CN105515058B - 一种光伏发电参与的功率就地消纳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏发电参与的功率就地消纳方法，首先调研户用光伏发电电源安装容量、历史输出情况及并网电量，根据区域用户历史用电情况，确定户用光伏发电量，并制定目标函数；其次基于历史数据，预测日前光电电源输出及用户用电情况，根据预测数据及用户生活习惯等，分析用户侧可控负荷用电特性、需求响应特性；根据目标函数及可转移负荷用电特性，设计储能装置容量、输入/输出功率等参数；最后制定出切实可行的储能装置充放电时间表。本发明就地消纳提高电网电能质量、经济利益最大化、有利于清洁能源的发展。

Description

一种光伏发电参与的功率就地消纳方法
技术领域
本发明涉及新能源光电并网领域，尤其涉及光伏发电参与的功率就地消纳技术。
背景技术
随着化石能源逐渐枯竭和环境污染问题加剧,近年来许多国家加大了可再生能源发电的发展力度,尤其是太阳能发电,以期缓解能源和环境问题。太阳能具有“能量密度低、间歇性、空间分布随时变化”等特点，因此其发电出力具有间歇性和可控性差的特征，若大量并网运行给电力系统运行的安全性和经济性带来很大挑战，从而导致“弃光”现象普遍出现。国家能源局指出国内光伏发电站被“弃光限电”的比例甚至高达40％,可再生能源发电资源浪费严重,这对可再生能源行业的发展带来了严重的负面影响。
目前国内关于光伏发电利用的研究主要在光电转换效率方面，主要技术包括将光电转换为其他形式的能源储存和利用可控负荷参与调节，然而这种方法容易造成供配电系统中线路双向潮流，且成本高昂，不利于提高光电利用率和经济利益的最大化。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是提供一种提高就地消纳光伏发电系统所产生的电能能力的方案，以减少供配电系统中线路双向潮流，实现光电利用率和经济利益的最大化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光伏发电参与的功率就地消纳方法，包括以下步骤：步骤一：光伏发电量预测：设立光电电源消纳及电网需求的目标函数：
所述T为研究周期内优化时段数；PPV(t)为t时段内分布式光伏输出功率；PL(t)表示t时段内所有用电负荷总功率，i＝1,2...,n，n为t时段内用电负荷数；(PPV(t)-PL(t))+表示光伏输出功率与总用电功率的差，(x)+表示(PPV(t)-PL(t))+，x＜0，表示此时电网用电量大于输入量，此时电网电量无结余；x＞0时，表示此时电网电量有结余，需要对多余的电量进行存储；
步骤二：基于历史数据，在MATLAB中拟合生成预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)和日前可转移负荷PTL(t)用电特性；
步骤三：根据步骤一得到的目标函数及步骤二得到的可转移负荷用电特性，设计储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO；
PI/PO＝avg(PPV(t))
输入/输出功率值取为光伏发电功率的平均值；
步骤四：根据步骤三得到的储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO，制定出储能装置充放电时间表；当PPV(t)>PL(t)时，实现储能启动输入；当PPV(t)≤PL(t)且在8:00～21:00时段内储能启动输出，当超出这一时段时储能不启动。
该方法分析并引用用户用电负荷模型，目前居民负荷分为不可控负荷、可转移负荷及可中断负荷三大类。不可控负荷其通断电将影响居民正常生活；可转移负荷一般要求在固定时间内完成工作需求即可；可中断负荷短时断电不会影响居民的正常生活。因此，可转移负荷与可中断负荷统称为可控负荷，配合储能系统进行调节。新能源发电的随机性、可调度性差等特点，并网时对电网冲击较大，使电网的不可控性和调峰容量裕度增大，引起电网频率偏差、电压波动、馈线潮流变化。采用就地消纳方案可防止这一情况发生；供配电侧，大量的新能源并网使电网输电线路过负荷，促进分布式电源消纳，延缓或避免输配电网设备改造投资，在原有电网架构基础上实现电力供需平衡，提高配电网供电能力。用电侧，通过储能设备响应价格激励，减少用电成本。电网与用户实现互利共赢，利益最大化；从电能利用效率上提高太阳能利用率，减少其“弃用比例”，加快光伏发电的推广。
