CN113472011B - 一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统 - Google Patents

一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统，其中，根据灌溉水量需求数据和灌溉电量需求数据分别配置抽水蓄能电站的容量和分布式电源的容量；判断抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据第一判断结果调整分布式电源的容量；根据抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到风光蓄微电网运行的计划功率；采集风光蓄微电网运行的实际功率；采用功率‑电量并行控制策略调整抽水蓄能电站的输出功率来补偿计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到风光蓄微电网补偿后的运行计划；基于补偿后的运行计划进行果树灌溉。本发明中的风光蓄微电网能够满足偏远坡岭地区果树灌溉需求。

Description

一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统
技术领域
本发明涉及微电网容量配置和运行领域，特别是涉及一种满足偏远坡岭地区果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统。
背景技术
近年来，微电网技术和分布式发电技术都有了迅速的发展，由于分布式风电和光伏发电出力都具有较大波动性和间歇性，接入后对电网系统稳定运行产生较大影响，因此需采用储能装置对功率波动进行平抑和调节。小型抽水蓄能电站投资少、建设快、灵活多变，可以最大限度利用风、光、水等各种能源，可以改善偏远地区供电环境。因此，因地制宜建立风光蓄微电网进行供电是解决偏远坡岭地区果树灌溉问题的有效途径。
在此背景下国内外学者对微电网容量配置和实时控制策略进行了广泛的研究。针对坡岭地区果树灌溉问题，现有研究或工程多利用单一分布式电源，较少结合地势和资源条件建设抽水蓄能电站进行调节，较少结合多种分布式电源构建微电网进行提水灌溉；针对微电网的容量配置问题，现有研究多以供电可靠性或系统成本最小等为目标，通过细菌觅食法等多种算法进行求解以获得微电网中储能系统的配置容量，较少结合负荷需求和特点，较少在储能容量和调节能力已知的情况下配置和调整分布式电源装机容量；针对微电网的实时控制策略问题，已有研究大多利用多种储能对微电网联络线日前-实时偏差进行调节和补偿，然而实际中往往因经济原因或环境限制无法采用混合储能，缺少单一储能尤其是小型抽水蓄能电站应用于实时控制的研究。针对上述问题，本发明提出了一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统，通过对风光蓄微电网中各电源进行容量的配置和调整，且对风光蓄微电网的实际运行功率进行补偿，使得风光蓄微电网的运行能够尽可能满足计划要求，从而能够满足偏远坡岭地区果树灌溉需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法，包括：
根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量；
根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到所述风光蓄微电网的运行计划功率；
采集所述风光蓄微电网的运行实际功率；
采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行系统，包括：
抽水蓄能电站容量配置模块，用于根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
分布式电源容量配置模块，用于根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
分布式电源容量调整模块，用于判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量；
计划功率获取模块，用于根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到所述风光蓄微电网的运行计划功率；
实际功率获取模块，用于采集所述风光蓄微电网的运行实际功率；
补偿后的运行计划获取模块，用于采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
