CN113824152A - 一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法 - Google Patents

一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，首先根据风电、光伏发电出力特性，分别建立风电输出模型和光伏输出模型。然后获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系，进一步确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，以及确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，结合约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型。最后生成调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。本申请考虑了水头变化对抽水蓄能机组出力特性产生的影响，可以根据短期风光预测数据，合理规划下一日变速抽水蓄能电站运行状态与出力，有效平抑电网中剩余负荷的波动，满足电网调峰需求，具有较强的实用性。

Description

一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法
技术领域
本申请涉及电力系统调度技术领域，尤其涉及一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法。
背景技术
风能和太阳能近年来迅速发展，但是风电、光伏等可再生能源受自然条件影响，其波动性与反调峰特性对电力系统的安全性与可靠性产生较大影响。2016年，风电与太阳能发电的装机容量已经达到全国总装机容量的14％，但发电量仅仅为总发电量的5.3％，2016年平均弃风率17％，平均弃光率近20％。
现有技术中，采用配套建设抽水蓄能电站的方式可以将风电光伏等随机性能源转化为可靠的电源，降低对电网的影响。特别是，采用变速抽水蓄能机组的抽水蓄能电站可以实现抽水、发电的双重调节，如此一来可以更好的与风电、光伏相配合。但是现有技术中的风光发电调峰调度方法，没有考虑到水头变化对变速抽水蓄能电站运行效率产生的影响。
发明内容
本申请公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，以解决现有技术中的风光发电调峰调度方法，没有考虑到水头变化对变速抽水蓄能电站运行效率产生的影响的技术问题。
本申请公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，包括：
获取太阳辐照强度和光伏板的温度，并根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型；
获取风速，并根据所述风速，生成风电输出模型；
获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系；
获取抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分；
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性；
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性；
根据所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性、所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性和预设的约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型；
根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型；
根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
可选的，所述根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型，包括：
根据所述太阳辐照强度、所述光伏板的温度、预设的光伏板的能量转换效率、预设的光伏电站的额定容量、预设的标准温度下的太阳辐照强度、预设的光伏板的温度系数和预设的光伏板的标准工作温度，生成所述光伏输出模型。
可选的，所述根据所述风速，生成风电输出模型，包括：
根据所述风速、预设的风机的额定容量、预设的风机的切入风速、预设的风机的额定风速和预设的风机的切出风速，生成所述风电输出模型。
可选的，通过如下公式获取所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系：
Figure BDA0003321693500000021
Figure BDA0003321693500000022
其中，Vt表示上水库库容，
Figure BDA0003321693500000023
表示预设的上水库的最大水量限制，V表示预设的上水库的最小水量限制，t表示时刻，dt表示水头二进制变量，用于离散不同水头下发电/抽水曲线的二进制变量。
可选的，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最小发电功率、预设的水轮机工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最大发电功率、预设的水轮机工况在不同水头下放水超过最低放水量的最大值、预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最小值和预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性。
可选的，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最小抽水功率、预设的水泵工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最大抽水功率、预设的水泵工况在不同水头下抽水超过最低抽水量的最大值、预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最小值和预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性。
可选的，所述约束条件包括库容约束、爬坡速率约束、备用约束和启停约束。
可选的，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型，包括：
根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型。
可选的，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型，包括：
通过如下公式生成所述调峰调度模型：
Figure BDA0003321693500000031
Figure BDA0003321693500000032
其中，f1表示所述目标函数，T表示调度周期，t表示时刻，Pnet,t表示净负荷，PL,t表示预设的电网负荷，S表示光伏发电单元的总数，s表示光伏发电单元的组数，
Figure BDA0003321693500000033
表示第s组光伏发电单元在t时刻的发电功率，W表示风电机组的总数，w表示风电机组的台数，
Figure BDA0003321693500000034
表示第w台风电机组在t时刻的发电功率，N表示抽水蓄能机组的总数，n表示抽水蓄能机组的台数，
Figure BDA0003321693500000035
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的发电功率，
