CN104362671B - 一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法 - Google Patents

一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大规模风电和抽水蓄能联合送出的多目标优化协调方法，所述方法为：计算风电和抽水蓄能联合系统送出的稳定极限、电网对风电的调峰裕度、风电和抽水蓄能联合系统的输电线路的热稳定极限，获得风电和抽水蓄能联合系统的送出稳定极限；建立风功率输出数学模型，并确定风力发电机输出有功功率数据；建立抽水蓄能机组的功率输出和能量输出模型；建立风电和抽水蓄能联合送出的多目标多约束协调优化模型，并进行优化；确定各优化目标优先顺序下的协调方案，并根据实际运行情况选择最终运行方案。该方法利用抽水蓄能可以低谷抽水、高峰发电的调节作用，既提高了风电的利用效率，又降低大规模风电间歇性波动对电网的安全稳定运行的影响。

Description

一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法
技术领域：
本发明涉及一种风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，更具体涉及一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法。
背景技术：
风电是洁净的可再生能源，风电既是对常规能源的重要补充，又对于调整能源结构、保护环境、应对气候变化和促进可持续发展都具有重要的作用。大力发展风电已成为当前能源工作的重要任务，是我国电力工业发展的长远方向。
风电输出功率具有随机波动的特点，输出功率不太稳定且时间上与负荷波动也不一致，从而造成峰谷差巨大，对电网的调容、调压能力要求也比较高。
抽水蓄能作为一种经济成熟的储能系统，与风电系统互联后，可以在风电大发时吸收电能，在负荷高峰时释放电能，将大大提高风电的利用率，增强电网的调峰能力。
因此，风电和抽水蓄能的联合运行对提高清洁能源的利用率具有重要意义。如何对二者进行优化协调，在获得经济效益的同时又保证电网的安全运行，是一个重要课题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，该方法提高风电入网的渗透率，减少风电间歇性对电网的影响。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述方法基于风电和抽水蓄能联合系统进行多目标优化协调；所述方法包括以下步骤：
(1)确定风电和抽水蓄能联合系统送出的稳定极限；
(2)确定电网对风电的调峰裕度；
(3)确定风电和抽水蓄能联合系统的输电线路的热稳定极限；
(4)获得风电和抽水蓄能联合系统的送出极限；
(5)建立风功率输出数学模型，并确定风力发电机输出有功功率数据；
(6)建立抽水蓄能机组的功率输出和能量输出模型；
(7)建立风电和抽水蓄能联合送出的多目标多约束协调优化模型，并进行优化；
(8)确定各优化目标优先顺序下的协调方案，并根据实际运行情况选择最终运行方案。
本发明提供的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(1)中的稳定极限通过交直流电网数据的潮流计算和暂态稳定计算获得。
本发明提供的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述交流电网数据包括交流输电线路参数和变压器参数；所述直流输电系统数据包括直流输电系统控制器参数。
本发明提供的另一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(2)的调峰裕度通过下式确定：
PA＝PLmax×[(1-λ)-(1+α)×βT]+PGW×(1+α)×(βT-βW)+PS+PC
其中，PA为调峰裕度，PLmax为日负荷峰值，λ为最小负荷时峰谷率差，α为备用率，PS为储能调峰容量，PGW为峰荷时水电出力，βT为火电强迫出力率，βW为水电强迫出力率，PS为储能调峰容量，PC为与外部系统联络线调峰能力。
本发明提供的再一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(3)中的热稳定极限根据风电和抽水蓄能联合系统输出的导线型号确定输电线路的热稳定极限。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(4)中送出极限通过综合比较暂稳极限、调峰裕度和热稳极限获得
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(5)中的数学模型通过威布尔正偏态分布建立，其概率密度函数通过下式确定：
其中，v为风速，k和c分别为形状参数和尺度参数。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述风力发电机输出有功功率数据通过下式确定：
