CN113285483A - 基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法 - Google Patents

基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，计算一个时段内光伏出力与输电通道剩余容量，计算水电可调出力，得到在不调节情况下的光伏吸纳1及最大水电调节下的光伏吸纳2，进行光伏消纳率计算。本发明利用水电站的日调节性能，以保持水电一日发电量不变为原则，通过对水电站一日之内的逐时出力过程进行调整，利用通道尽可能多的吸纳光伏。计算得到的结果稳定有效，可以作为水光互补清洁能源基地建设设计规模的有效参考。

Description

基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法
技术领域
本发明涉及一种清洁能源基地水电与光伏规模。
背景技术
利用水能、风能、太阳能已成为全球实施经济社会和能源可持续发展的重要选择。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，我国能源需求将进一步增加。
我国西部地区水能资源丰富，地理条件优越，适合流域梯级水电的开发建设。同时，我国西部地区太阳能资源丰富，依托大型水电外送通道以及水电调节，可以实现广域光伏集群的高比例消纳，促进清洁能源的高效利用。西藏自治区水能和太阳能资源丰富，技术可开发量分别约1.7亿kW和3.2亿kW，均居全国首位。特别是藏东南的金沙江上游、澜沧江上游、怒江上游和雅鲁藏布江下游河段水能资源富集，技术可开发量近1亿kW。
水光互补光伏消纳率是研究水光互补清洁能源基地水电与光伏规模协同合理配置的基础，目前对水光互补光伏消纳率计算方法的研究较少，主要是以调度期调峰能力最大、水光互补系统出力与发电计划最小、水光互补出力最大为指标进行研究。一些学者(钱梓锋、李庚银、安源、丁航、王颂凯、王浩.龙羊峡水光互补的日优化调度研究[J].电网与清洁能源，2016，32(4):69-74.)以负荷髙峰时段总出力最大为目标，提出了一种水光互补模拟优化方法。该方法虽提高了系统的调峰能力，但是该方法较为简单，计算结果具有随机性和不确定性，难以得的出比较准确合理的光伏消纳率。基于此，有必要提出一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法。
发明内容
本发明目的：本发明提供了一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，目的是利用水电站的日调节性能，保持水电一日发电量不变为原则，通过对水电站一日之内的逐时出力过程进行调整，利用通道尽可能多的吸纳光伏，进行光伏消纳率计算。
本发明的技术方案是：
一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，包括：
步骤A，获得典型气象年光伏逐时平均出力过程，获得梯级水电站逐日平均出力和机组预想出力，获得输电通道最大输电容量；获得梯级水电站基荷出力；
步骤B，计算一个时段内光伏出力与输电通道剩余容量，若光伏出力小于输电通道剩余容量则该时段光伏吸纳1等于光伏出力，若光伏出力大于输电通道剩余容量则计算差值得到光伏需调出力，此时光伏吸纳1等于输电通道剩余容量，进入步骤C；
步骤C，计算水电可调出力，水电可调出力为可调时段梯级水电容量余度与输电通道容量余度中较小的值，若光伏需调出力小于等于水电可调出力则光伏吸纳2等于光伏需调出力，若光伏需调出力大于水电可调出力则光伏吸纳2等于水电可调出力；
步骤D，计算光伏消纳率，光伏消纳率＝(光伏吸纳1+光伏吸纳2)/光伏出力。
所述计算时段为1h。
以水电日平均出力作为时平均出力Ni。
采用典型气象年365日8760小时逐时光伏平均出力计算计算光伏日发电量、光伏发月电量及光伏年发电量，
Figure BDA0003133393270000021
式中：GNi为光伏日内第i小时平均出力；Gd为光伏日发电量，为光伏日内24小时逐时平均出力合计；Gm为光伏月发电量，为光伏月内逐日发电量合计；Gy为光伏年发电量，为12月光伏发电量合计。
步骤B中：每个时段的输电通道剩余容量TDsi＝TD-Ni，TD为基地的外送通道最大输电容量；Ni为第i时段的梯级时均出力，以梯级日平均出力作为梯级时均出力。
每日的光伏吸纳1记为GX1，每日的光伏吸纳电量GXd＝GX1+GX2，
Figure BDA0003133393270000026
Figure BDA0003133393270000023
式中：GX1i是当前日第i时段的光伏消纳，GX1是当日利用剩余通道总的光伏消纳。
Figure BDA0003133393270000024
Figure BDA0003133393270000025
式中：GX2i是第i时段的光伏消纳，GX2是当日总的剩余光伏消纳2。
第i时段的可调的梯级水电出力KTi＝min[Niy-Ni，TD-(GNi+Ni)]，Niy为可调时段的梯级电站预想出力，Ni为同时段的梯级水电出力，,TD为输电通道最大容量，GNi为同时段的光伏出力。
