括：正常蓄水位，汛限水位，死水位，总库容，死库容，装机容量，保证出力，最小下泄流量，最大下泄流量；步骤1.2、使用最小二乘法对水位
‑
库容表，下泄流量
‑
下游水位表和水头
‑
预想出力表中的数据进行拟合，得到对应的特征曲线；步骤1.3、以梯级水电站中已有的外送通道利用程度最高为目标，选取风
‑
光
‑
水互补系统的外送通道容量；步骤2、在考虑梯级水电站连接的基础上，建立风
‑
光
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水互补系统的出力模型；步骤2.1、利用式(1)和式(2)构建风电出力模型：步骤2.1、利用式(1)和式(2)构建风电出力模型：式(1)和式(2)中，表示第i时段风电站的出力；表示第i时段风电站的出力系数；C
w
表示风电站的装机容量；R
w
表示接入互补系统的风电站的装机容量比例；表示第j个水电站的装机容量；n表示水电站的数量；步骤2.2、利用式(3)和式(4)构建光电出力模型：步骤2.2、利用式(3)和式(4)构建光电出力模型：式(3)和式(4)中，表示第i时段光伏电站的出力；表示第i时段光伏电站的出力系数；C
p
表示光伏电站的装机容量；R
p
表示接入互补系统的光伏电站的装机容量比例；步骤2.3、利用式(5)构建水电出力模型：式(5)中，表示第j个水电站在第i时段的出力；k
j
表示第j个水电站的出力系数；表示第j个水电站在第i时段的发电引用流量；T表示时段总数，H
i,j
表示第j个水电站在第i时段的水头，并有：时段的水头，并有：式(6)和式(7)中，表示第j个水电站在第i时段的下游水位；Z
i,j
表示第j个水电站
在第i时段的水位；Z
i+1,j
表示第j个水电站在第i+1时段的水位；Z(
·
)表示下游水位和下泄流量的函数关系式；Q
i,j
表示第j个水电站在第i时段的下泄流量，并有：式(8)中，表示第j个水电站在第i时段的弃水流量，并有：表示第j个水电站在第i时段的弃水流量，并有：式(9)和式(10)中，V
i,j
表示第j个水电站在第i时段的库容，V
i+1,j
表示第j个水电站在第i+1时段的库容；t
i
表示第i时段的小时数；I
i,j
表示第j个水电站在第i时段的入库流量；V(
·
)表示库容变化和水位变化的关系式；利用式(11)
‑
式(15)分别得到第j个水电站在第i时段的弃水流量和第j个水电站在第i时段的发电引用流量第i时段的发电引用流量第i时段的发电引用流量第i时段的发电引用流量第i时段的发电引用流量第i时段的发电引用流量式(11)
‑
式(15)中，表示第j个水电站在第i时段的预想出力；N(
·
)表示预想出力与对应时段水头的关系式；表示第j个水电站在第i时段的满发流量；步骤3、以系统的理论发电量与最大输送能力的总波动最小为总目标，并实现弃能量最小和通道利用率最大，从而建立容量配置模型；步骤3.1、利用式(16)构建容量配置模型的目标函数F，使得风
‑
光
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水互补系统在运行周期内的理论发电量相对于最大输送能力的总波动最小：式(16)中，表示风
‑
光
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水互补系统在第i时段的发电量；表示风
‑
光
‑
水互补系统在第i时段的最大外送电力，并有：
式(17)
‑
式(19)中，P
send
表示风
‑
光
‑
水互补系统的外送通道的容量，并有：水互补系统的外送通道的容量，并有：水互补系统的外送通道的容量，并有：式(20)
‑
式(22)中，E
s
表示风
‑
光
‑
水互补系统在整个运行周期内的弃能量；E
pwh
表示风
‑
光
‑
水互补系统在运行周期内产生的理论总电量；E
send
表示风
‑
光
‑
水互补系统在运行周期内的最大外送电量；E
v,pwh
表示风
‑
光
‑
水互补系统产生的有效总电量；R
u
表示风
‑
光
‑
水互补系统的通道利用率；当时，以风
‑
光
‑
水互补系统的弃能量最小为容量配置模型的第一目标，从而利用式(23)构建第一目标：当时，以风
‑
光
‑
水互补系统的通道利用率最大为容量配置模型的第二目标，从而利用式(24)构建第二目标：步骤3.2、利用式(25)
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式(36)构建容量配置模型的约束条件：利用式(25)和式(26)构建容量配置模型的第一约束条件：利用式(25)和式(26)构建容量配置模型的第一约束条件：式(25)和式(26)中，表示风
‑
光
‑
水互补系统在第i时段的通道利用率；p表示风
‑
光
‑
水互补系统在各时段允许的最小外送通道利用率；利用式(27)和式(28)构建容量配置模型的第二约束条件：利用式(27)和式(28)构建容量配置模型的第二约束条件：
式(27)和式(28)中，表示风
‑
光
‑
水互补系统在第i时段的弃能率；q表示风
‑
光
‑
水互补系统在各时段允许的最大弃能率；表示风
‑
光
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水互补系统在第i时段的弃能量；利用式(29)构建容量配置模型的第三约束条件：1＜R
w
+R
p
≤σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)式(29)中，σ表示风电与光电接入装机容量比例的约束上限；利用式(30)
‑
式(34)构建容量配置模型的第四约束条件，包括：利用式(30)构建水位约束：式(30)中，Z
i,j
表示第j个水电站在第i时段的水位；和分别表示第j个水电站在第i时段的最小、最大水位约束；利用式(31)和式(32)构建水位的边界条件：利用式(31)和式(32)构建水位的边界条件：式(31)和式(32)中，Z
1,j
表示第j个水电站在第1时段的水位；表示第j个水电站的调度初始水位；Z
T+1,j
表示第j个水电站在第T+1时段的水位；表示第j个水电站的调度末水位；利用式(33)和式(34)构建初末水位的耦合关系：利用式(33)和式(34)构建初末水位的耦合关系：式(33)和式(34)中，表示第j个水电站在第i时段的末水位；表示第j个水电站在第i时段的初水位；表示第j个水电站在第i时段的初水位；表示第j个水电站在第i
‑
1时段的末水位；利用式(35)构建容量配置模型的第五约束条件：式(35)中，和分别表示第j个水电站在第i时段的最小、最大出力约束；N
i,j
表示第j个水电站在第i时段的出力；利用式(36)构建容量配置模型的第六约束条件：式(36)中，V
i+1,j

【专利技术属性】
技术研发人员：何耀耀，洪晓宇，王超，王雅生，胡千帝，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：