CN113013904A - 一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置 - Google Patents

一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置。该方法通过分析每个自然日的风力出电特性，根据风电处理特性执行相应的储能运行优化策略并模拟运行预设的时长后筛选满足预设边界条件的方案，并对各个方案进行性能评估，从而获得最优的海上风电储能容量配置的优化方案，最后根据该优化方案进行配置。该装置包括数据获取模块、条件设置模块、分析判断模块、模拟运行模块以及选择配置模块。该方法及装置能够为海上风力发电区域配置能量密度大、布局灵活的电化学储能，基于更加精细的风电出力特性研究，对电化学储能进行科学、合理地定容、优化，增强风电出力‑负荷匹配性，从而提升了海上风电储能容量配置的准确性、实用性和自适应性。

Description

一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置
技术领域
本发明涉及海上风电储能容量配置的优化领域，涉及一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置。
背景技术
随着全国能源供应革命、能源结构转型的持续深化，以海上风电为代表的非水类可再生能源得到了长足的发展，并为促进按期实现碳达峰、碳中和愿景起到了积极的推动作用。然而，广东、江苏地区海上风电的持续性发展将为电力系统安全、稳定运行带来较大的压力：一方面，风电具有典型的反调峰特性，出力特性与负荷特性匹配度整体较低，实现全额消纳难度较大；另一方面，海上风电往往呈现集群发展特性，受制于电网的网架约束，在风电大发方式下难以通过电网安全稳定校验。
在现有技术中，当前主要技术包括微电网柴-光-风-储一体优化、基于出力预测的可再生能源储能优化、以及以风电出力波动最小为目标的储能优化等方法。上述方法可解决部分地区可再生能源储能布局及定容优化。
但是，现有技术仍然存在以下缺陷：微电网储能布局方法主要适用于离网系统，储能定位及运行模式简单，难以考虑主干大型电网中储能的诸多替代隐性效益；基于预测的可再生能源储能配置方法更多适用于光伏等可预测性较强的新能源品类，对于海上风电等出力更具随机性的新能源具有较大的局限性，同时也未考虑海上风电集群发展情况下电网送出条件的制约；基于风电出力波动最小的储能配置方法，考虑的优化维度较为单一，未能深入分析风电正调峰、反调峰、平调峰等多种运行方式下储能运行方式的区别。
因此，当前迫切需要一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置，以解决现有技术存在的上述问题。
发明内容
针对现存的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置，该优化方法和装置基于双层优化理论实现了对海上风电储能配置的多维度优化，从而提升了海上风电储能容量配置的准确性、实用性和自适应性。
本发明提供了一种海上风电储能容量配置的优化方法，包括：获取年度风电数据以及电网拓扑数据；其中，所述年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值；根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件；所述边界条件包括建设边界条件和输出边界条件；根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略；控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系；其中，所述多个储能容量配置方案是根据储能容量和多个所述储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量；每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标；根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
在一个实施例中，所述根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法判断每个自然日下的风电出力特性，具体为：根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率；根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合；当所述日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，所述日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；当所述日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，所述日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；当所述风电高出力时刻集合落入所述谷期负荷时刻集合区间时，所述风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；当所述风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，所述风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；当自然日不符合上述任一种情况时，所述自然日的风电出力特性为不规则出力。
在一个实施例中，所述根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合，具体为：根据所述年度负荷曲线获取每个自然日中每一时刻的负荷率，并根据所述年度风电出力曲线获取每个自然日中每一时刻的当日内出力率；当所述负荷率低于预设的第一最低判断值时，将所述负荷率对应的第一时刻录入谷期负荷时刻集合；当所述负荷率高于预设的第一最高判断值时，将所述负荷率对应的第二时刻录入高峰负荷时刻集合；判断所述日最高风电出力率是否大于预设的第二最低判断值；若是，则计算所述日最高风电出力率对应的自然日内的每一时刻的当日内出力率，并判断所述当日内出力率是否高于预设的第三最高判断值，以及所述当日内出力率是否低于预设的第三最低判断值；如果所述当日内出力率高于预设的第三最高判断值，则将所述当日内出力率对应的第三时刻录入风电高出力时刻集合；如果所述当日内出力率低于预设的第三最低判断值，则将所述当日内出力率对应的第四时刻录入风电低出力时刻集合。