灌溉计划执行模块，用于基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明涉及一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统，其中，根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；根据灌溉电量需求数据配置风光蓄微电网中分布式电源的容量；判断抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据第一判断结果调整分布式电源的容量；根据抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到风光蓄微电网运行的计划功率；采集风光蓄微电网运行的实际功率；采用功率-电量并行控制策略调整抽水蓄能电站的输出功率来补偿计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到风光蓄微电网补偿后的运行计划；基于补偿后的运行计划进行果树灌溉。根据本发明中的风光蓄微电网能够满足偏远坡岭地区果树灌溉需求。
另外，本发明中的风光蓄微电网充分利用了当地的风光水自然资源，既能够解决偏远坡岭地区果树灌溉的供电问题，也可以在非灌溉时段将风电和光伏发电所发电量售出到大电网，产生良好的经济性。
风光蓄微电网各电源容量配置方法兼顾了灌溉用水用电负荷的需求和分布式电源出力波动平抑的需求，通过校验和调整形成了闭环，使配置结果更加合理经济。
根据功率-电量并行控制策略利用小型抽水蓄能电站对微电网联络线偏差进行补偿，能够使得微电网运行功率尽可能的接近计划要求，并且也避免微电网联络线功率受到考核产生经济损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法流程图；
图2为本发明实施例1提供的风光蓄微电网运行方法中步骤S3的方法流程图；
图3为本发明实施例1提供的风光蓄微电网运行方法中步骤S32的方法流程图；
图4为本发明实施例1提供的风光蓄微电网运行方法中步骤S4的方法流程图；
图5为本发明实施例1提供的风光蓄微电网运行方法中步骤S6的方法流程图；
图6为本发明实施例1提供的分布式电源容量调整流程图；
图7为本发明实施例1提供的典型多风晴天日风光联合出力与期望出力曲线图；
图8为本发明实施例1提供的利用小型抽水蓄能电站对微电网联络线功率进行调整的控制流程图；
图9为本发明实施例1提供的微电网联络线典型日日前计划功率和控制前后微电网联络线功率变化曲线图；
图10为本发明实施例1提供的微电网日前计划和实际运行情况下蓄水池库容变化曲线；
图11为本发明实施例2提供的一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行系统框图。
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做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。
本发明的目的是提供一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法及系统，通过对风光蓄微电网中各电源进行容量的配置和调整，且对风光蓄微电网的实际运行功率进行补偿，使得风光蓄微电网的运行能够尽可能满足计划要求，从而能够满足偏远坡岭地区果树灌溉需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供了一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法，包括：
步骤S1：根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
其中，步骤S1具体包括：
根据果树单次灌溉水量确定所述抽水蓄能电站中的蓄水池容量；其中，确定蓄水池容量时还可以考虑果树种植面积百分比这一因素；
根据每小时抽水的最大水流量和抽水扬程确定所述抽水蓄能电站中的抽水机组容量；
根据所述抽水机组的额定水流量与所述抽水蓄能电站中的排水发电机组的额定水流量的比值确定排水发电机组的容量。
为了能够准确的配置抽水蓄能电站的容量，对抽水蓄能电站进行容量配置时，需确定抽水蓄能电站中的各组成设备及设备选型，那么就涉及到结合灌溉系统构建小型抽水蓄能电站；
小型抽水蓄能电站构建：
