CN113285655A - 一种风光互补优化配比方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风光互补优化配比方法，为了改善风电场输出特性，即使风电场输出更加平滑，可以利用风能资源与太阳资源的互补性，为风电场配置一定规模的光伏容量，本发明通过建立风光互补联合供电系统的发电量模型，建立偏向风光联合系统的外特性和对并网系统的冲击性的衡量总有功功率特性的指标，即有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ，采用多目标优化算法对该风光互补供电系统进行优化配比研究，建立对应的风光互补供电系统的优化配比模型并编制计算程序，从而提高供电系统效益，充分利用清洁能源，利于电网接入的目的。
Description
技术领域
本发明涉及新能源多能互补领域，具体涉及一种风光互补优化配比方法。
背景技术
随着可再生能源技术的飞速发展，风、光互补混合发电系统以其经济性和可靠性得到了越来越广泛的应用。由于太阳能与风能的互补性强，风光互补工程将在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，从而降低风光互补工程的造价。
自上世纪八十年代末，国外开始研究风光互补工程。主要研究领域集中在系统模型建立、系统特性分析、系统配置的优化(EftichiosKoutroulis and KostasKalaitzakis2006)、系统计算机仿真计算(Lu Lin 2004)以及实际系统应用等方面。我国在风光互补工程上，研究领域基本与国外相同，但主要处于初级阶段。但如何进行各种风光组合进行配比分析，提高电能质量以及充分利用清洁能源等成为当前迫切需要研究的内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风光互补优化配比方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明针对在风场周边建立光伏电站的情况，通过风光互补优化电能质量，以便更有利于接入电网。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风光互补优化配比方法，包括以下步骤：
步骤1：根据太阳能资源、组件以及逆变器，建立基于光伏组件物理特性、温度以及逆变器的光伏发电数学模型；
步骤2：根据风能资源与太阳能资源分布的互补性，建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型；
步骤3：建立有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ来评价风光互补联合供电系统的发电量模型的优劣并计算最佳配比。
进一步地，具体包括：
步骤a：根据经纬度及时间数据进行太阳能中天文参数的计算；
步骤b：在步骤a的基础上进行光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角的计算；
步骤c：光伏阵列上的总辐射由直射辐射、散射辐射和地面反射辐射数据，进行光伏阵列的最佳倾角的计算；
步骤d：在步骤a、b和c的基础上计算出光伏阵列倾斜面上每小时的太阳辐射；
步骤e：根据全年每日的最低和最高环境温度，计算每天日出到日落每小时的环境温度；
步骤f：在步骤d和e的基础上，计算每天日出到日落每小时的光伏电池温度；
步骤g：根据光伏组件电气参数、光伏系统串并联参数，并在步骤a～f的基础上，模拟考虑太阳辐射和环境温度变化对光伏发电的逐小时出力；
步骤h：根据当地风速数据，计算每小时风力发电的出力；
步骤i：在步骤g和h的基础上，建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型；
步骤j：建立有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ约束指标模型，根据不同风光容量计算不同指标结果，输出符合要求的风光容量互补配比。
进一步地，步骤a中太阳能中天文参数计算包括积日、日角和赤纬角的计算。
进一步地，步骤h的出力计算如下所述：
首先，通过对风速的修正，计算出轮毂高度处的风速；
其次，通过对空气密度的修正，计算出轮毂高度处的空气密度；
最后，结合功率曲线，采用最小二乘法计算出风电机组的发电量。
进一步地，所述约束指标具体为：建立偏向风光联合发电系统的外特性和对并网系统的冲击性的衡量总有功功率特性的指标，即有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ。
进一步地，所述有功功率偏差率是衡量T周期内风光储总输出有功功率Ptotal(t)相对于相应有功功率Pref(t)的偏离程度。
进一步地，所述峰谷斜率总和λ是风光联合发电系统总输出曲线每个仿真步长的功率峰谷斜率绝对值之和。
进一步地，所述风光联合发电系统总输出曲线是将衡量T周期内内风光联合发电系统输出有功功率的离散时间序列相邻值由线段连接形成的折线图。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明从优化电能质量与提高风电场效益的角度出发，研究风能与太阳能的互补，建立光伏发电数学模型及风力发电模型，进而建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型，然后建立有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ来评价风光互补联合供电系统的发电量模型的优劣并计算最佳配比，充分利用风光资源的互补性，建立风光互补的最优匹配方案，提高土地的利用率，对改善当前风电与光伏送出有重大意义。
附图说明
图1为是本发明的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
本发明从优化电能质量与提高风电场效益的角度出发，研究风能与太阳能的互补，建立风光互补的最优匹配方案，对改善当前风电与光伏送出有重大意义，便于寻找更多的新能源资源。
1)根据太阳能资源、组件以及逆变器等，建立了基于光伏组件物理特性、温度以及逆变器的光伏发电数学模型；