Figure BDA0003321693500000036
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的抽水功率。
可选的，所述根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案，包括：
利用CPLEX 12.9求解器对所述调峰调度模型进行处理，确定所述变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
本申请涉及电力系统调度技术领域，公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，首先根据风电、光伏发电出力特性，分别建立风电输出模型和光伏输出模型。然后获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系，进一步确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，以及确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，结合约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型。最后根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。本申请考虑了水头变化对抽水蓄能机组出力特性产生的影响，可以根据短期风光预测数据，合理规划下一日变速抽水蓄能电站运行状态与出力，有效平抑电网中剩余负荷的波动，满足电网调峰需求，具有较强的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例公开的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法的应用场景图；
图2为本申请实施例公开的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法的工作流程示意图；
图3为本申请实施例公开的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法中，变速抽水蓄能电站输入输出特性示意图；
图4为本申请实施例公开的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法中，系统负荷、净负荷以及风光蓄发电出力曲线图；
图5为本申请实施例公开的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法中，风电、光伏、抽蓄电站的输出功率示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中的风光发电调峰调度方法，没有考虑到水头变化对变速抽水蓄能电站运行效率产生的影响的技术问题，本申请通过以下实施例公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法。
为了使本申请的步骤更加清楚，参见图1本申请实施例结合一个具体示例对本申请提供的一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法进行阐述，示例包括1个300MW光伏电站、1个1000MW光风电场和1个含6台150MW容量变速抽水蓄能机组的抽蓄电站。
参见图2所示的工作流程示意图，所述计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法包括：
步骤S101，获取太阳辐照强度和光伏板的温度，并根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型。
进一步的，所述根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型，包括：
根据所述太阳辐照强度、所述光伏板的温度、预设的光伏板的能量转换效率、预设的光伏电站的额定容量、预设的标准温度下的太阳辐照强度、预设的光伏板的温度系数和预设的光伏板的标准工作温度，生成所述光伏输出模型。
其中，通过如下公式生成所述光伏输出模型：
Figure BDA0003321693500000051
其中，
Figure BDA0003321693500000052
表示第s组光伏发电单元在t时刻的发电功率，ηpv表示光伏板的能量转换效率，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000053
表示光伏电站的额定容量，预先根据实际应用场景确定，Ast表示太阳辐照强度，
Figure BDA0003321693500000054
表示标准温度下的太阳辐照强度，预先根据实际应用场景确定，αpv表示光伏板的温度系数，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000055
表示在t时刻光伏板的温度,Ts STC表示光伏板的标准工作温度，预先根据实际应用场景确定。
其中，影响光伏发电输出功率的主要因素包括太阳辐射强度和光伏电池板运行温度两方面。当辐射强度在350-1000W/m2范围内，光伏发电系统的输出功率与辐射强度基本呈正比。
步骤S102，获取风速，并根据所述风速，生成风电输出模型。
进一步的，所述根据所述风速，生成风电输出模型，包括：
根据所述风速、预设的风机的额定容量、预设的风机的切入风速、预设的风机的额定风速和预设的风机的切出风速，生成所述风电输出模型。
其中，通过如下公式生成所述风电输出模型：
Figure BDA0003321693500000057
其中，
Figure BDA0003321693500000058
表示第w台风电机组在t时刻的发电功率，v表示风速，
Figure BDA0003321693500000059
表示风机的额定容量，预先根据实际应用场景确定，vm表示风机的切入风速，预先根据实际应用场景确定，vrate表示风机的额定风速，预先根据实际应用场景确定，vout表示风机的切出风速。
其中，当风速达到切入风速时，风机可以正常工作，反之风机则无法正常运行。当风速大于或等于额定风速时，风电出力为额定功率且保持稳定不变。风速过大会对风机造成损坏，即最大风速超过切出风速，为避免机组损坏，风电机组停止工作。
示例性的，不同时段光伏、风电发电功率参数如表1所示：
表1
Figure BDA0003321693500000061
根据风电、光伏发电出力特性，建立风电、光伏输出模型，根据日前短期风光预测计算下一日风电光伏出力。
步骤S103，获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系。
进一步的，通过如下公式获取所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系：
Figure BDA0003321693500000062
Figure BDA0003321693500000063
其中，Vt表示上水库库容，
Figure BDA0003321693500000064
表示预设的上水库的最大水量限制，预先根据实际应用场景确定，V表示预设的上水库的最小水量限制，预先根据实际应用场景确定，t表示时刻，dt表示水头二进制变量，用于离散不同水头下发电/抽水曲线的二进制变量。
步骤S104，获取抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分。
步骤S105，根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性。