果园所在山坡落差在10m～100m间，在山顶和山脚修建蓄水池分别作为上下水库，蓄水池同时提供灌溉用水，考虑果园面积和单次灌溉水量需求设计蓄水池容量为50m3；将原有灌溉抽水设备作为抽水机组，增加水轮发电机组作为排水发电机组，构成具有灌溉功能的小型抽水蓄能电站。抽水蓄能电站主要结构为蓄水池(上水库、下水库)、抽水蓄能机组和排水发电机组，灌溉系统的灌溉蓄水池作为电站上水库、抽水灌溉设备作为抽水蓄能机组。
抽水蓄能电站中的各设备选型方法：
扬程和水流量参数是抽水和排水水泵选型决定因素，扬程一般要用放大5％～10％富余量后的扬程来选型，水流量指流过机组的最大水流量，一般为正常水流量的1.1倍。基于制定的灌溉制度计算每小时需要抽水和灌溉的最大水流量，将坡岭地区山顶山脚高差作为抽排水扬程，果树高度作为扬水器扬程，按选型图完成抽水泵、水轮机和扬水器的选型，按转速比和功率对抽水泵和扬水器配套的电动机及水轮机配套发电机进行选型。
按水量对小型抽水蓄能电站进行容量配置：以每小时最大水流量和扬程为主要参数对抽水蓄能机组(灌溉设备)进行选型；以次灌溉水量为主要参数设计蓄水池容量；按抽水蓄能电站整体效率为0.75对水轮发电机进行配置，即抽水泵额定水流量与水轮发电机额定水流量的比值为0.75，完成抽水蓄能电站容量配置。
需要说明的是，本实施例中可以选用的小型抽水蓄能电站，因为小型抽水蓄能电站具有灵活多变的优点，充分利用原有灌溉系统设备结合地势优势建设小型抽水蓄能电站，可以提高设备利用率、减少初始投资。
步骤S2：根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
步骤S2具体包括：
收集若干年所述分布式电源的的发电数据，并结合所述分布式电源的折减因素，确定所述分布式电源的年平均发电利用小时数；
根据所述年平均发电利用小时数和所述灌溉电量需求数据配置所述分布式电源的容量。
其中，利用偏远坡岭地区的丰富自然资源建设分布式风力发电和分布式光伏发电。风能和太阳能在时间上具有互补性，发电量分别应满足灌溉电量需求。收集当地预设年数内分布式电源的年发电利用小时数并取平均，按灌溉用电量和分布式电源年平均利用小时数完成风力发电和光伏发电的容量配置。
本实施例中，上述的灌溉水量需求数据和灌溉电量需求数据根据合理的灌溉制度确定的，其中，通过数据收集，确定果树类型、种植区域和面积，收集当地预设年数内气候信息(气温、湿度、雨量、日照等)和土壤信息(温湿度、营养成分等)，制定灌溉制度，得到果园盛果期内一年的灌溉次数、灌溉周期、灌溉定额、灌溉时段和次灌溉量，以计算当地果园的水量需求；以地势最大高差作为抽水扬程，结合最大小时抽水水流量和最大扬水水流量进行扬水器和抽水泵选型，扬水器和抽水泵是主要灌溉用电设备，并根据二者的工作时长计算果园的电量需求。
步骤S3：判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量；
如图2所示，步骤S3具体包括：
步骤S31：获取所述分布式电源的输出功率历史采样数据；
一般是选取分布式电源输出功率典型历史采样数据：多风日风电出力波动最大，晴天日光伏发电出力波动最大，选取这两类典型日的电源出力作为基础进行采样，为避免频域混叠，典型数据采样频率应大于或等于2Hz。
步骤S32：根据所述输出功率历史采样数据计算所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值(满足平抑要求的容量)；
如图3所示，步骤S32具体包括：
步骤S301：对所述输出功率历史采样数据进行离散傅里叶变换(DFT)，得到频域输出功率数据；所述频域输出功率数据包括功率幅值序列和频率序列；
Figure BDA0003147724890000071
式中：Xw为功率幅值序列；fw为对应的频率序列；fw[n]为频率序列中第n个频率；Xw[n]为第n个频率对应的幅值；N为样本采样总数。
步骤S302：确定截止频率fL的数值；
步骤S303：截取频率小于所述截止频率的所述功率幅值序列，得到截取后的功率幅值序列；
功率幅值序列Xw关于离散傅里叶变换的最高分辨频率fN对称，因此截止频率fL截取的功率幅值序列XL为：
XL＝[XL[1],…,XL[nL],0,…,0,XL[N-nL]…,XL[N]]T
式中：XL[nL]为截止频率对应的幅值。
步骤S304：对所述截取后的功率幅值序列进行离散傅里叶逆变换(IDFT)，得到平滑功率输出值序列；
步骤S305：根据波动率指标要求判断所述平滑功率输出值序列是否满足功率波动要求，得到第三判断结果；
波动率指标公式为：
Figure BDA0003147724890000081