在一个实施例中，所述根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略，具体为：当第一自然日的风电出力特性为全日低出力时，使得海上风力发电区在所述第二时刻进行充电，并在第一时刻进行放电；当第二自然日的风电出力特性为全日高出力时，使得海上风力发电区在第二自然日不进行充电或放电；当第三自然日的风电出力特性为反调峰时，使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案；当第四自然日的风电出力特性为正调峰或不规则出力时，使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案。
在一个实施例中，所述使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案，具体为：实时获取所述第三自然日的各个时刻的当日内出力率与负荷率的第一差值，并根据所述当日内出力率、所述负荷率以及所述第一差值计算各个时刻的充电权重和放电权重；根据所述充电权重、所述放电权重、预设的第一储能功率及容量，实时计算第一充电量和第一放电量；使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第一充电量进行充电，或根据相应的第一放电量进行放电。
在一个实施例中，所述使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案，具体为：根据平滑风电场的风电出力水平计算所述第四自然日的平均风电出力率；计算所述第四自然日的各个时刻的当日内出力率与平均风电出力率的第二差值，并将所述第二差值作为储能充电权重和储能放电权重；根据所述储能充电权重、所述储能放电权重、预设的第二储能功率及容量，实时计算第二充电量和第二放电量；使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第二充电量进行充电，或根据相应的第二放电量进行放电。
在一个实施例中，所述根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件，具体为：根据所述电网拓扑数据对所述海上风力发电区进行安全稳定校验，判断所述海上风力发电区是否满足预设的安全标准；若不满足，则计算海上风电的最大允许出力值，并根据所述最大允许出力值设置输出边界条件；若满足，则根据预设的建设约束条件以及所述年度风电数据设置建设边界条件。
在一个实施例中，所述根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，具体为：判断每个储能容量配置方案是否满足所述边界条件，并筛选出满足边界条件的第一储能容量配置方案；若筛选出多个第一储能容量配置方案，则根据多个第一储能容量配置方案各自的运行指标体系，从所述多个第一储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置优化方案。
本发明还提供了一种海上风电储能容量配置的优化装置，所述优化装置包括：计算获取模块、条件设置模块、分析判断模块、模拟运行模块以及选择配置模块，其中，所述计算获取模块用于获取年度风电数据以及电网拓扑数据；其中，所述年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值；所述条件设置模块用于根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件；所述边界条件包括建设边界条件和输出边界条件；所述分析判断模块用于根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略；所述模拟运行模块用于控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系；其中，所述多个储能容量配置方案是根据储能容量和多个所述储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量；每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标；所述选择配置模块用于根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
在一个实施例中，所述分析判断模块包括计算单元、分类单元以及判断单元，其中：所述计算单元用于根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率；所述分类单元用于根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合；所述判断单元用于：当所述日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，判断所述日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；当所述日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，判断所述日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；当所述风电高出力时刻集合落入所述谷期负荷时刻集合区间时，判断所述风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；当所述风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，判断所述风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；当自然日不符合上述任一种情况时，判断所述自然日的风电出力特性为不规则出力。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供了一种海上风电储能容量配置的优化方法及装置，通过分析每个自然日的风力出电特性，根据风电处理特性执行相应的储能运行优化策略并模拟运行预设的时长后筛选满足预设边界条件的方案，并对各个方案进行性能评估，从而获得最优的海上风电储能容量配置的优化方案，最后根据该优化方案进行配置。该优化方法及装置能够为海上风力发电区域配置能量密度大、布局灵活的电化学储能，基于更加精细的风电出力特性研究，对电化学储能进行科学、合理地定容、优化，增强风电出力-负荷匹配性，并平滑波动性出力，从而提升了海上风电储能容量配置的准确性、实用性和自适应性。
附图说明
下文将结合说明书附图对本发明进行进一步的描述说明，其中：
