【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源发电，具体涉及梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法。
技术介绍
1、水、风、光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、弃光电量分别高达497、69亿千瓦时，部分省市的弃风、弃光率甚至超过30％。因此，国家对于新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，《关于开展全国主要流域可再生能源一体化规划研究工作有关事项的通知》进一步明确了流域水风光一体化系统开发建设的发展方向，按照资源禀赋优化水力富集型流域能源结构，建设风电、光伏、水电和抽蓄多类型电源，对原有水电进行扩机改容，并配套对应的网架设施，对梯级水电进行合理优化调度，亦能发挥出如抽蓄般储能作用，以此在源侧形成多能互济、打捆送出的天然优势，此为我国实施新型电力系统的重要手段之一。综上，在国家发展需求的驱动下，研究梯级水风光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，以实现水、风、光等能源的充分消纳，对我国能源转型及促进能源结构调整具有重大战略意义。
2、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)大多数水风光多能互补系统只研究了单一水电站配套风光电站的容
技术实现思路
1、针对现有技术中目前梯级水风光多能互补发电系统的清洁能源消纳问题，即大型清洁系统与受端电网负荷匹配还缺少相应的技术，导致目前风光电站容量的配置存在不合理的技术问题，本专利技术提供了梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，包括以下步骤：
4、步骤a：分析确立梯级水风光多能互补发电系统的整体结构和功率平衡的工作模式，建立梯级水风光多能互补发电系统的出力模型；所述系统出力模型包括：风电出力模型、光伏出力模型和梯级水电出力模型；
5、步骤b：以梯级水风光多能互补发电系统中风光容量规模最大和水风光总出力最大为目标函数，以各电站的装机容量约束，建立外层的容量优化配置模型；
6、步骤c：以梯级水风光多能互补发电系统在日内联合发电过程中出力与电网负荷追踪程度最高和经济性为目标函数，以梯级水电站的运行为约束，建立内层的系统运行优化模型；
7、步骤d：基于步骤b建立的外层的容量优化配置模型和步骤c建立的内层的系统运行优化模型，将外层的容量优化配置模型通过粒子群算法进行迭代，内层的系统运行优化模型通过混合整数线性规划(mixed integer linear programming，milp)求解，内外层联合对梯级水风光多能互补发电系统中风光电站的容量进行配置，实现风光新能源电站最佳容量的选取。
8、采用该技术方案后，本专利技术的多能互补系统包含了水电、风电、光伏三种能源形式，充分考虑风光资源的天然互补特性和水电的调峰能力，通过构建双层优化模型，对多能互补发电系统中风光电站的容量进行配置，实现风光新能源电站最佳容量的选取。
9、作为优选，所述梯级水电出力模型为：
10、
11、式中：e为调度期内梯级水电站总发电量，单位为亿kwh；m为研究区域内梯级水电站的数量；t为调度周期内的总时段数；第m个梯级水电站在t时段的出力，单位为万kw；δt为时段步长；km第m个梯级水电站的出力系数；第m个梯级水电站在t时段的发电引用流量，单位为m3/s；为第m个梯级水电站在t时段的发电水头，单位为m；
12、所述风电出力模型为：
13、
14、
15、式中：v(t)表示t时刻风机轮毂的风速；vwind(t)表示t时刻测风点的风速；h表示轮毂高度；hw表示测风点高度；pwind(t)表示t时刻风电机组输出功率；pwn表示风电机组额度功率；vin表示切入风速；vr表示额定风速；vout表示切出风速；
16、所述光伏出力模型为：
17、
18、
19、式中：ppv(t)为t时刻光伏电池组的出力功率；lsolar(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；ppvn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；tc(t)为t时刻光伏电池组工作的实际温度；tstc为光伏电池组工作标准温度；ttemp(t)为t时刻光伏电池所处环境温度；noct为光伏电池组标称温度。
20、作为优选，步骤a中所述整体结构为：梯级水风光多能互补发电系统的可再生能源水电、风电和光伏分别根据自然条件发电，通过梯级水电站群灵活调节出力来平抑风光发电的随机性，系统总出力需满足本地负荷以及受端电网的部分负荷需求；所述功率平衡的工作模式为：在枯水期时，在满足本地负荷的情况下，按受端电网所需外送出功率，若不能满足则从市场中购电供给；在丰水期时，在满足本地负荷后按直流外送通道的最大容量送出功率给受端电网。
21、作为优选，步骤b中目标函数风光总规模最大表示为：
22、maxf1＝ppv+pw
23、(6)；
24、式中，f1为系统可接入的风电光伏的总规模；ppv为系统接入光伏规模；pw为系统接入风电规模；
25、目标函数水风光总出力最大表示为：
26、
27、式中，f2为计算周期内累计的弃风光功率；t为调度周期；m为研究区域内梯级水电站的数量；为第t时段第m个梯级水电站的出力；为t时段风电总出力；为t时段光伏总出力；
28、风光电站的装机容量限制约束表示为：
29、
30、式中，pwmax、ppvmax分别为该地区风电、光伏电站装机容量的上限。
31、作为优选，步骤c中目标函数系统出力与电网负荷追踪程度最高，即剩余负荷均方差最小，表示为：
32、
33、
34、
35、式中，cg,t为t时刻对应的系统的剩余负荷；为第t时段电网负荷；nt为t时刻对应的外送通道容量；ntmax为t时刻对应的外送通道的最大容量；...
【技术保护点】
1.梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤A中所述梯级水电出力模型为：
3.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤A中所述整体结构为：梯级水风光多能互补发电系统的可再生能源水电、风电和光伏分别根据自然条件发电，通过梯级水电站群灵活调节出力来平抑风光发电的随机性，系统总出力需满足本地负荷以及受端电网的部分负荷需求；所述功率平衡的工作模式为：在枯水期时，在满足本地负荷的情况下，按受端电网所需外送出功率，若不能满足则从市场中购电供给；在丰水期时，在满足本地负荷后按直流外送通道的最大容量送出功率给受端电网。
4.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤B中目标函数风光总规模最大表示为：
5.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤C中目标函数系统出力与电网负荷追踪程
6.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤D中外层的容量优化配置模型为多目标问题，且不同目标函数之间存在冲突，先通过惩罚函数将多目标函数转化为单目标函数：
7.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤D中内层通过混合整数线性规划求解，优化目标为系统剩余负荷均方差最小和售电收益最高，优化变量为梯级水电站的运行参数以及梯级水电站、风光电站的出力，由于内层函数涉及多目标优化问题，故通过将目标函数F转化为约束条件的办法，对模型进行求解，将目标函数剩余负荷均方差转化为：
...【技术特征摘要】
1.梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤a中所述梯级水电出力模型为：
3.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在于：步骤a中所述整体结构为：梯级水风光多能互补发电系统的可再生能源水电、风电和光伏分别根据自然条件发电，通过梯级水电站群灵活调节出力来平抑风光发电的随机性，系统总出力需满足本地负荷以及受端电网的部分负荷需求；所述功率平衡的工作模式为：在枯水期时，在满足本地负荷的情况下，按受端电网所需外送出功率，若不能满足则从市场中购电供给；在丰水期时，在满足本地负荷后按直流外送通道的最大容量送出功率给受端电网。
4.根据权利要求1所述的梯级水风光多能互补发电系统风光容量双层优化配置方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘炳利，陈向宜，刘柏私，蔡绍荣，伍凌云，梁文举，周开喜，王若云，文一宇，范丽，梅燕，
申请(专利权)人：国家电网有限公司西南分部，
类型：发明
国别省市：
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