其中，Pr是风力发电机的额定功率，vci、vco是切入、切出风速；vr、v是额定风速和实际风速。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(6)功率输出和能量输出模型通过下式确定：
其中，Et为t时刻的抽水蓄能储存的能量，Et+1为t+1时刻的抽水蓄能储存的能量，ηp为抽水时的能量转换效率，ηh为抽水蓄能发电时的能量转换效率，Pp，t为t时刻的抽水蓄能抽水功率，Ph，t为t时刻的抽水蓄能发电功率。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述步骤(7)的所述优化模型包括两个优化目标：风电和抽水蓄能联合打捆经济效益最优目标和风电和抽水蓄能联合系统送出功率最稳定目标。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述风电和抽水蓄能联合打捆经济效益最优目标通过下式确定：
其中，Rw为风电上网价格，Rh为抽水蓄能发电上网价格，Rpg为电网用电价格，Pw为风电上网功率，Ph为抽水蓄能发电功率，Ppg为抽蓄利用电网用电进行抽水的功率，NT为一天内的时段数，t为一天内的某时刻。
所述风电和抽水蓄能联合系统送出功率最稳定目标通过下式确定：
Pwh,t＝Pw,t+Ph,t-Pp,t
其中，Pwh为抽蓄送出功率值，为抽蓄送出功率平均值，为抽蓄送出功率最大值，Pp为抽蓄抽水功率值。
本发明提供的又一优选的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述优化过程为：判断风电和抽水蓄能联合系统的送出功率是否越限；若发生越限，则抽水蓄能机组进行抽水；若不发生越限，则需要根据实际运行情况，从平衡风电和抽水蓄能联合系统送出的总功率的角度出发，在负荷高峰期内，安排抽水蓄能机组发电。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明对于风电和抽水蓄能联合系统，通过建立多目标优化协调模型，合理调节抽水蓄能的抽水和发电工况；
2、本发明综合考虑了电网的安全稳定约束、调峰容量约束以及热稳定约束，约束条件中充分考虑了电网安全运行的边界条件，建立了风电和抽水蓄能联合系统送出经济效益最高及送出功率波动最小的多目标优化协调模型；
3、本发明充分利用了抽水蓄能可以低谷抽水、高峰发电的调节作用，既提高了风电的利用效率，又降低了大规模风电间歇性波动对电网的安全稳定运行的影响；
4、本发明从经济效益和运行技术两个角度出发，在保证电网的安全运行的同时，亦能实现联合系统的经济效益。
附图说明
图1为本发明的风蓄联合系统图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1-2所示，本例的发明一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述方法基于风电和抽水蓄能联合系统进行多目标优化协调；对于风电和抽水蓄能联合系统，通过建立多目标优化协调模型，合理调节抽水蓄能的抽水和发电工况，减少风电间歇性对电网的影响，从而提高风电接入电网的比例。下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
所述方法包括以下步骤：
(1)计算风电和抽水蓄能联合送出系统的稳定极限；
(2)计算电网对风电的调峰裕度；
(3)计算风电和抽水蓄能联合系统的热稳定极限；
(4)综合比较各极限值，获得风电和抽水蓄能联合系统的送出极限；
(5)建立风功率输出数学模型，根据风速预测数据计算风功率数据；
(6)建立抽水蓄能机组的功率输出和能量输出模型；
(7)建立风电和抽水蓄能联合送出的多目标多约束协调优化模型，并进行优化；
(8)给出各优化目标优先顺序下的协调方案，并根据实际运行情况选择最终运行方案。
在所述步骤(1)中，收集交流电网数据和直流输电系统数据，调整电网数据，进行潮流计算和暂态稳定计算，获取风电和抽水蓄能联合系统送出的稳定极限。所述交流电网数据包括：交流输电线路参数和变压器参数；所述直流输电系统数据包括直流输电系统控制器参数。
在所述步骤(2)中，收集电网数据，包括机组等数据，根据调峰裕度公式计算出电网中风电的调峰裕度。
PA＝PLmax×[(1-λ)-(1+α)×βT]+PGW×(1+α)×(βT-βW)+PS+PC
在所述步骤(3)中，根据风蓄联合系统输出的导线型号，计算线路的热稳定极限。
在所述步骤(4)中，综合比较暂稳极限、调峰裕度和热稳极限，获得获取风电和抽水蓄能联合系统送出的稳定极限。
在所述步骤(5)中，包括：
5‐1.风速模型采用威布尔(Weibull)正偏态分布，其概率密度函数如下：
5‐2.风力发电机输出有功功率与风速之间遵从以下函数关系式：
在所述步骤(6)中，各时段抽水蓄能抽水和发电功率应满足以下能量公式：
在所述步骤(7)中，包括：
7‐1.建立风电和抽水蓄能联合系统的多目标优化协调模型，两个优化目标为：
目标1：风电和抽水蓄能联合打捆经济效益最优
此处抽水成本仅仅包括电网负荷低谷时，抽蓄从电网吸收电能进行抽水的成本，并不包括风电大发时利用风电抽水产生的成本。