图1示出了根据本发明的一种海上风电储能容量配置的优化方法的一个实施例的流程图；
图2示出了根据本发明的第一储能方案的一个实施例的流程图；
图3示出了根据本发明的第二储能方案的一个实施例的流程图；
图4示出了根据本发明的一种海上风电储能容量配置的优化装置的一个实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例一
图1示出了根据本发明的一种海上风电储能容量配置的优化方法的一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤：
S1:获取年度风电数据以及电网拓扑数据。
其中，年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值。具体地，为了后续分析每个自然日的风电出力特性，首先应从海上风电数据中心获取全年8760小时的风速曲线，并根据该风速曲线计算对应风速下的风电出力数据，随后再获取同年全年8760小时的负荷曲线。
S2:根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件。
由于受到场地条件的限制，海上风力发电区域的建设规模会导致该海上风力发电区域具有发电能力的上限；类似的，由于风电通过电网送出，因此输出电压应当通过安全稳定校验，即，输送电网具有输送电压等级的上限，因此，为了后续能选择出能实际应用的储能配置方案，应当设置边界条件以便后续筛选，边界条件包括建设边界条件和输出边界条件。具体地，根据所述电网拓扑数据对所述海上风力发电区进行安全稳定校验，判断所述海上风力发电区是否满足预设的安全标准；若不满足，则计算海上风电的最大允许出力值，并根据所述最大允许出力值设置输出边界条件；若满足，则根据预设的建设约束条件以及所述年度风电数据设置建设边界条件。
S3:根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略。
具体地，根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率；根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合；并根据每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合以及年度风电数据判断自然日的风带你出力特性；当第一自然日的风电出力特性为全日低出力时，使得海上风力发电区在所述第二时刻进行充电，并在第一时刻进行放电；当第二自然日的风电出力特性为全日高出力时，使得海上风力发电区在第二自然日不进行充电或放电；当第三自然日的风电出力特性为反调峰时，使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案；当第四自然日的风电出力特性为正调峰或不规则出力时，使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案。
其中，峰谷时刻的划分需要根据所述年度负荷曲线获取每个自然日中每一时刻的负荷率，并根据所述年度风电出力曲线获取每个自然日中每一时刻的当日内出力率，从而在所述负荷率低于预设的第一最低判断值时，将所述负荷率对应的第一时刻录入谷期负荷时刻集合；当所述负荷率高于预设的第一最高判断值时，将所述负荷率对应的第二时刻录入高峰负荷时刻集合；判断所述日最高风电出力率是否大于预设的第二最低判断值；若是，则计算所述日最高风电出力率对应的自然日内的每一时刻的当日内出力率，并判断所述当日内出力率是否高于预设的第三最高判断值，以及所述当日内出力率是否低于预设的第三最低判断值；如果所述当日内出力率高于预设的第三最高判断值，则将所述当日内出力率对应的第三时刻录入风电高出力时刻集合；如果所述当日内出力率低于预设的第三最低判断值，则将所述当日内出力率对应的第四时刻录入风电低出力时刻集合。
如图所示，自然日的风电出力特性应当根据日最高风电出力率、日最低风电出力率、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合来判定。具体地，当所述日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，所述日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；当所述日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，所述日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；当所述风电高出力时刻集合落入所述谷期负荷时刻集合区间时，所述风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；当所述风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，所述风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；当自然日不符合上述任一种情况时，所述自然日的风电出力特性为不规则出力。
当第三自然日的风电出力特性为反调峰时，使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案。图2示出了根据本发明的第一储能方案的一个实施例的流程图，如图所示，该第一储能方案具体包括如下步骤：
S201:实时获取所述第三自然日的各个时刻的当日内出力率与负荷率的第一差值，并根据所述当日内出力率、所述负荷率以及所述第一差值计算各个时刻的充电权重和放电权重。
S202:根据所述充电权重、所述放电权重、预设的第一储能功率及容量，实时计算第一充电量和第一放电量。
S203:使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第一充电量进行充电，或根据相应的第一放电量进行放电。
当第四自然日的风电出力特性为正调峰或不规则出力时，使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案。图3示出了根据本发明的第二储能方案的一个实施例的流程图，如图所示，该第二储能方案具体包括：
S211：根据平滑风电场的风电出力水平计算所述第四自然日的平均风电出力率。
S212:计算所述第四自然日的各个时刻的当日内出力率与平均风电出力率的第二差值，并将所述第二差值作为储能充电权重和储能放电权重。
S213:根据所述储能充电权重、所述储能放电权重、预设的第二储能功率及容量，实时计算第二充电量和第二放电量。
S214:使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第二充电量进行充电，或根据相应的第二放电量进行放电。