每日需调节的光伏出力总值等于在需调时段的剩余光伏合计：
Figure BDA0003133393270000031
Figure BDA0003133393270000032
式中：XTi是第i时段的需调节的光伏出力，T1为需调时段；XT是需调节的光伏总出力，GSi为第i时刻剩余光伏出力GSi＝GNi-GX1i，NJ为水电基荷出力，
Figure BDA0003133393270000033
(M为水电站个数)。
计算月光伏吸纳电量GXm和年光伏吸纳电量GXy，
Figure BDA0003133393270000034
Figure BDA0003133393270000035
月光伏消纳率α＝GXm/Gm，年光伏消纳率β＝GXy/Gy。
本发明的有益效果是：以水电一日发电量不变为原则，通过对水电站一日之内的逐时出力过程进行调整，利用通道尽可能多的吸纳光伏，进行光伏消纳率计算。计算得到的结果稳定有效，可以作为水光互补清洁能源基地建设设计规模的有效参考。
本计算方法可用于计算机计算，考虑到进行计算机编程语言的逻辑性，将光伏吸纳分为不调节水电时的光伏吸纳1和调节水电后的光伏吸纳2，首先判断剩余通道是否满足光伏吸纳的要求，若满足则仅需要计算光伏吸纳1，若如果剩余通道不足时再计算光伏吸纳2，以节省计算机算力。
附图说明
图1为水电可调等于水电需调图。
图2为水电可调大于水电需调图。
图3为水电可调小于水电需调图。
具体实施方式
本计算方法包括：
步骤A，获得典型气象年光伏逐时平均出力过程，获得梯级水电站逐日平均出力和机组预想出力，获得输电通道最大输电容量；获得梯级水电站基荷出力；
计算时段为1h。
以水电日平均出力作为时平均出力Ni。
采用典型气象年365日8760小时逐时光伏平均出力计算计算光伏日发电量、光伏发月电量及光伏年发电量：
Figure BDA0003133393270000041
式中：GNi为光伏日内第i小时平均出力；Gd为光伏日发电量，为光伏日内24小时逐时平均出力合计；Gm为光伏月发电量，为光伏月内逐日发电量合计；Gy为光伏年发电量，为12月光伏发电量合计。
步骤B，计算一个时段内光伏出力与输电通道剩余容量，若光伏出力小于输电通道剩余容量则该时段光伏吸纳1等于光伏出力，若光伏出力大于输电通道剩余容量则计算差值得到光伏需调出力进入步骤C。
每个时段的输电通道剩余容量TDsi＝TD-Ni，TD为基地的外送通道最大输电容量；Ni为第i时段的梯级时均出力，以梯级日平均出力作为梯级时均出力。
每日的光伏吸纳1记为GX1，
Figure BDA0003133393270000042
Figure BDA0003133393270000043
式中：GX1i是当前日第i时段的光伏消纳，GX1是当日利用剩余通道总的光伏消纳。
每日需调节的光伏出力总值等于在需调时段的剩余光伏合计：
Figure BDA0003133393270000044
Figure BDA0003133393270000045
式中：XTi是第i时段的需调节的光伏出力，T1为需调时段；XT是需调节的光伏总出力，GSi为第i时刻剩余光伏出力GSi＝GNi-GX1i，NJ为水电基荷出力，
Figure BDA0003133393270000046
(M为水电站个数)。
步骤C，计算水电可调出力，水电可调出力为可调时段梯级水电容量余度与输电通道容量余度中较小的值，若光伏需调出力小于等于水电可调出力则光伏吸纳2等于光伏需调出力，若光伏需调出力大于水电可调出力则光伏吸纳2等于水电可调出力；
第i时段的可调的梯级水电出力KTi＝min[Niy-Ni，TD-(GNi+Ni)]，Niy为可调时段的梯级电站预想出力，Ni为同时段的梯级水电出力，,TD为输电通道最大容量，GNi为同时段的光伏出力。
Figure BDA0003133393270000051
Figure BDA0003133393270000052
式中：GX2i是第i时段的光伏消纳，GX2是当日总的剩余光伏消纳2。
步骤D，计算光伏消纳率，光伏消纳率＝(光伏吸纳1+光伏吸纳2)/光伏出力。
每日的光伏吸纳电量GXd＝GX1+GX2
Figure BDA0003133393270000053
Figure BDA0003133393270000054
月光伏消纳率α＝GXm/Gm，年光伏消纳率β＝GXy/Gy。
实施例1：为能进一步了解本发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明以某水光互补清洁能源基地为例，基地梯级水电站自上而下装机容量及调节性能分别为：第一级150万kW，日调节；第二级260万kW，年调节；第三级72万kW，日调节；第四级210万kW，日调节；第五级40.5万kW，日调节；第六级220万kW，季调节，基地水电梯级总装机容量952.5万kW，基地光伏总规模1000万kW。一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，具体实施步骤如下：