式中：Fpr为时间段内功率波动率；
Figure BDA0003147724890000083
为时间段内允许的功率波动率最大值；Pe为分布式电源输出的额定功率，kW；Pmaxt、Pmint分别为时间段内的最大输出功率和最小输出功率，kW。时间段内功率波动率Fpr根据时间段内平滑功率输出值序列值计算得出。
步骤S306：当所述第三判断结果为是时，则所述平滑功率输出值序列为所述分布式电源的功率期望输出值序列Pc；
当所述第三判断结果为否时，则重新确定所述截止频率，返回步骤S303；
步骤S307：根据所述功率期望输出值序列和所述输出功率历史采样数据Pw确定控制功率Pb；
控制功率＝功率期望输出值序列减去输出功率历史采样数据。
步骤S308：对所述控制功率进行离散傅里叶变换(DFT)，并根据帕塞瓦尔定理计算所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值。
帕塞瓦尔定理公式为：
Figure BDA0003147724890000082
式中：Y(f)为控制功率频谱中频率f对应的功率幅值；P(f1,f2)为频率范围[f1,f2]内的储能控制容量类型的功率值(即抽水蓄能电站的功率补偿需求值)，kW。
步骤S33：判断所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值是否大于所述抽水蓄能电站的容量，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果为是时，则所述抽水蓄能电站的容量不满足风电和光伏发电平抑要求，调整所述分布式电源的容量，得到调整后的分布式电源容量；
当所述第二判断结果为否时，所述抽水蓄能电站的容量满足风电和光伏发电平抑要求，不调整所述分布式电源的容量。
步骤S4：根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到风光蓄微电网运行的计划功率；
如图4所示，步骤S4具体包括：
步骤S41：根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量建立风光蓄微电网全生命周期运行模型(风光蓄微电网日前调度模型)；
步骤S42：基于所述风光蓄微电网全生命周期运行模型，以并网运行成本最小为目标，引入灌溉约束条件，制定风光蓄微电网日前运行计划；
可以将1天分为96个时段，在满足灌溉负荷需求的前提下，以并网运行成本最小为目标，取15min为一个调度时段，通过协调优化微电网内各设备的出力情况，为风光蓄微电网建制定风光蓄微电网日前运行计划。以并网运行成本最小为目标可以是根据微电网中联络线购售电电量和价格情况制定目标函数；灌溉约束条件可以指微电网功率平衡约束、蓄水池库容平衡约束、灌溉量和灌溉时段约束及各设备功率和流量上下限约束。
步骤S43：基于所述风光蓄微电网日前运行计划得到所述风光蓄微电网运行的计划功率。
步骤S5：采集所述风光蓄微电网运行的实际功率；
步骤S6：采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
如图5所示，步骤S6具体包括：
步骤S61：采集所述风光蓄微电网运行的实际上网电量；
步骤S62：根据所述实际上网电量和计划上网电量计算上网偏差电量；
每15min对偏差电量进行一次考核，全天共96个考核点k＝1,2,…,96，日发电计划曲线第k个间隔的计划上网电量Wok是第k-1点计划上网出力Pok-1与第k点计划上网出力P0k的连线在15min内的积分，公式如下：
Wok＝(Pok-1+P0k)/2×15/60；
上网偏差电量＝实际上网电量和计划上网电量差值。
步骤S63：根据预设时间段内所述上网偏差电量的累积值和所述功率偏差值将所述风光蓄微电网的控制区分为死区、正常调节区和紧急控制区；
步骤S63具体包括：
所述死区的范围为：0≤|PE|≤PED；PED按最大功率偏差的4％考虑；
所述正常调节区的范围为：|PE|≥PED&∑W≤WE；WE按上网偏差电量的累积值的5％考虑；
所述紧急控制区的范围为：|PE|≥PED&∑W＞WE；
其中，PE表示功率偏差值；PED表示功率偏差值阈值；WE表示上网偏差电量的累积值的阈值；∑W为未经调整前的上网偏差电量的累积值。
步骤S64：分别计算所述死区、所述正常调节区和所述紧急控制区的所述抽水蓄能电站的功率调节量；
抽水蓄能电站的功率调节量+微电网联络线原始功率＝微电网联络线实际功率，使实际功率接近计划功率值；
死区范围内不进行调节，不下发控制指令；
