CN107968427B - 基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统建模仿真领域，公开了一种基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，主要解决了现有多能源电力系统尚未有统一的耦合模型问题。包括以下步骤：1)将风、光、水、气等各异质能源发电单元分别等效为对应的电压源和可控电阻的串联形式；2)计算各异质能源发电单元的额定电压；3)利用各异质能源发电单元的决定参量对各发电单元等效的可控电阻进行控制；4)应用电源的等效变换原理，将各电能转换场站分别等效为对应的可控电流源，储能装置等效为电容；5)各电能转换场站等效的可控电流源进行耦合并网，构成统一的多能源电力系统耦合模型。本发明适用于多能源电力系统的静态能量流分析和动态过程分析。

Description

基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法
技术领域
本发明涉及电力系统建模仿真领域，特别是包含储能的风、光、水、气等多种异质能源的发电系统的统一耦合模型建立方法。
背景技术
化石能源的过度利用带来了资源枯竭、气候恶化和环境污染等一系列问题，严重威胁人类社会的可持续发展。充分利用水能、太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等可再生能源进行发电，已成为人们关注的热点。具有随机性、波动性和分散性等特点的大量可再生能源的接入与多种能源系统耦合的联系日益紧密，将促成横向多元互补、纵向“源-网-荷”协调的新一代电力系统。因此，将风、光、水、气等多异质能源发电系统相结合，克服单一能源发电形式的波动性和不稳定性，实现能源的优势互补和效率提升，为可再生能源发电高效接入电网提供了一种新的解决思路。
然而，对于多异质能源的发电系统的建模仿真，一般是分别建立不同能源类型的发电系统模型，而对于包含风、光、水、气等多种异质能源的发电系统并没有的统一模型。因此无法充分挖掘各能源发电系统的调节能力，更无法保证电网对可再生能源发电的消纳达到最优。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于建立一种包含风、光、水、气等多种异质能源电力系统统一耦合模型构建方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，包括以下步骤：
步骤A：分析包含风、光、水、气等多种异质能源电力系统的基本特性和规律，然后将风、光、水、气等各异质能源发电单元分别等效为对应的电压源uk和可控电阻Rk，电压源uk与可控电阻Rk串联连接，构成统一的多能源电力系统发电模型，其中k代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示；
步骤B：将风、光、水、气等各异质能源发电单元的额定电压分别设定为步骤A中对应的电压源的电压；
步骤C：利用风、光、水、气等各异质能源发电单元的决定参量分别对步骤A中对应的可控电阻进行控制；
步骤D：应用电源的等效变换原理，将风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电厂等各电能转换场站分别等效为对应的可控电流源ik，储能装置等效为电容，其中k代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示；
步骤E：将步骤D中各电能转换场站等效的可控电流源进行耦合并网，构成统一的多能源电力系统耦合模型。
在上述方案的基础上，步骤A中，所述风、光、水、气等各异质能源发电单元等效的可控电阻分别为：风敏电阻R1、光敏电阻R2、水敏电阻R3、气敏电阻R4等。
在上述方案的基础上，步骤C中，所述风、光、水、气等各异质能源发电单元的决定参量分别为：风速、光照强度、水流量、气流量等。
在上述方案的基础上，所述风敏电阻R1、光敏电阻R2、水敏电阻R3、气敏电阻R4的阻值可由式(1)计算得到：
Rk＝Rk0*f(Xk)k＝1,2,3,4… (1)
其中：Rk是某决定参量控制的电阻在该决定参量Xk下的等效电阻值；Rk0是可控电阻在该决定参量标称值Xk0下的标称阻值；f(·)为决定参量Xk与电阻值的对应关系，该对应关系因决定参量不同而不同；k代表风、光、水、气等能源。
在上述方案的基础上，步骤D中，所述可控电流源ik的电流由式(2)计算得到：
ik＝uk/Rk k＝1,2,3,4… (2)
在上述方案的基础上，步骤D中，所述风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电厂等各电能转换场站等效的可控电流源的控制系数为β，β值的大小由各电能转换场站的装机容量决定；对于储能电容，当多能源电力系统的并网功率大于电网需求时，电容充电；反之，则电容放电。
在上述方案的基础上，步骤E中，耦合并网后的耦合功率P由式(3)计算得到：
P＝α1P1+α2P2+α3P3+α4P4… (3)
其中P1、P2、P3、P4…分别为风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电场等各电能转换场站的输出功率。αi为耦合系数，其中i代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示；0≤αi≤1，其大小与调度有关。
本发明所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，具有以下有益效果：本发明所构建的多异质能源电力系统统一模型既适用于多能源电力系统的静态能量流分析，也适用于动态过程分析，实现对多能源电力系统多时间尺度的统一描述，为多能源电力系统的协调控制和优化调度提供理论基础。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，包括如下步骤：