S4:控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系。
具体地，所述多个储能容量配置方案是根据不同储能容量和不同储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量；每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标。
其中，反调峰系数表征海上风电出力特性与负荷特性的不符合程度，用于表征海上风电给区域电力系统带来的调峰压力，用百分数表示。对于单个单个反调峰日，其反调峰系数计算公式为：
ηreserve(d)＝maxηpeak(d)-minηlow(d)
对于全年的风电反调峰系数，取所有反调峰日的反调峰系数最大值。
保证出力率表征在负荷高峰出力时刻海上风电可保证的出力水平，该指标用以表征海上风电对传统化石能源的实际替代能力。对于每个夏季自然日，取每日负荷高峰时刻中，取海上风电出力率的最小值，作为每日的风电保证出力率；对于全年，取所有夏季自然日中，海上风电保证出力率最低值，作为全年的保证出力率。
尖峰出力率表征在一定的弃风率水平下，海上风电夏季出力的最高值。结合国内各地对弃风的相关政策，弃风率取值一般设定为5％。具体计算方法为：以夏季所有自然日为研究对象，利用插值法计算某一出力率水平下的弃风率，当弃风率等于5％时，当前设定出力率即为尖峰出力率，其计算方程式如下：
Figure RE-GDA0003064538930000111
由于一般出力基本为离散数据组合，则其计算式如下：
Figure RE-GDA0003064538930000112
在求解中，首先设定有效出力率初值
Figure RE-GDA0003064538930000113
计算此时的弃风率
Figure RE-GDA0003064538930000114
如果ηabandon<5％，则设定
Figure RE-GDA0003064538930000115
反之
Figure RE-GDA0003064538930000116
其中取步长
Figure RE-GDA0003064538930000117
为0.5％，若|ηabandon-5％|≤0.1％，则当前
Figure RE-GDA0003064538930000118
即为最终解。
尖峰出力占比率表征海上风电出力率达到90％以上的时间占比。
边际改善指标表征继续增加储能之后的改善效果，对于上述四项主要指标，边界改善效果计入上述改善效果的最小值，计算如下：
Figure RE-GDA0003064538930000119
S5:根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
具体地，判断每个储能容量配置方案是否满足建设边界条件和输出边界条件，并筛选出满足边界条件的第一储能容量配置方案，当仅筛选出一个第一储能容量配置方案时，则将该第一储能容量配置方案作为海上风电储能容量配置的优化方案，并根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置；当筛选出多个第一储能容量配置方案时，则综合评估运行指标体系满足边界条件的程度，根据各个运行指标体系满足边界条件的程度，从多个运行指标体系中筛选出储能容量配置性能最优的运行指标体系，将该运行指标体系对应的储能容量配置方案作为海上风电储能容量配置的优化方案，并根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置。
本实施例提供了一种海上风电储能容量配置的优化方法，该优化方法通过分析每个自然日的风力出电特性，根据风电处理特性执行相应的储能运行优化策略并模拟运行预设的时长后筛选满足预设边界条件的方案，并对各个方案进行性能评估，从而获得最优的海上风电储能容量配置的优化方案，最后根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置。通过上述过程，该优化方法能够为海上风力发电区域配置能量密度大、布局灵活的电化学储能，基于更加精细的风电出力特性研究，对电化学储能进行科学、合理地定容、优化，增强风电出力- 负荷匹配性，并平滑波动性出力，从而提升了海上风电储能容量配置的准确性、实用性和自适应性。
具体实施例二
除上述方法外，本发明还提供了一种海上风电储能容量配置的优化装置1。图4示出了根据本发明的一种海上风电储能容量配置的优化装置的一个实施例的结构图，如图所示，所述优化装置1包括：计算获取模块11、条件设置模块12、分析判断模块13、模拟运行模块14以及选择配置模块15。
其中，计算获取模块11用于获取年度风电数据以及电网拓扑数据；其中，所述年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值。
条件设置模块12用于根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件。所述边界条件包括建设边界条件和输出边界条件。其中，预设的建设约束条件可以是根据场地条件限定的海上风电区域的最大建设规模决定的风力发电能力的上限，也可以是其他受海上风电区域的建设限制条件影响的参数。
分析判断模块13用于根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略。
分析判断模块13还包括计算单元131、分类单元132以及判断单元133。
其中，计算单元131用于根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率。
分类单元132用于根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合。
判断单元133用于当日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，判断日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；当日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，判断日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；当风电高出力时刻集合落入谷期负荷时刻集合区间时，判断风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；当风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，判断风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；当自然日不符合上述任一种情况时，判断自然日的风电出力特性为不规则出力。