步骤一，获得1000万kW光伏典型气象年光伏365日8760小时逐时平均出力过程；获得梯级水电站365日逐日平均出力、机组预想出力，获得输电通道最大输电容量为1000万kW；获得梯级水电站基荷出力。
步骤二，光伏日发电量、光伏发月电量及光伏年发电量计算。采用典型气象年365日8760小时逐时光伏平均出力计算。
具体包括：
Figure BDA0003133393270000061
式中：GNi为光伏日内第i小时平均出力；Gd为光伏日发电量，为光伏日内24小时逐时平均出力合计。Gm为光伏月发电量，为光伏月内逐日发电量合计。Gy为光伏年发电量，为12月光伏发电量合计。各月发电量及年电量计算结果见表3。
步骤三，日剩余的输电通道容量计算。
具体包括：
基地剩余的输电通道容量等于基地外送通道最大输电容量减去梯级时均出力，以梯级日平均出力作为梯级时均出力，具体包括：
TDsi＝TD-Ni
式中：TDsi为每日第i时段基地剩余的通道容量；TD为基地的外送通道最大输电容量，为1000万kW；Ni为第i时段的梯级时均出力，以梯级日平均出力作为梯级时均出力。
步骤四，日光伏吸纳1计算。
具体包括：
当光伏时均出力小于等于步骤三所述的剩余输电通道容量时，说明当前时段的光伏出力可利用剩余通道完全消纳，当光伏时均出力大于步骤三所述的剩余通道能力时，当前时段吸纳的光伏出力等于剩余的输电通道容量，具体包括：
Figure BDA0003133393270000062
Figure BDA0003133393270000063
式中：GX1i是当前日第i时段的光伏消纳，GX1是当日利用剩余通道总的光伏消纳。
以某日光伏吸纳计算为例说明如下：
梯级水电日平均出力为696.9万kW，水电预想出力为952.5万kW，水电基荷出力为94.5万kW。光伏日电量为7296万kWh，光伏吸纳1计算见下表：
表1 光伏吸纳1计算表
Figure BDA0003133393270000064
Figure BDA0003133393270000071
由上表可计算出剩余通道吸纳的光伏电量GX1为3295.3万kWh。
步骤五，日光伏吸纳2计算。
具体包括：
(1)需调出力计算
剩余的光伏出力，可利用梯级电站的库容调节水电出力过程，通过水库蓄水降低水电出力让出通道吸纳光伏出力，相应的时段称为需要调节的时段，简称需调时段。受水电基荷出力的限制，需调时段水电压低出力应大于等于水电基荷出力，因此，需调节的光伏出力应小于等于当前时段水电出力与基荷出力差值。
需调节的光伏出力总值等于在需调时段的剩余光伏合计，简称需调出力；
Figure BDA0003133393270000072
Figure BDA0003133393270000073
式中：XTi是第i时段的需调节的光伏出力，T1为需调时段；XT是需调节的光伏总出力，GSi为第i时刻剩余光伏出力GSi＝GNi-GX1i，NJ为水电基荷出力，
Figure BDA0003133393270000081
(M为水电站个数)。
(2)可调出力计算
为了增加光伏消纳电量而在需调时段降低的梯级水电出力，需在其余时段加大出力使得一天的水电出力总和不变，保持梯级水电日电量平衡。增加梯级水电出力的时段称为可以调节的时段，简称为可调时段。增加的梯级出力称为水电可调出力。
水电可调出力为可调时段梯级水电容量余度与输电通道容量余度取小值的合计。梯级水电容量余度等于可调时段的梯级电站预想出力减去同时段的梯级水电出力，输电通道容量余度等于可调时段的输电通道最大容量减去同时段的水光时均叠加出力。
Figure BDA0003133393270000082
KTi＝min[Niy-Ni，TD-(GNi+Ni)]
式中：，KT是可调节的梯级水电总出力，KTi是第i时段的可调的梯级水电出力，T2为可调时段，Niy是第i时段的梯级电站预想出力。
(3)光伏吸纳GX2计算
当水电可调出力大于需调时，光伏吸纳GX2＝需调出力
当水电可调出力小于需调时，光伏吸纳GX2＝水电可调出力
Figure BDA0003133393270000083
Figure BDA0003133393270000084
式中：GX2i是第i时段的光伏消纳，GX2是当日总的剩余光伏消纳。
某日光伏吸纳2计算见下表：
表2 光伏吸纳2计算表
Figure BDA0003133393270000085
Figure BDA0003133393270000091
由上表可计算出通过水电调节光伏吸纳的电量GX2为3385.9万kWh。
步骤六，日光伏吸纳电量计算。
具体包括：
GXd＝GX1+GX2
式中，GXd为日光伏吸纳电量。
以某日为例，通过水光日互补计算，当日光伏吸纳电量为6681.2万kWh。
步骤七，月光伏吸纳电量及光伏消纳率计算。
具体包括：
Figure BDA0003133393270000092
式中，GXm为当月光伏吸纳电量，为月内逐日光伏吸纳电量合计。
α＝GXm/Gm
式中，α为月光伏消纳率，为当月光伏吸纳电量与当月光伏发电量的比值。Gm光伏月发电量，根据步骤b得到。
步骤八，年光伏吸纳电量及光伏消纳率计算。
具体包括：
