CN109412143A - 一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，包括以下步骤：根据给定的输电线路、调峰用火电厂、抽水蓄能电站的装机比例，获得各自的建设与运行成本，比较初始比例与最佳比例，提出三种可能的决策建议：一是提升输送能力后再求解，二是提升调峰能力后再求解，三是根据优化结果给出集中式光伏电站装机规模。本发明通过构建优化调度模型，评估光伏发电装机、火电装机、抽水蓄能装机以及输电线路最大功率的配比，并结合决策方案的实施，得到最优的光伏发电装机规模，进而降低光伏发电的终端用电成本，也降低了弃光率，达到经济效益最优。

Description

一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统。

背景技术

虽然技术经济评价与优化领域的理论研究已经十分成熟，但将技术经济评价与优化方法应用到新能源电力系统调峰与输送方面的研究较少。中国还未建立一套行之有效的调峰与输送服务评价与优化的框架体系，以完整、科学、合理地反映光伏发电、调峰调度和远距离输送是否合理、运营是否正常、资源优化配置功能是否发挥作用等。

如果不对光伏发电进行远距离输送，光伏发电基地的发电将难以在本地消纳，弃光率会较高，光伏发电单位发电量的成本也较高；如果在远距离输送时没有进行调峰，输电线路的利用效率将下降，单位电量的输送成本较高；虽然调峰设施和远距离输电线路的建设提高了供电成本，但也能够通过降低弃光率从而降低光伏发电成本，来实现总成本的降低。

基于技术性能和经济效益进行综合考虑，便于调度机构根据需要调整对技术、经济的重视程度，应合理设置好光伏电站、火电厂、抽水蓄能电站的装机规模和远距离输电线路的最大输送功率的配置比例，不能盲目重视光伏电站装机规模的增长，而忽视了系统调峰能力的建设，不能因为抽水蓄能建设成本高就不予建设，而应该以系统供电成本最低而带来的经济效益为主要目标，同时又满足必要的技术安全条件，来合理配置好系统各个主体的比例关系，来促进光伏发电并网。

同时现有的电网装机优化方案并未给出明确建议方案，不能最大化提高系统的优化能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，包括如下步骤：

S1、确定建模进行辅助决策的系统范围，包括发电侧抽水蓄能站和火电厂、连接发电侧和用电侧的高压、特高压输电线路以及用电侧实际用电负荷，并通过辅助决策系统，确定在发电侧建立集中式光伏发电站的最佳装机规模；

S2、确定火电厂、抽水蓄能站实际调峰能力，包括调峰容量、调峰功率以及调峰成本与调峰功率之间的关系，确定火电厂的度电发电成本与年度发电量之间的关系，确定输电线路的度电输送成本与年度输电量之间的关系；

S3、给出集中式光伏电站的最小装机规模，根据系统实际情况，给出输电线路、火电厂装机、发电侧和用电侧抽水蓄能电站装机、输电线路最大功率以及光伏电站最小装机的比例关系，确定为系统初始状态，在初始状态的比例关系下，对实际的负荷曲线进行供电，将系统运行一年的总成本与一年内总的输送电量相除得到终端单位用电成本，以终端单位用电成本最低为目标建立优化模型；

S4、不改变输电线路参数，改变光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能站装机和输电线路最大输送功率的比例关系，在每一种比例关系下分别运行S3中的优化模型，得到所有比例关系下的优化结果，并在所有优化结果中选择终端度电成本最低的结果，得出对应的光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机与输电线路最大功率的比例关系；

S5、根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的决策方案。

所述步骤S3中，给出集中式光伏电站的最小装机规模，为输电线路最大功率的1％，给出初始状态下光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机和输电线路最大功率的比例关系，比例关系式为1:n:m:100。

所述步骤S5中，根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的最佳方案，在初始方案1:n:m:100中，第一个值代表光伏电站装机规模，第二个和第三个值代表系统的调峰能力，第四个值代表系统的输送能力，决策情况如下：

情况一：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案系统的调峰能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的调峰火电厂或抽水蓄能电站，以提升系统的调峰能力，并执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况二：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案的电力向外输送能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的输电线路，以提升系统的输送能力，并执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况三：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案的电力向外输送能力与调峰能力充分，而光伏电站装机规模偏小，则根据最佳方案的比例，提升光伏电站装机规模至最佳规模。