目标2：风电和抽水蓄能联合系统送出功率最稳定
Pwh,t＝Pw,t+Ph,t-Pp,t
7‐2.多目标优化计算过程中，应判断风蓄联合送出功率是否越限(调峰极限、稳定极限、热稳定极限)。若发生越限，则抽蓄进行抽水(如果越限功率大于水电抽水最大功率，则产生弃风)；若不发生越限，则需要根据实际运行情况，从平衡风蓄联合系统送出的总功率的角度出发，在负荷高峰期内，可以安排抽蓄发电。
在所述步骤(8)中，目标优先顺序不同，导致最终的优化方案也会不同。应根据实际运行需求，选择优先顺序，最终确定优化方案。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，所述方法基于风电和抽水蓄能联合系统进行多目标优化协调；其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)确定风电和抽水蓄能联合系统送出的稳定极限；
(2)确定电网对风电的调峰裕度；
(3)确定风电和抽水蓄能联合系统的输电线路的热稳定极限；
(4)获得风电和抽水蓄能联合系统的送出极限；
(5)建立风功率输出数学模型，并确定风力发电机输出有功功率数据；
(6)建立抽水蓄能机组的功率输出和能量输出模型；
(7)建立风电和抽水蓄能联合送出的多目标多约束协调优化模型，并进行优化；
(8)确定各优化目标优先顺序下的协调方案，并根据实际运行情况选择最终运行方案；
所述步骤(7)的所述优化模型包括两个优化目标：风电和抽水蓄能联合打捆经济效益最优目标和风电和抽水蓄能联合系统送出功率最稳定目标；
所述风电和抽水蓄能联合打捆经济效益最优目标通过下式确定：
其中，Rw为风电上网价格，Rh为抽水蓄能发电上网价格，Rpg为电网用电价格，Pw为风电上网功率，Ph为抽水蓄能发电功率，Ppg为抽蓄利用电网用电进行抽水的功率，NT为一天内的时段数，t为一天内的某时刻；
所述风电和抽水蓄能联合系统送出功率最稳定目标通过下式确定：
Pwh,t＝Pw,t+Ph,t-Pp,t
其中，Pwh为抽蓄送出功率值，为抽蓄送出功率平均值，为抽蓄送出功率最大值，Pp为抽蓄抽水功率值。
2.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(1)中的稳定极限通过交流电网数据的潮流计算和暂态稳定计算获得。
3.如权利要求2所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述交流电网数据包括交流输电线路参数和变压器参数；直流输电系统数据包括直流输电系统控制器参数。
4.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(2)的调峰裕度通过下式确定：
PA＝PLmax×[(1-λ)-(1+α)×βT]+PGW×(1+α)×(βT-βW)+PS+PC
其中，PA为调峰裕度，PLmax为日负荷峰值，λ为最小负荷时峰谷率差，α为备用率，PS为储能调峰容量，PGW为峰荷时水电出力，βT为火电强迫出力率，βW为水电强迫出力率，PC为与外部系统联络线调峰能力。
5.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(3)中的热稳定极限根据风电和抽水蓄能联合系统输出的导线型号确定输电线路的热稳定极限。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(4)中送出极限通过综合比较暂稳极限、调峰裕度和热稳极限获得。
7.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(5)中的数学模型通过威布尔正偏态分布建立，其概率密度函数通过下式确定：
其中，v为风速，k和c分别为形状参数和尺度参数。
8.如权利要求7所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述风力发电机输出有功功率数据通过下式确定：
其中，Pr是风力发电机的额定功率，vci、vco是切入、切出风速；vr、v是额定风速和实际风速。
9.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：所述步骤(6)功率输出和能量输出模型通过下式确定：
其中，Et为t时刻的抽水蓄能储存的能量，Et+1为t+1时刻的抽水蓄能储存的能量，ηp为抽水时的能量转换效率，ηh为抽水蓄能发电时的能量转换效率，Pp，t为t时刻的抽水蓄能抽水功率，Ph，t为t时刻的抽水蓄能发电功率。
10.如权利要求1所述的一种大规模风电和抽水蓄能联合送出多目标优化协调方法，其特征在于：优化过程为：判断风电和抽水蓄能联合系统的送出功率是否越限；若发生越限，则抽水蓄能机组进行抽水；若不发生越限，则需要根据实际运行情况，从平衡风电和抽水蓄能联合系统送出的总功率的角度出发，在负荷高峰期内，安排抽水蓄能机组发电。
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