2)根据风能资源与太阳能资源分布的互补性，建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型，该研究能为后续风光互补优化配比建立良好基础；
3)从优化电网接入以及提高工程效益的角度出发，建立满足工程需求的偏向风光联合系统的外特性和对并网系统的冲击性的衡量总有功功率特性的指标。该研究能为后续风光互补配比研究提供优化目标。
4)建立基于多目标的风光互补优化配比模型，并编制对应的计算程序。该程序以实际工程为基础，结合光伏组件技术，合理利用当地的风能资源与太阳资源等，并以相关约束指标作为优化目标，对各种风光组合进行配比分析研究并建立相应的模型与计算程序，以达到优化电网接入和提高工程效益的目的。
本发明是通过建立风光互补联合供电系统的发电量模型和约束指标的基础上的风光互补优化配比的计算方法，其流程图如图1所示，该方法主要建立在光伏与风电出力计算的基础上，通过采用一系列评价指标，从而输出最合适的风电与光伏配比比例。包括以下步骤：
a.根据拟规划区域经纬度及时间数据进行太阳能中天文参数的计算(包括积日、日角和赤纬角的计算)；
b.在步骤a的基础上进行光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角的计算；
c.光伏阵列上的总辐射由直射辐射、散射辐射和地面反射辐射数据，进行光伏阵列的最佳倾角的计算；
d.在a、b和c的基础上计算出光伏阵列倾斜面上每小时的太阳辐射；
e.根据全年每日的最低和最高环境温度，计算每天日出到日落每小时的环境温度；
f.在d和e的基础上，计算每天日出到日落每小时的光伏电池温度；
g.根据光伏组件电气参数，光伏系统串并联参数，并在a～f的基础上，模拟考虑太阳辐射和环境温度变化对光伏发电型的每小时出力；
h.根据当地风速数据，计算每小时风力发电的出力；
i.建立偏向风光联合系统的外特性和对并网系统的冲击性的衡量总有功功率特性的指标计算。
j.在g和h的基础上，根据i计算不同风光容量配比下的指标评估结果，输出符合要求的风光容量互补配比结果。
下面结合实施例对本发明实施过程做进一步详细描述：
例如在河北省承德市御道口对已建风电场进行光伏容量配比，分析结论为，在给定风电场容量50MW和风光联合发电系统的期望功率为50MW的条件下，风电场容量与光伏容量比为1:0.86时，有功功率偏差率最小，说明联合发电系统有功出力变得更加平滑，使联合系统的外特性变好，从而对系统的冲击更小；同时也由于光伏电站的加入，使峰谷斜率综合指标增加，说明与不含光伏电站的联合发电系统相比，风光联合发电系统的输出功率急速变化的速度变快。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种风光互补优化配比方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据太阳能资源、组件以及逆变器，建立基于光伏组件物理特性、温度以及逆变器的光伏发电数学模型；
步骤2：根据风能资源与太阳能资源分布的互补性，建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型；
步骤3：建立有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ来评价风光互补联合供电系统的发电量模型的优劣并计算最佳配比。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，具体包括：
步骤a：根据经纬度及时间数据进行太阳能中天文参数的计算；
步骤b：在步骤a的基础上进行光伏阵列倾斜面上日出日落时间及太阳时角的计算；
步骤c：光伏阵列上的总辐射由直射辐射、散射辐射和地面反射辐射数据，进行光伏阵列的最佳倾角的计算；
步骤d：在步骤a、b和c的基础上计算出光伏阵列倾斜面上每小时的太阳辐射；
步骤e：根据全年每日的最低和最高环境温度，计算每天日出到日落每小时的环境温度；
步骤f：在步骤d和e的基础上，计算每天日出到日落每小时的光伏电池温度；
步骤g：根据光伏组件电气参数、光伏系统串并联参数，并在步骤a～f的基础上，模拟考虑太阳辐射和环境温度变化对光伏发电的逐小时出力；
步骤h：根据当地风速数据，计算每小时风力发电的出力；
步骤i：在步骤g和h的基础上，建立典型的风光互补联合供电系统的发电量模型；
步骤j：建立有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ约束指标模型，根据不同风光容量计算不同指标结果，输出符合要求的风光容量互补配比。
3.根据权利要求2所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，步骤a中太阳能中天文参数计算包括积日、日角和赤纬角的计算。
4.根据权利要求2所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，步骤h的出力计算如下所述：
首先，通过对风速的修正，计算出轮毂高度处的风速；
其次，通过对空气密度的修正，计算出轮毂高度处的空气密度；
最后，结合功率曲线，采用最小二乘法计算出风电机组的发电量。
5.根据权利要求2所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，所述约束指标具体为：建立偏向风光联合发电系统的外特性和对并网系统的冲击性的衡量总有功功率特性的指标，即有功功率偏差率以及峰谷斜率总和λ。
6.根据权利要求5所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，所述有功功率偏差率是衡量T周期内风光储总输出有功功率Ptotal(t)相对于相应有功功率Pref(t)的偏离程度。
7.根据权利要求5所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，所述峰谷斜率总和λ是风光联合发电系统总输出曲线每个仿真步长的功率峰谷斜率绝对值之和。
8.根据权利要求7所述的一种风光互补优化配比方法，其特征在于，所述风光联合发电系统总输出曲线是将衡量T周期内内风光联合发电系统输出有功功率的离散时间序列相邻值由线段连接形成的折线图。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210820 |