由上述技术方案可知，本发明通过构建优化调度模型，评估光伏发电装机、火电装机、抽水蓄能装机以及输电线路最大功率的配比，并结合决策方案的实施，得到最优的光伏发电装机规模，进而降低光伏发电的终端用电成本，也降低了弃光率，达到经济效益最优。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的系统范围图；

图3是本发明实施例的负荷曲线图；

图4是本发明实施例的最佳装机比例结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-4所示的一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，包括如下步骤：

S1、确定建模进行辅助决策的系统范围，包括发电侧抽水蓄能站和火电厂、连接发电侧和用电侧的高压/特高压输电线路，以及用电侧实际用电负荷，以上属于已知条件，通过辅助决策系统，确定在发电侧建立集中式光伏发电站的最佳装机规模；

S2、确定火电厂、抽水蓄能站其实际调峰能力，包括调峰容量、调峰功率，以及调峰成本与调峰功率之间的关系，确定火电厂的度电发电成本与年度发电量之间的关系，确定输电线路的度电输送成本与年度输电量之间的关系；

S3、给出集中式光伏电站的最小装机规模，根据系统实际情况，给出输电线路、火电厂装机、发电侧和用电侧抽水蓄能电站装机、输电线路最大功率、光伏电站最小装机的比例关系，确定为系统初始状态。

在初始状态的比例关系下，对实际的负荷曲线进行供电，将系统运行一年的总成本与一年内总的输送电量相除得到终端单位用电成本，以终端单位用电成本最低为目标建立优化模型；

S4、不改变输电线路参数，改变光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能站装机和输电线路最大输送功率的比例关系，在每一种比例关系下分别运行S3中的优化模型，得到所有比例关系下的优化结果，并在所有优化结果中选择终端度电成本最低的结果，得出对应的光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机与输电线路最大功率的比例关系；

S5、根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的决策方案。

进一步地，所述步骤S1中，获取发电侧抽水蓄能站和火电厂参数指标，包括装机规模、建设成本与维护成本、调峰能力；连接发电侧和用电侧的高压/特高压输电线路参数指标，包括最大输送功率、建设成本与维护成本，以及用电侧1年期按小时计的实际用电负荷。

进一步地，所述步骤S2中，确定火电厂、抽水蓄能站其实际调峰能力，包括调峰容量、调峰功率，以及调峰成本与调峰功率之间的关系，确定火电厂的度电发电成本与年度发电量之间的关系。

火电厂的年度总成本为CC_inve+CC_main，其中火电厂的建设投资成本CC_inve＝Q*Y_c/n2，Q为火电厂的个数，Y_c为单个火电站的总建设投资额,n2为火电机组的折旧年限；火电厂的年度运行成本其中为火电站的年运行维护固定成本，为基础火电的年运行维护可变成本，为调峰火电的年运行维护可变成本，F_c为单个火电站的年固定运行维护成本；

将年度投资成本加上年度运行成本，得到各项设施的年度总成本中，对应的基础火电的年运行维护可变成本和调峰火电的年运行维护可变成本的具体计算如下：

p_c′＝p_c+α(α+1)τ/2

p_c′为不同调峰梯次下的火电单位运行成本，p_c为正常火电单位运行成本，a为调峰深度梯次，τ为调峰深度梯次价格，a_t为t时刻的调峰深度梯次，p^c′为调峰深度划分功率常数；

抽水蓄能站的年度总成本为CS_inve+CS_main，其中抽水蓄能站的建设投资成本CS_inve＝M*Y_s/n3，M为抽水蓄能站的个数，Y_s为单个抽水蓄能站的总建设投资额，n3为抽水蓄能站的折旧年限；抽水蓄能站的年度运行成本其中为抽水蓄能站的年运行维护固定成本，为抽水蓄能站的年运行维护可变成本，F_s为单个抽水蓄能站的年固定运行维护成本；抽水蓄能站的年运行维护可变成本的计算具体如下：

p_s＝(1-α1*α2)*p

p_s为抽水蓄能站的单位发电成本，p为抽水蓄能发电的上网电价，α1为抽水蓄能站的充电效率，α2为抽水蓄能站的放电效率，为有效放电功率。

进一步地，所述步骤S2中，确定输电线路的度电输送成本与年度输电量之间的关系，输电线路的年度总成本为其中输电线路的建设投资成本CT_inve＝K*Y_t/n4，K为输电线路的条数，Y_t为单条输电线路的建设投资额，n4为输电线路的折旧年限；输电线路的年度运行成本CT_main＝K*F_t，其中F_t为单条输电线路的年固定运行维护成本。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、给出集中式光伏电站的最小装机规模，为输电线路最大功率的1％。给出初始状态下光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机和输电线路最大功率的比例关系，为1:n:m:100。