模拟运行模块14用于控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系。其中，所述多个储能容量配置方案是根据储能容量和多个所述储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量(例如风电容量分别为0％、5％、 10％、15％……50％)。每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标。
选择配置模块15用于根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
当需要对海上风电储能容量进行优化配置时，先通过计算获取模块11获取年度风电数据以及电网拓扑数据，并将年度风电数据以及电网拓扑数据发送给条件设置模块12和分析判断模块13；条件设置模块12在接收到上述数据后，根据上述数据和预设的建设约束条件来设定建设边界条件和输出边界条件，并将建设边界条件和输出边界条件发送给选择配置模块15；分析判断模块13在接收到年度风电数据后，计算单元131根据该年度风电数据计算得出每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率，分类单元132根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合，判断单元133则根据上述数据以及预设的特性判断方法来判断每个自然日下的风电出力特性，随后，分析判断模块13根据各个自然日的风电出力特性分别针对各个自然日执行相应的储能运行优化策略；模拟运行模块14在分析判断模块13对各个自然日执行相应的储能运行优化策略后，控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长(例如，可以是全年8760小时)，在模拟运行后获取多个储能容量方案各自的运行指标体系，并将多个储能容量方案各自的运行指标体系发送给选择配置模块15；选择配置模块15根据接收到的多个运行指标体系和边界条件，从多个运行指标体系中筛选出满足边界条件的一个或多个运行指标体系，若仅一个运行指标体系满足边界条件，则将该运行指标体系对应的储能容量配置方案作为海上风电储能容量配置的优化方案，并根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置；若有多个运行指标体系满足边界条件，则随后综合评估运行指标体系满足边界条件的程度，根据各个运行指标体系满足边界条件的程度，从多个运行指标体系中筛选出储能容量配置性能最优的运行指标体系，将该运行指标体系对应的储能容量配置方案作为海上风电储能容量配置的优化方案，并根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置。
本实施例提供了一种海上风电储能容量配置的优化装置，该优化装置通过分析每个自然日的风力出电特性，根据风电处理特性执行相应的储能运行优化策略并模拟运行预设的时长后筛选满足预设边界条件的方案，并对各个方案进行性能评估，从而获得最优的海上风电储能容量配置的优化方案，最后根据该优化方案对海上风电储能容量进行配置。通过上述过程，该优化装置能够为海上风力发电区域配置能量密度大、布局灵活的电化学储能，基于更加精细的风电出力特性研究，对电化学储能进行科学、合理地定容、优化，增强风电出力- 负荷匹配性，并平滑波动性出力，从而提升了海上风电储能容量配置的准确性、实用性和自适应性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，包括：
获取年度风电数据以及电网拓扑数据；其中，所述年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值；
根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件；所述边界条件包括建设边界条件和输出边界条件；
根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略；
控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系；其中，所述多个储能容量配置方案是根据储能容量和多个所述储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量；每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标；
根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
2.根据权利要求1所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法判断每个自然日下的风电出力特性，具体为：
根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率；
根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合；
当所述日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，所述日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；
当所述日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，所述日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；
当所述风电高出力时刻集合落入所述谷期负荷时刻集合区间时，所述风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；
当所述风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，所述风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；
当自然日不符合上述任一种情况时，所述自然日的风电出力特性为不规则出力。
3.根据权利要求2所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合，具体为：
根据所述年度负荷曲线获取每个自然日中每一时刻的负荷率，并根据所述年度风电出力曲线获取每个自然日中每一时刻的当日内出力率；