正常调节区内采用PI控制对上网偏差电量进行补偿(采用PI控制计算补偿偏差所需抽水蓄能电站出力)，并对抽水蓄能电站的调节次数进行限制；
紧急调节区内，取消正常调节区内对两个时刻间储能出力偏差的限制，抽水蓄能电站进行无差调节。
步骤S65：根据所述功率调节量调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划。
在得到风光蓄微电网补偿后的运行计划，可以对补偿后的运行计划进行评估，从而判断该补偿后的运行计划的优劣。即得到：
选取均方根误差RMSE与最大预测误差δmax作为衡量所述风光蓄微电网联络线功率预测误差的标准；
其中，
Figure BDA0003147724890000111
δmax＝max|PAi-PFi|
式中：PAi为i时刻采样点的实际功率，kW；PFi为i时刻的计划功率，kW；Cap为开机总容量；m为采样总数。
步骤S7：基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
本实施例中，利用偏远坡岭地区的风能、太阳能和水能资源，结合偏远坡岭地区果园灌溉特点，利用灌溉水利设施和地势高差建设小型抽水蓄能电站，分析灌溉系统、分布式风电、分布式光伏发电和抽水蓄能电站的融合机理，构建风光蓄多能互补微电网。利用“按需分配”的方法配置微电网中各电源的容量，采用频谱分析法对配置结果进行校验和调整；建立微电网全生命周期运行模型，在并网最小成本目标下进行日前调度优化；基于功率-电量并行的控制策略，对抽水蓄能电站功率进行调节以调节微电网联络线功率，从而减小微电网实时运行与日前计划的偏差，使得微电网运行能够尽可能接近计划要求，满足偏远坡岭地区果树灌溉需求。
为了使本领域技术人员能够更清楚的理解本发明的微电网运行方法，下面选取广西桂北地区某地柑橘果园灌溉数据和气候数据进行仿真分析，说明满足偏远坡岭地区果树灌溉需求的风光蓄微电网容量配置与运行方法：
(一)制定坡岭地区果园灌溉制度，包括：采用CROPWAT软件获取准确的果树需水量；
(1)在CROPWAT的配套软件CLIMWAT中输入待分析地区的经纬度坐标[25.394°N，110.414°E]，生成气候文件，导入至CROPWAT8.0，即获取到该地的气候环境信息，选择果树类型为柑橘、土壤类型为红壤土，设定作物灌溉面积为50亩、果树种植时间为3年，即可得到柑橘果园各旬、各月平均需水量。柑橘果树各阶段水量需求如下表1所示：
表1：柑橘果树各阶段水量需求数据
Figure BDA0003147724890000121
注：表中水量相关单位均为mm；
(2)根据灌溉量和实际情况制定灌溉制度，制定灌溉制度用以确定灌溉次数、次灌溉时段、灌溉定额、灌溉周期和系统设计灌溉流量。按作物生长发育阶段和需水情况每隔一段周期需灌溉一次，每次在一天内的特定时间段内必须完成：夏季农作物需水量大，中午农作物蒸腾作用强，不宜浇水，适宜在上午10:00以前和下午16:00以后灌溉；冬季农作物需水量少，早晚温度较低不宜浇水，适合在10:00-15:00之间灌溉。柑橘果园灌溉制度如下表2所示：
表2：柑橘果园灌溉制度
Figure BDA0003147724890000122
(3)经计算，柑橘果园园灌溉系统全年用水量为7121m3，全年用电量为5784.7kWh。
(二)根据水量和电量需求配置抽水蓄能电站容量和风电、光伏发电容量，具体为：
(1)根据水量需求配置抽水蓄能电站：果园全年次灌溉量最大不超过80m3，综合占地面积、建设成本和水流量情况，山顶蓄水池库容设为50m3。根据最大水流量和扬程对水泵选型，抽水泵将水从山脚抽至山顶蓄水池，扬程大，考虑到管道损失等，应在山坡最高落差以上；扬水器将水从山顶蓄水池分配到植株，主要起加压的作用，扬程小，水流量大；排水泵作为抽水蓄能电站的水轮发电机，水流量大于抽水泵，小于扬水器。水泵选型结果见表3，抽水蓄能电站抽水和排水额定功率均为11kW。
表3：抽水蓄能电站中各水泵选型结果
类型 型号 额定扬程(m) 额定流量(m<sup>3</sup>/h) 额定功率(kW)
扬水器 2ZDK20 17 19 1.5
抽水泵 D型多级 115 15 11
水轮机 / 20 17 11
(2)根据电量需求配置风电和光伏电站：该地历年风电年利用小时数约为2000h，光伏利用小时数约为1500h，考虑到折减因素等影响，风机年等效满负荷小时数修正为1000h，光伏年等效满负荷小时数修正为900h。根据用电量情况对风电和光伏容量进行配置，要满足山地果园灌溉用电负荷，需配置额定功率为5.8kW的风电机组和额定功率为6.5kW的光伏发电阵列。