S32、光伏电站的年度总成本为CW_inve+CW_main，其中光伏电站的建设投资成本CW_inve＝N*Y_w/n1，N为光伏电站站数，Y_w为单个光伏电站的总建设投资额，n1为光伏发电机组的折旧年限，光伏电站的年度运行成本CW_main＝N*F_w，F_w为单个光伏电站的年固定运行维护成本；

S33、以1年365天作为一个计算周期T，以小时为单位，将T分为8760个时间段，获得用电侧1年期按小时计的负荷曲线；

S34、获取多个光伏电站实际的原始光伏发电出力特性曲线，转化为以小时为单位的光伏发电出力特性曲线，得到光伏发电站的光伏发电出力特性曲线的概率分布，从而得到光伏发电出力特性曲线的密度函数，根据光伏发电出力特性曲线的密度函数，随机生成年光伏出力特性曲线，构成电力系统的光伏出力特性曲线：

P_w_t＝f(t)

f(t)为光伏出力特性曲线的密度函数，为N个光伏电站总的光伏发电出力特性曲线；

S35、假设在每个时间段内光伏发电出力、火电厂发电出力、抽水蓄能站充放电出力以及负荷均保持稳定，在全年8760个小时中，确定每个小时的发电功率、输送功率与用电负荷的平衡关系，关系式为：

其中，Lp_t为t时刻总的负荷需求功率，为初始给定火电出力，为抽水蓄能站t时刻的充放电功率，为t时刻的火电调峰功率，为t时刻有效光伏发电功率，δ为特高压输电线路的线损率；

S36、确定全年8760个小时内，每个时间段的抽水蓄能充放电功率火力调峰功率以及有效光伏发电功率具体方法如下：

计算t时刻的等效负荷需求功率Lr_t：

其中，为初始设定的火电调峰出力，通过对往期历史数据进行分析，确定当期周期T内的初始给定火电调峰出力

并计算抽水蓄能站t时刻的充放电功率

其中，为有效充电功率，为有效放电功率；

确定剩余调峰负荷Lc_t：

计算t时刻火力调峰功率

计算t时刻有效光伏发电功率

S36、确定全年8760个小时内，有效光伏发电量、总有效火力发电量、总有效火力调峰发电量、总有效抽水蓄能发电量分别为：

Q_w为总有效光伏发电量，Q_c为总有效火力发电量，Q_s1为总抽水蓄能站耗电量，Q_s2为总抽水蓄能站有效发电量；

S37、以终端用电成本最低为目标建立优化模型：

min：w＝C/Q_h

C＝CW_inve+CW_main+CC_inve+CC_main+CS_inve+CS_main+CT_inve+CT_main

Q_h＝(Q_w+Q_c+Q_s2-Q_s1)*(1-δ)

其中，C为整体年均成本，w为单位度电的成本，Q_h为总有效发电量。

进一步地，在步骤S35中，抽水蓄能站运行约束条件为：

1)设定抽水蓄能站的容量为V_t，最大充放电功率为P，V₁＝0；

2)判断t节点处于充电、不充电也不放电、放电的状态；

3)若是充电，则判断抽水蓄能站是不是满载(V_f)状态；

若V_t-1+∫Q_in_tdt≤V_f，则充电量为∫Q_in_tdt，V_t＝V_t-1+∫Q_in_tdt；

若V_t-1+∫Q_in_tdt＞V_f，则充电量为V_f-∫Q_in_tdt，V_t＝V_f；

其中，∫Q_in_tdt≤∫Pdt；

4)若是放电，则判断抽水蓄能站是不是空载(V_e)的状态；

若V_t-1-∫Q_out_tdt≤0，则放电量为V_t-1，V_t＝0；

若V_t-1-∫Q_out_tdt＞0，则放电量为∫Q_out_tdt，V_t＝V_t-1-∫Q_out_tdt；

其中，∫Q_out_tdt≤∫Pdt；

5)若是既不充电也不放电，则水池容量不变，即V_t＝V_t-1。

进一步地，所述步骤S4中，不改变输电线路参数，改变光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能站装机和输电线路最大输送功率的比例关系，光伏电站、火电厂、抽水蓄能电站装机和输电线路最大功率的比例关系从1:n:m:100逐步改变到500:100:100:100，每次变化后执行步骤S3，在所有优化结果中选择终端度电成本最低的结果，对应的光伏电站装机规模为最佳方案。