进一步的，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最小发电功率、预设的水轮机工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最大发电功率、预设的水轮机工况在不同水头下放水超过最低放水量的最大值、预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最小值和预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性。
具体来说，在水轮机工况下，水头变化主要影响的是抽水蓄能机组用水量与发电量间的转化效率的关系。下式利用水头二进制变量dt，用于表述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，特别是抽水蓄能机组用水量与发电量间的转化效率的关系。
其中，通过如下公式确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性：
Figure BDA0003321693500000071
Figure BDA0003321693500000072
Figure BDA0003321693500000073
Figure BDA0003321693500000074
Figure BDA0003321693500000075
Figure BDA0003321693500000076
其中，n表示抽水蓄能机组的台数，
Figure BDA0003321693500000077
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的发电功率，
Figure BDA0003321693500000078
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水轮机工况下的开关状态,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000079
表示第n台抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在k水头下的最小发电功率,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA00033216935000000710
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水轮机工况下放水超过最低放水量的部分,
Figure BDA00033216935000000711
表示水轮机工况下k水头下的能源转换效率,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000081
表示第n台抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在k水头下的最大发电功率，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000082
表示水轮机工况在k1水头下放水超过最低放水量的最大值，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000083
表示水轮机工况在k2水头下放水超过最低放水量的最大值，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000084
和
Figure BDA0003321693500000085
分别表示水轮机工况在k1水头下放水量的最小值和最大值，均预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000086
和
Figure BDA0003321693500000087
分别表示水轮机工况在k2水头下放水量的最小值和最大值，均预先根据实际应用场景确定。
步骤S106，根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性。
进一步的，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最小抽水功率、预设的水泵工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最大抽水功率、预设的水泵工况在不同水头下抽水超过最低抽水量的最大值、预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最小值和预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性。
具体来说，在水泵工况下，水头变化主要影响的是抽水蓄能机组抽水量与耗电量间的转化效率的关系。下式利用水头二进制变量dt，用于表述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，特别是抽水蓄能机组抽水量与耗电量间的转化效率的关系。
其中，通过如下公式确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性：
Figure BDA0003321693500000088
Figure BDA0003321693500000089
Figure BDA00033216935000000810
Figure BDA00033216935000000811
Figure BDA0003321693500000091
Figure BDA0003321693500000092
其中，
Figure BDA0003321693500000093
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的抽水功率，
Figure BDA0003321693500000094
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水泵工况下的开关状态,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000095
表示第n台抽水蓄能机组在水泵工况下运行在k水头下的最小抽水功率,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000096
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分,
Figure BDA0003321693500000097
表示水泵工况下k水头下的能源转换效率,预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000098
表示第n台抽水蓄能机组在水泵工况下运行在k水头下的最大抽水功率，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000099
表示水泵工况在k1水头下抽水超过最低抽水量的最大值，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA00033216935000000910
表示水泵工况在k2水头下抽水超过最低抽水量的最大值，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA00033216935000000911
和
Figure BDA00033216935000000912
分别表示水泵工况在k1水头下抽水量的最小值和最大值，均预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA00033216935000000913
和
Figure BDA00033216935000000914
分别表示水泵工况在k2水头下抽水量的最小值和最大值，均预先根据实际应用场景确定。