(三)验证所配置抽水蓄能电站容量能否满足分布式电源平抑需求，容量配置校验流程参照图6。具体为：
(1)选取典型日的风电和光伏出力数据进行仿真，数据采样间隔为1min，全天共1440个采样点，对样本数据进行离散傅里叶变换(IDFT)，得到样本数据频域特征，以5min内的功率波动率不大于10％为标准，通过频谱分析法获取对应的风电和光伏期望出力值。风电和光伏联合出力的实际功率和期望功率参照图7。
(2)基于控制功率频谱分析结果，利用帕赛瓦尔定理确定抽水蓄能电站功率补偿需求值。当5min功率波动率要求小于10％时，风电和光伏分别需要约装机容量30％的抽水蓄能进行调节，抽水蓄能电站抽水容量最大需求为5.3kWh，排水发电容量最大需求为2.56kWh。抽水蓄能电站的抽水泵和发电机装机分别均为11kW，可以满足分布式电源的平抑需求。容量配置结果如表4。
表4：抽水蓄能电站和调整后的风电和光伏容量配置结果
类型 功率/kW 流量/(m<sup>3</sup>/h)
风力发电 5.8 /
光伏阵列 6.5 /
抽水蓄能电机发电工况 11 17
抽水蓄能电机抽水工况 11 15
灌溉扬水器 1.5 19
(四)建立日前调度模型，本方案取15min作为一个调度时段，相关时段用“时段t”表示，t＝1,2,3,…T，T＝96。在满足灌溉负荷需求的前提下，以并网运行成本最小为目标，调用Gurobi求解器对模型进行求解。以并网运行成本最小为目标时，考虑联络线购售电电量和价格情况即可，目标函数如下：
Figure BDA0003147724890000141
式中：
Figure BDA0003147724890000142
为微电网时段向大电网的购/售电价，元/kWh，定义Crl＞0时，为购电价，反之则为售电价，购电电价一般要高于售电电价；
Figure BDA0003147724890000143
为联络线在时段的交换功率，kW；定义
Figure BDA0003147724890000144
时，为外电网向微电网系统供电，反之，微电网向外电网售电。
(五)根据控制策略调整抽水蓄能电站输出功率，使微电网联络线功率与计划功率的偏差在正常范围内，对日前调度下的实时运行情况进行仿真分析。控制策略流程参照图8。具体为：
(1)制定考核标准，均方根误差够很好地反映出计划值与实际值的偏差程度，本方案选取均方根误差RMSE与最大预测误差作为衡量微电网联络线功率预测误差的标准，其定义为：
Figure BDA0003147724890000145
δmax＝max|PAi-PFi|
式中：PAi为时刻采样点的实际功率，kW；PFi为时刻的计划功率，kW；Cap为开机总容量；m为采样总数。
微电网联络线功率控制目标设为一天内均方根误差不超过20％，最大预测误差不超过25％。根据计划出力曲线和实际出力曲线计算每个时段的计划电量与实际电量之差，允许其不超过计划值的5％。
(2)间隔1min对微电网联络线实际功率进行采集，得到其与日前调度计划功率产生的偏差，根据功率偏差的绝对值大小和累积偏差电量将储能系统控制区域划分为死区、正常调节区和紧急控制区，功率偏差区分阈值PED按最大功率偏差的4％考虑。累积偏差电量区分阈值WE按计划电量的5％考虑。
(3)对未控制前的微电网联络线功率偏差电量进行考核，有92个点不符合要求，总计有24.999kWh电量需要接受惩罚，若偏差电量按照购入电价的2倍标准进行考核，农业生产用电购入电价为0.3111元/kWh，则微电网在一天内需要承担的考核电费为15.555元。
按控制策略调整抽水蓄能电站功率，利用小型抽水蓄能电站对微电网联络线偏差进行调节。原始微电网联络线功率曲线与计划曲线偏差波动幅度非常大，经抽水蓄能电站调节平抑后，偏差均在0.35kW以内缓慢变化，能够很好地匹配计划功率，实现了控制策略的目标。其实际功率、计划功率和控制后功率对比参照图9。
(4)对控制策略结果进行校验。控制前后指标如表5所示，所有指标均由控制前的不合格“坏情况”转为合格的“好情况”。
表5：风光蓄微电网运行补偿前后的评估结果
情形 RMSE δ<sub>max</sub> 电量考核点合格数
控制前 31.0 5.7 5
控制后 1.89 0.35 96
小型抽水蓄能电站的总功率包括用于日前计划阶段就安排好的灌溉抽水功率和实时阶段用于调节微电网联络线偏差的功率，仅承担灌溉负荷时，蓄水池库容最大不超过总库容的80％，最小不少于总库容的20％，为实时控制阶段控制留出了足够的裕度。实时运行阶段利用抽水蓄能电站减小联络线功率偏差，蓄水池库容最小不小于0，最大不超过总库容的60％，也满足了上下限要求。蓄水池库容变化情况参照图10。