Figure BDA0003133393270000093
式中，GXy为年光伏吸纳电量，为年内12个月光伏吸纳电量合计
β＝GXy/Gy
式中，β为年光伏消纳率，为年光伏吸纳电量与光伏年发电量的比值。Gy为光伏年发电量。
根据步骤八计算得到清洁能源基地平水年各个月份水光日内互补后的光伏消纳率(见表3)。
表3 平水年水光日互补后光伏消纳率
Figure BDA0003133393270000101
由上表可计算出，平水年光伏吸纳率为93.31％。
尽管上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于包括：
步骤A，获得典型气象年光伏逐时平均出力过程，获得梯级水电站逐日平均出力和机组预想出力，获得输电通道最大输电容量；获得梯级水电站基荷出力；
步骤B，计算一个时段内光伏出力与输电通道剩余容量，若光伏出力小于输电通道剩余容量则该时段光伏吸纳1等于光伏出力，若光伏出力大于输电通道剩余容量则计算差值得到光伏需调出力，此时光伏吸纳1等于输电通道剩余容量，进入步骤C；
步骤C，计算水电可调出力，水电可调出力为可调时段梯级水电容量余度与输电通道容量余度中较小的值，若光伏需调出力小于等于水电可调出力则光伏吸纳2等于光伏需调出力，若光伏需调出力大于水电可调出力则光伏吸纳2等于水电可调出力；
步骤D，计算光伏消纳率，光伏消纳率＝(光伏吸纳1+光伏吸纳2)/光伏出力。
2.根据权利要求1所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：所述计算时段为1h。
3.根据权利要求2所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：以水电日平均出力作为时平均出力Ni。
4.根据权利要求3所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：第i时段的可调的梯级水电出力KTi＝min[Niy-Ni，TD-(GNi+Ni)]，Niy为可调时段的梯级电站预想出力，Ni为同时段的梯级水电出力，,TD为输电通道最大容量，GNi为同时段的光伏出力。
5.根据权利要求4所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：采用典型气象年365日8760小时逐时光伏平均出力计算光伏日发电量、光伏发月电量及光伏年发电量，
Figure FDA0003133393260000011
式中：GNi为光伏日内第i小时平均出力；Gd为光伏日发电量，为光伏日内24小时逐时平均出力合计；Gm为光伏月发电量，为光伏月内逐日发电量合计；Gy为光伏年发电量，为12月光伏发电量合计。
6.根据权利要求5所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于步骤B中：每个时段的输电通道剩余容量TDsi＝TD-Ni，TD为基地的外送通道最大输电容量；Ni为第i时段的梯级时均出力，以梯级日平均出力作为梯级时均出力。
7.根据权利要求6所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：每日的光伏吸纳1计算公式为：
Figure FDA0003133393260000021
Figure FDA0003133393260000022
式中：GX1i是当前日第i时段的光伏消纳，GX1是当日利用剩余通道总的光伏消纳。
8.根据权利要求7所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：
每日需调节的光伏出力总值等于在需调时段的剩余光伏合计：
Figure FDA0003133393260000023
Figure FDA0003133393260000024
式中：XTi是第i时段的需调节的光伏出力，T1为需调时段；XT是需调节的光伏总出力，GSi为第i时刻剩余光伏出力GSi＝GNi-GX1i，NJ为水电基荷出力，
Figure FDA0003133393260000025
(M为水电站个数)。
9.根据权利要求8所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：每日的光伏吸纳电量GXd＝GX1+GX2，每日光伏吸纳2记为GX2，
Figure FDA0003133393260000026
Figure FDA0003133393260000027
式中：GX2i是第i时段的光伏消纳，GX2是当日总的剩余光伏消纳。
10.根据权利要求9所述基于清洁能源基地水光日内互补的光伏消纳率计算方法，其特征在于：计算月光伏吸纳电量GXm和年光伏吸纳电量GXy，
Figure FDA0003133393260000028
Figure FDA0003133393260000029
月光伏消纳率α＝GXm/Gm，年光伏消纳率β＝GXy/Gy。
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