进一步，步骤一的目标函数中，T＝48，即负荷控制时段间隔为每30min/次，一共进行48次测试。将间隔设置为每30min/次既保证测试的精度，也保证不会给测试仪器带来头太大负担，损耗仪器。
进一步，所述步骤二还包括以下步骤：步骤2.1：实时监测时段t内，分布式光伏输出功率PPV(t)，对PPV(t)求导，得到功率波动ΔPPV(t)；步骤2.2：判断分布式光伏输出功率波动ΔPPV(t)是否满足波动范围要求，0＜ΔPPV(t)≤0.1为满足要求，返回步骤2.1监测下一时段功率状态；ΔPPV(t)＞0.1，执行步骤2.3；步骤2.3：通过MATLAB修正预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)在该点的值，使之满足平抑PV电源波动性需求，然后进入下一时段功率监测。该方案是一个实时反馈的补充方法，其对实际运行中的用电情况进行不断调整，使得步骤二中得到的曲线更为精确可靠，其原因在于光伏发电的输出电量或者输出功率受光照强度的波动而波动，其电能质量将受到影响。提供既定或实时的功率调节，能够平抑光伏发电出力，提高电能质量，减少输电线路双向潮流。
本发明的优点是：1、就地消纳提高电网电能质量。新能源发电的随机性、可调度性差等特点，并网时对电网冲击较大，使电网的不可控性和调峰容量裕度增大，引起电网频率偏差、电压波动、馈线潮流变化。采用就地消纳方案可防止这一情况发生。2、经济利益最大化。供配电侧，大量的新能源并网使电网输电线路过负荷，促进分布式电源消纳，延缓或避免输配电网设备改造投资，在原有电网架构基础上实现电力供需平衡，提高配电网供电能力。用电侧，通过储能设备响应价格激励，减少用电成本。电网与用户实现互利共赢，利益最大化。3、有利于清洁能源的发展。从电能利用效率上提高太阳能利用率，减少其“弃用比例”，加快光伏发电的推广。
附图说明
图1是日前用电负荷调度方法流程图。
图2是实时需求响应方法流程图。
图3是典型PV输出功率曲线。
图4是典型家用负荷功率曲线。
图5是所设计的储能装置充电功率曲线。
图6是光伏发电功率变化率曲线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明方法包括以下步骤：
步骤一：首先调研户用光伏发电电源安装容量、历史输出情况及并网电量，根据区域用户历史用电情况，确定户用光伏发电量，并设立光电电源消纳及电网需求的目标函数：
所述T为研究周期内优化时段数，T＝48，即负荷控制时段间隔为每30min/次，一共进行48次测试；PPV(t)为t时段内分布式光伏输出功率；PL(t)表示t时段内所有用电负荷总功率；(PPV(t)-PL(t))+表示当光伏输出功率与总用电功率的差，(x)+表示(PPV(t)-PL(t))+，x＜0，表示此时电网用电量大于输入量，此时电网电量无结余；x＞0时，表示此时电网电量有结余，需要对多余的电量进行存储；
步骤二：基于历史数据，在MATLAB中拟合生成预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)和日前可转移负荷PTL(t)用电特性；
步骤2.1：实时监测时段t内，分布式光伏输出功率PPV(t)，对PPV(t)求导，得到功率波动ΔPPV(t)；
步骤2.2：判断分布式光伏输出功率波动ΔPPV(t)是否满足波动范围要求，0＜ΔPPV(t)≤0.1为满足要求，返回步骤2.1监测下一时段功率状态；ΔPPV(t)＞0.1，执行步骤2.3；
步骤2.3：通过MATLAB修正预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)在该点的值，使之满足平抑PV电源波动性需求，然后进入下一时段功率监测；