当所述负荷率低于预设的第一最低判断值时，将所述负荷率对应的第一时刻录入谷期负荷时刻集合；
当所述负荷率高于预设的第一最高判断值时，将所述负荷率对应的第二时刻录入高峰负荷时刻集合；
判断所述日最高风电出力率是否大于预设的第二最低判断值；
若是，则计算所述日最高风电出力率对应的自然日内的每一时刻的当日内出力率，并判断所述当日内出力率是否高于预设的第三最高判断值，以及所述当日内出力率是否低于预设的第三最低判断值；
如果所述当日内出力率高于预设的第三最高判断值，则将所述当日内出力率对应的第三时刻录入风电高出力时刻集合；
如果所述当日内出力率低于预设的第三最低判断值，则将所述当日内出力率对应的第四时刻录入风电低出力时刻集合。
4.根据权利要求3所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略，具体为：
当第一自然日的风电出力特性为全日低出力时，使得海上风力发电区在所述第二时刻进行充电，并在第一时刻进行放电；
当第二自然日的风电出力特性为全日高出力时，使得海上风力发电区在第二自然日不进行充电或放电；
当第三自然日的风电出力特性为反调峰时，使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案；
当第四自然日的风电出力特性为正调峰或不规则出力时，使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案。
5.根据权利要求4所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述使得海上风力发电区在第三自然日采用第一储能方案，具体为：
实时获取所述第三自然日的各个时刻的当日内出力率与负荷率的第一差值，并根据所述当日内出力率、所述负荷率以及所述第一差值计算各个时刻的充电权重和放电权重；
根据所述充电权重、所述放电权重、预设的第一储能功率及容量，实时计算第一充电量和第一放电量；
使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第一充电量进行充电，或根据相应的第一放电量进行放电。
6.根据权利要求5所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述使得海上风力发电区在第四自然日采用第二储能方案，具体为：
根据平滑风电场的风电出力水平计算所述第四自然日的平均风电出力率；
计算所述第四自然日的各个时刻的当日内出力率与平均风电出力率的第二差值，并将所述第二差值作为储能充电权重和储能放电权重；
根据所述储能充电权重、所述储能放电权重、预设的第二储能功率及容量，实时计算第二充电量和第二放电量；
使海上风力发电区在各个时刻根据相应的第二充电量进行充电，或根据相应的第二放电量进行放电。
7.根据权利要求6所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件，具体为：
根据所述电网拓扑数据对所述海上风力发电区进行安全稳定校验，判断所述海上风力发电区是否满足预设的安全标准；
若不满足，则计算海上风电的最大允许出力值，并根据所述最大允许出力值设置输出边界条件；
若满足，则根据预设的建设约束条件以及所述年度风电数据设置建设边界条件。
8.根据权利要求7所述的海上风电储能容量配置的优化方法，其特征在于，所述根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，具体为：
判断每个储能容量配置方案是否满足所述边界条件，并筛选出满足边界条件的第一储能容量配置方案；
若筛选出多个第一储能容量配置方案，则根据多个第一储能容量配置方案各自的运行指标体系，从所述多个第一储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置优化方案。
9.一种海上风电储能容量配置的优化装置，其特征在于，所述优化装置包括：计算获取模块、条件设置模块、分析判断模块、模拟运行模块以及选择配置模块，其中，
所述计算获取模块用于获取年度风电数据以及电网拓扑数据；其中，所述年度风电数据包括海上风力发电区的年度风速曲线、年度负荷曲线以及年度风电出力数据，所述年度风电出力数据由所述年度风电数据计算获得；所述年度风电出力数据包括一年内每一时刻的风电出力值；
所述条件设置模块用于根据预设的建设约束条件、所述电网拓扑数据以及所述年度风电数据，设定边界条件；所述边界条件包括建设边界条件和输出边界条件；
所述分析判断模块用于根据所述年度风电数据以及预设的特性判断方法，判断每个自然日下的风电出力特性，并根据所述每个自然日的风电出力特性分别执行相应的储能运行优化策略；
所述模拟运行模块用于控制多个储能容量配置方案模拟运行预设的时长后，获取所述多个储能容量配置方案对应的多个运行指标体系；其中，所述多个储能容量配置方案是根据储能容量和多个所述储能运行优化策略而生成，且各储能容量配置方案各自对应不同比例的风电容量；每个所述运行指标体系中的运行指标包括反调峰系数、保证出力率、尖峰出力率、尖峰出力占比率以及边际改善指标；
所述选择配置模块用于根据所述边界条件以及所述多个运行指标体系，从所述多个储能容量配置方案中筛选出海上风电储能容量配置的优化方案，并根据所述优化方案对海上风电储能容量进行配置。
10.根据权利要求9所述的海上风电储能容量配置的优化装置，其特征在于，所述分析判断模块包括计算单元、分类单元以及判断单元，其中：
所述计算单元用于根据所述年度风电出力数据，获取每个自然日的日最高风电出力率和日最低风电出力率；
所述分类单元用于根据预设的峰谷时刻划分方法、所述每个自然日的日最高风电出力率、所述年度风电出力曲线和所述年度负荷曲线，从而获取每个自然日的谷期负荷时刻集合、高峰负荷时刻集合、风电高出力时刻集合以及风电低出力时刻集合；
所述判断单元用于：
当所述日最高风电出力率小于预设的第二最低判断值时，判断所述日最高风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日低出力；
当所述日最低风电出力率大于预设的第二最高判断值时，判断所述日最低风电出力率对应的自然日的风电出力特性为全日高出力；
当所述风电高出力时刻集合落入所述谷期负荷时刻集合区间时，判断所述风电高出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为反调峰；
当所述风电低出力时刻集合落入所述高峰负荷时刻集合区间时，判断所述风电低出力时刻集合对应的自然日的风电出力特性为正调峰；
当自然日不符合上述任一种情况时，判断所述自然日的风电出力特性为不规则出力。
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