进一步地，所述步骤S5中，根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的最佳方案，在初始方案1:n:m:100中，第一个值代表光伏电站装机规模，第二个和第三个值代表系统的调峰能力，第四个值代表系统的输送能力，决策方案如下：

情况一：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，如果初始方案系统的调峰能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的调峰火电厂或抽水蓄能电站，以提升系统的调峰能力，然后执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况二：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，如果初始方案的电力向外输送能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的输电线路，以提升系统的输送能力，然后执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况三：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，如果初始方案的电力向外输送能力与调峰能力充分，而光伏电站装机规模偏小，则根据最佳方案的比例，提升光伏电站装机规模至最佳规模。

本实施例选取某省某地区的相关数据进行实例说明，该地区的负荷曲线如图3所示，折算出模拟的负荷曲线Lp_t；

根据实际情况，具有一条特高压输电线路，最大的输送功率8000MW，光电、火电、抽水蓄能及通道的初始比例为1:10:1:100，根据比例关系得到光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机量为80MW，800MW，80MW，8000MW，比例变化的上限为500:100:100:100，根据比例关系得到光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机量为40000MW，8000MW，8000MW，8000MW。

图4为计算过程的优化结果，虚线直线对应的配比方案能够保证终端度电成本最低，被选为本实施例的最优方案，即光电、火电、抽水蓄能及通道最优比例约为300：50：50：100，对应的度电成本为0.533元，弃光率为3.90％，弃光率下降幅度为30.3％。

根据决策建议，系统的电力向外输送能力过剩，而调峰能力不足，需要先扩大系统边界，提升系统的调峰能力，然后再执行步骤S3，确定光伏电站装机规模。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1、确定建模进行辅助决策的系统范围，包括发电侧抽水蓄能站和火电厂、连接发电侧和用电侧的高压、特高压输电线路以及用电侧实际用电负荷，并通过辅助决策系统，确定在发电侧建立集中式光伏发电站的最佳装机规模；

S2、确定火电厂、抽水蓄能站实际调峰能力，包括调峰容量、调峰功率以及调峰成本与调峰功率之间的关系，确定火电厂的度电发电成本与年度发电量之间的关系，确定输电线路的度电输送成本与年度输电量之间的关系；

S3、给出集中式光伏电站的最小装机规模，根据系统实际情况，给出输电线路、火电厂装机、发电侧和用电侧抽水蓄能电站装机、输电线路最大功率以及光伏电站最小装机的比例关系，确定为系统初始状态，在初始状态的比例关系下，对实际的负荷曲线进行供电，将系统运行一年的总成本与一年内总的输送电量相除得到终端单位用电成本，以终端单位用电成本最低为目标建立优化模型；

S4、不改变输电线路参数，改变光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能站装机和输电线路最大输送功率的比例关系，在每一种比例关系下分别运行S3中的优化模型，得到所有比例关系下的优化结果，并在所有优化结果中选择终端度电成本最低的结果，得出对应的光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机与输电线路最大功率的比例关系；

S5、根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的决策方案。

2.根据权利要求1所述的一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，其特征在于：所述步骤S3中，给出集中式光伏电站的最小装机规模，为输电线路最大功率的1％，给出初始状态下光伏电站装机、火电厂装机、抽水蓄能电站装机和输电线路最大功率的比例关系，比例关系式为1:n:m:100。

3.根据权利要求1-2所述的一种确定集中式光伏电站装机规模的辅助决策系统，其特征在于：所述步骤S5中，根据多次优化结果，给出集中式光伏电站装机规模的最佳方案，在初始方案1:n:m:100中，第一个值代表光伏电站装机规模，第二个和第三个值代表系统的调峰能力，第四个值代表系统的输送能力，决策情况如下：

情况一：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案系统的调峰能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的调峰火电厂或抽水蓄能电站，以提升系统的调峰能力，并执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况二：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案的电力向外输送能力较弱，则需要扩大系统边界，获得更多的输电线路，以提升系统的输送能力，并执行步骤S3，确定光伏电站装机规模；

情况三：初始方案1:n:m:100与最佳方案相比，若初始方案的电力向外输送能力与调峰能力充分，而光伏电站装机规模偏小，则根据最佳方案的比例，提升光伏电站装机规模至最佳规模。