(六)对比三种情况下系统的运行经济性情况，当建成微电网且利用小型抽水蓄能电站按照所提控制策略对微电网联络线功率偏差进行调节后，几乎不再产生电量考核惩罚成本，项目总成本大大降低，联络线功率波动的改善也使得联络线购售电收益有了一定提升，项目年限内收益远远高于成本，产生了良好的经济性。
表6：三种不同微电网运行经济情况
Figure BDA0003147724890000161
实施例2
如图11所示，本实施提供了一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行系统，包括：
抽水蓄能电站容量配置模块M1，用于根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
分布式电源容量配置模块M2，用于根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
分布式电源容量调整模块M3，用于判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到判断结果，根据所述判断结果调整所述分布式电源的容量；
计划功率获取模块M4，用于根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到风光蓄微电网运行的计划功率；
实际功率获取模块M5，用于采集所述风光蓄微电网运行的实际功率；
补偿后的运行计划获取模块M6，用于采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
灌溉计划执行模块M7，用于基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行方法，其特征在于，包括：
根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量；
根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到所述风光蓄微电网的运行计划功率；
采集所述风光蓄微电网的运行实际功率；
采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
所述采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划，具体包括：
采集所述风光蓄微电网运行的实际上网电量；
根据所述实际上网电量和计划上网电量计算上网偏差电量；
根据预设时间段内所述上网偏差电量的累积值和所述功率偏差值将所述风光蓄微电网的控制区分为死区、正常调节区和紧急控制区；
分别计算所述死区、所述正常调节区和所述紧急控制区的所述抽水蓄能电站的功率调节量；
根据所述功率调节量调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量，具体包括：
根据果树单次灌溉水量确定所述抽水蓄能电站中的蓄水池容量；
根据每小时抽水的最大水流量和抽水扬程确定所述抽水蓄能电站中的抽水机组容量；
根据所述抽水机组的额定水流量与所述抽水蓄能电站中的排水发电机组的额定水流量的比值确定排水发电机组的容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量，具体包括：
收集若干年所述分布式电源的发电数据，并结合所述分布式电源的折减因素，确定所述分布式电源的年平均发电利用小时数；
根据所述年平均发电利用小时数和所述灌溉电量需求数据配置所述分布式电源的容量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量，具体包括：
获取所述分布式电源的输出功率历史采样数据；
根据所述输出功率历史采样数据计算所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值；
判断所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值是否大于所述抽水蓄能电站的容量，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果为是时，则所述抽水蓄能电站的容量不满足风电和光伏发电平抑要求，调整所述分布式电源的容量；
当所述第二判断结果为否时，则所述抽水蓄能电站的容量满足风电和光伏发电平抑要求，不调整所述分布式电源的容量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出功率历史采样数据计算所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值，具体包括：