步骤A：分析包含风、光、水、气等多种异质能源电力系统的基本特性和规律，然后将风、光、水、气等各异质能源发电单元分别等效为对应的电压源uk和可控电阻Rk，电压源uk与可控电阻Rk串联连接，构成统一的多能源电力系统发电模型，其中k代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示。
其中等效的可控电阻Rk分别记为风敏电阻R1、光敏电阻R2、水敏电阻R3、气敏电阻R4等，他们的阻值可由式(1)计算得到：
Rk＝Rk0*f(Xk)k＝1,2,3,4… (1)
其中：Rk是某决定参量控制的电阻在该决定参量Xk下的等效电阻值；Rk0是可控电阻在该决定参量标称值Xk0下的标称阻值；f(·)为决定参量Xk与电阻值的对应关系，该对应关系因决定参量不同而不同；k代表风、光、水、气等能源。
步骤B：将风、光、水、气等各异质能源发电单元的额定电压分别设定为步骤A中对应的电压源的电压；
步骤C：利用风、光、水、气等各异质能源发电单元的决定参量分别对步骤A中对应的可控电阻进行控制，其中风、光、水、气等各异质能源发电单元的决定参量分别为风速、光照强度、水流量、气流量等。
步骤D：应用电源的等效变换原理，将风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电厂等各电能转换场站分别等效为可控电流源ik，储能装置等效为电容，其中k代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示。
可控电流源ik的电流由式(2)计算得到：
ik＝uk/Rk k＝1,2,3,4… (2)
风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电厂等各电能转换场站等效的可控电流源的控制系数为β，β值的大小由各电能转换场站的装机容量决定。对于储能电容，当多能源电力系统并网功率大于电网需求时，电容充电；反之，则电容放电。
步骤E：将步骤D中各电能转换场站等效的可控电流源进行耦合并网，构成统一的多能源电力系统耦合模型。耦合并网后的耦合功率P由式(3)计算得到：
P＝α1P1+α2P2+α3P3+α4P4… (3)
其中P1、P2、P3、P4…分别为风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电场等电能转换场站的输出功率。αi为耦合系数，其中i代表风、光、水、气等能源，分别用1、2、3、4…表示；0≤αi≤1，其大小与调度有关。
以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或装饰，均落在本发明的保护范围内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：分析包含风、光、水、气多种异质能源电力系统的基本特性和规律，然后将风、光、水、气各异质能源发电单元分别等效为对应的电压源uk和可控电阻Rk，电压源uk与可控电阻Rk串联连接，构成统一的多能源电力系统发电模型，其中k代表风、光、水、气能源，分别用1、2、3、4表示；
步骤B：将风、光、水、气各异质能源发电单元的额定电压分别设定为步骤A中对应的电压源的电压；
步骤C：利用风、光、水、气各异质能源发电单元的决定参量分别对步骤A中对应的可控电阻进行控制；
步骤D：应用电源的等效变换原理，将风力发电厂、光伏电站、水电站、燃气发电厂各电能转换场站分别等效为对应的可控电流源ik，储能装置等效为电容，其中k代表风、光、水、气能源，分别用1、2、3、4表示；
步骤E：将步骤D中各电能转换场站等效的可控电流源进行耦合并网，构成统一的多能源电力系统耦合模型。
2.如权利要求1所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，步骤A中，所述风、光、水、气各异质能源发电单元等效的可控电阻分别为：风敏电阻R1、光敏电阻R2、水敏电阻R3、气敏电阻R4；步骤C中，所述风、光、水、气各异质能源发电单元的决定参量分别为：风速、光照强度、水流量、气流量。
3.如权利要求2所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，所述风敏电阻R1、光敏电阻R2、水敏电阻R3、气敏电阻R4的阻值由式(1)计算得到：
Rk＝Rk0*f(Xk)k＝1,2,3,4 (1)
其中：Rk是某决定参量控制的电阻在该决定参量Xk下的等效电阻值；Rk0是可控电阻在该决定参量标称值Xk0下的标称阻值；f(·)为决定参量Xk与电阻值的对应关系，该对应关系因决定参量不同而不同；k代表风、光、水、气能源。
4.如权利要求1所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，步骤D中，所述可控电流源ik的电流由式(2)计算得到：
ik＝uk/Rk k＝1,2,3,4 (2)。
5.如权利要求1所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，步骤D中，所述风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电厂各电能转换场站等效的可控电流源的控制系数为β，β值的大小由各电能转换场站的装机容量决定；对于储能电容，当多能源电力系统的并网功率大于电网需求时，电容充电；反之，则电容放电。
6.如权利要求1所述的基于等效电源的多能源电力系统统一耦合模型构建方法，其特征在于，步骤E中，耦合并网后的耦合功率P由式(3)计算得到：
P＝α1P1+α2P2+α3P3+α4P4 (3)
其中P1、P2、P3、P4分别为风力发电场、光伏电站、水电站、燃气发电场各电能转换场站的输出功率；αi为耦合系数，0≤αi≤1，αi的大小与调度有关，其中i代表风、光、水、气能源，分别用1、2、3、4表示。
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