步骤三：根据步骤一得到的目标函数及步骤二得到的可转移负荷用电特性，设计储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO；
PI/PO＝avg(PPV(t))
输入/输出功率值取为光伏发电功率的平均值；
步骤四：根据步骤三得到的储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO，制定出储能装置充放电时间表；当PPV(t)>PL(t)时，实现储能启动输入；当PPV(t)≤PL(t)且在8:00～21:00时段内储能启动输出，当超出这一时段是储能不启动。
该方法分析并引用用户用电负荷模型，目前居民负荷分为不可控负荷、可转移负荷及可中断负荷三大类。不可控负荷其通断电将影响居民正常生活；可转移负荷一般要求在固定时间内完成工作需求即可；可中断负荷短时断电不会影响居民的正常生活。因此，可转移负荷与可中断负荷统称为可控负荷，配合储能系统进行调节。新能源发电的随机性、可调度性差等特点，并网时对电网冲击较大，使电网的不可控性和调峰容量裕度增大，引起电网频率偏差、电压波动、馈线潮流变化。采用就地消纳方案可防止这一情况发生；供配电侧，大量的新能源并网使电网输电线路过负荷，促进分布式电源消纳，延缓或避免输配电网设备改造投资，在原有电网架构基础上实现电力供需平衡，提高配电网供电能力。用电侧，通过储能设备响应价格激励，减少用电成本。电网与用户实现互利共赢，利益最大化；从电能利用效率上提高太阳能利用率，减少其“弃用比例”，加快光伏发电的推广。

Claims (3)

1.一种光伏发电参与的功率就地消纳方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：光伏发电量预测：设立光电电源消纳及电网需求的目标函数：
所述T为研究周期内优化时段数；PPV(t)为t时段内分布式光伏输出功率；PL(t)表示t时段内所有用电负荷总功率，i＝1,2...,n，n为t时段内用电负荷数；(PPV(t)-PL(t))+表示光伏输出功率与总用电功率的差，(x)+表示(PPV(t)-PL(t))+，x＜0，表示此时电网用电量大于输入量，此时电网电量无结余；x＞0时，表示此时电网电量有结余，需要对多余的电量进行存储；
步骤二：基于历史数据，在MATLAB中拟合生成预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)和日前可转移负荷PTL(t)用电特性；
步骤三：根据步骤一得到的目标函数及步骤二得到的可转移负荷用电特性，设计储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO；
PI/PO＝avg(PPV(t))
输入/输出功率值取为光伏发电功率的平均值；
步骤四：根据步骤三得到的储能装置容量PC、输入/输出功率PI/PO，制定出储能装置充放电时间表；当PPV(t)>PL(t)时，实现储能启动输入；当PPV(t)≤PL(t)且在8:00～21:00时段内储能启动输出，当超出这一时段时储能不启动。
2.根据权利要求1所述的一种光伏发电参与的功率就地消纳方法，其特征是，步骤一的目标函数中，T＝48，即负荷控制时段间隔为每30min/次，一共进行48次测试。
3.根据权利要求1或2所述的一种光伏发电参与的功率就地消纳方法，其特征是，所述步骤二还包括以下步骤：
步骤2.1：实时监测时段t内，分布式光伏输出功率PPV(t)，对PPV(t)求导，得到功率波动ΔPPV(t)；
步骤2.2：判断分布式光伏输出功率波动ΔPPV(t)是否满足波动范围要求，0＜ΔPPV(t)≤0.1为满足要求，返回步骤2.1监测下一时段功率状态；ΔPPV(t)＞0.1，执行步骤2.3；
步骤2.3：通过MATLAB修正预测日前分布式光伏发电曲线PPV(t)在该点的值，使之满足平抑PV电源波动性需求，然后进入下一时段功率监测。
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