对所述输出功率历史采样数据进行离散傅里叶变换，得到频域输出功率数据；所述频域输出功率数据包括功率幅值序列和频率序列；
确定截止频率的数值；
截取频率小于所述截止频率的所述功率幅值序列，得到截取后的功率幅值序列；
对所述截取后的功率幅值序列进行离散傅里叶逆变换，得到平滑功率输出值序列；
根据波动率指标要求判断所述平滑功率输出值序列是否满足功率波动要求，得到第三判断结果；
当所述第三判断结果为是时，则所述平滑功率输出值序列为所述分布式电源的功率期望输出值序列；
当所述第三判断结果为否时，则重新确定所述截止频率，返回步骤“截取频率小于所述截止频率的所述功率幅值序列，得到截取后的功率幅值序列”；
根据所述功率期望输出值序列和所述输出功率历史采样数据确定控制功率；
对所述控制功率进行离散傅里叶变换，并根据帕塞瓦尔定理计算所述抽水蓄能电站的功率补偿需求值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到所述风光蓄微电网的运行计划功率，具体包括：
根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量建立风光蓄微电网全生命周期运行模型；
基于所述风光蓄微电网全生命周期运行模型，以并网运行成本最小为目标，引入灌溉约束条件，制定风光蓄微电网日前运行计划；
基于所述风光蓄微电网日前运行计划得到所述风光蓄微电网的运行计划功率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设时间段内所述上网偏差电量的累积值和所述功率偏差值将所述风光蓄微电网的控制区分为死区、正常调节区和紧急控制区，具体包括：
所述死区的范围为：0≤|PE|≤PED；
所述正常调节区的范围为：|PE|≥PED&∑W≤WE；
所述紧急控制区的范围为：|PE|≥PED&∑W＞WE；
其中，PE表示功率偏差值；PED表示功率偏差值阈值；WE表示上网偏差电量的累积值的阈值；∑W为未经调整前的上网偏差电量的累积值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对所述风光蓄微电网补偿后的运行计划进行评估，具体包括：
选取均方根误差RMSE与最大预测误差δmax作为衡量所述风光蓄微电网联络线功率预测误差的标准；其中，
Figure FDA0003790825600000041
δmax＝max|PAi-PFi|
式中：PAi为i时刻采样点的实际功率，kW；PFi为i时刻的计划功率，kW；Cap为开机总容量；m为采样总数。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述方法的满足果树灌溉需求的风光蓄微电网运行系统，其特征在于，包括：
抽水蓄能电站容量配置模块，用于根据灌溉水量需求数据配置风光蓄微电网中抽水蓄能电站的容量；
分布式电源容量配置模块，用于根据灌溉电量需求数据配置所述风光蓄微电网中分布式电源的容量；所述分布式电源包括风电和光伏发电电站；
分布式电源容量调整模块，用于判断所述抽水蓄能电站的容量是否满足风电和光伏发电平抑要求，得到第一判断结果，根据所述第一判断结果调整所述分布式电源的容量；
计划功率获取模块，用于根据所述抽水蓄能电站的容量和调整后的分布式电源的容量得到所述风光蓄微电网的运行计划功率；
实际功率获取模块，用于采集所述风光蓄微电网的运行实际功率；
补偿后的运行计划获取模块，用于采用功率-电量并行控制策略调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述计划功率和所述实际功率之间的功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
所述补偿后的运行计划获取模块具体包括：
采集所述风光蓄微电网运行的实际上网电量；
根据所述实际上网电量和计划上网电量计算上网偏差电量；
根据预设时间段内所述上网偏差电量的累积值和所述功率偏差值将所述风光蓄微电网的控制区分为死区、正常调节区和紧急控制区；
分别计算所述死区、所述正常调节区和所述紧急控制区的所述抽水蓄能电站的功率调节量；
根据所述功率调节量调整所述抽水蓄能电站的输出功率来补偿所述功率偏差值，得到所述风光蓄微电网补偿后的运行计划；
灌溉计划执行模块，用于基于所述补偿后的运行计划进行果树灌溉。
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