步骤S107，根据所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性、所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性和预设的约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型。
进一步的，所述约束条件包括库容约束、爬坡速率约束、备用约束和启停约束。
具体来说，同一抽水蓄能电站，不同抽水蓄能机组间，使用同一水库。利用抽水蓄能机组进行发电与抽水，会引起库容变化，因此水头二进制变量dt，描述不同水头下水泵工况下抽水量与水轮机工况下用水量，进而表述水库的库容约束。此外，为保证调度可持续性，在一个调度周期结束后，库容应当返回至某一固定值，以保证下一调度周期顺利进行。
其中，通过如下公式表述库容约束：
Figure BDA00033216935000000915
Figure BDA00033216935000000916
Figure BDA00033216935000000917
Figure BDA0003321693500000101
Figure BDA0003321693500000102
Figure BDA0003321693500000103
Figure BDA0003321693500000104
Figure BDA0003321693500000105
Figure BDA0003321693500000106
Figure BDA0003321693500000107
Vt＝Vpre,t＝T；
其中，Vpre表示预设的末端水量的控制目标，预先根据实际应用场景确定，T表示调度周期。
抽水蓄能机组通过导叶的开合角度来调节其发电/抽水功率，快速的调整动作可能会导致阀门水锤效应，降低设备的使用寿命。通过如下公式约束抽水蓄能机组的爬坡速率约束：
Figure BDA0003321693500000108
Figure BDA0003321693500000109
其中，
Figure BDA00033216935000001010
和
Figure BDA00033216935000001011
分别表示水轮机工况下爬坡速率的最大值与最小值，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA00033216935000001012
和
Figure BDA00033216935000001013
分别表示水泵工况下爬坡速率的上下限。
由于风电和光伏的随机性，因此在日前调度中，必须保证系统留有足够备用，以保证系统稳定性。下式用于描述抽水蓄能机组的备用约束；
Figure BDA00033216935000001014
Figure BDA0003321693500000111
其中，N表示抽水蓄能机组的总数，n表示抽水蓄能机组的台数，S表示光伏发电单元的总数，s表示光伏发电单元的组数，W表示风电机组的总数，w表示风电机组的台数，σr表示预设的系统中所需的备用率，预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000112
和
Figure BDA0003321693500000113
分别表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水轮机工况下的最大与最小发电功率，均预先根据实际应用场景确定，
Figure BDA0003321693500000114
和
Figure BDA0003321693500000115
分别表示第n台抽水蓄能机组在t时刻水泵工况下的最大与最小抽水功率。
同一抽水蓄能机组只能在单一模式下运行，即不能同时工作在水泵状态与发电状态。另外，多台机组由于采用的是单一管道连接上下水库，所以若有一台抽水蓄能机组运行在抽水状态则其他所有机组都将处于停机或抽水状态，发电状态同理。下式用于描述抽水蓄能电站的启停约束：
Figure BDA0003321693500000116
Figure BDA0003321693500000117
Figure BDA0003321693500000118
Figure BDA0003321693500000119
Figure BDA00033216935000001110
其中，
Figure BDA00033216935000001111
和
Figure BDA00033216935000001112
分别表示抽水/发电状态下表示起停的二元变量，MPS表示预设的单台机组最大允许启动次数，预先根据实际应用场景确定。
示例性的，获取变速抽水蓄能电站的相关参数如表2所示：
表2
Figure BDA00033216935000001113
Figure BDA0003321693500000121
采用二进制变量分离水头，提出了一种计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型。相较于单一水头的变速抽水蓄能机组模型，该模型更能反映不同水头影响下变速抽水蓄能机组发电、抽水效率的变化
步骤S108，根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型。
进一步的，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型，包括：
根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型。
进一步的，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型，包括：
通过如下公式生成所述调峰调度模型：
Figure BDA0003321693500000122
Figure BDA0003321693500000123
其中，f1表示所述目标函数，T表示调度周期，t表示时刻，Pnet,t表示净负荷，PL,t表示预设的电网负荷,预先根据实际应用场景确定，S表示光伏发电单元的总数，s表示光伏发电单元的组数，
Figure BDA0003321693500000124
表示第s组光伏发电单元在t时刻的发电功率，W表示风电机组的总数，w表示风电机组的台数，
Figure BDA0003321693500000125
表示第w台风电机组在t时刻的发电功率，N表示抽水蓄能机组的总数，n表示抽水蓄能机组的台数，
Figure BDA0003321693500000131
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的发电功率，
Figure BDA0003321693500000132
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的抽水功率。
示例性的，获取电网日前负荷数据，如表3所示：
表3
Figure BDA0003321693500000133
提出了一种风电光伏变速抽水蓄能联合运行的日前调度模型，建立以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数的调峰调度模型。
步骤S109，根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
进一步的，所述根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案，包括：
利用CPLEX 12.9求解器对所述调峰调度模型进行处理，确定所述变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
示例性的，根据上述步骤得到的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案，如表4所示：
表4
Figure BDA0003321693500000134
Figure BDA0003321693500000141
在示例中，不同场景下负荷比较如表5所示：
表5
Figure BDA0003321693500000142
对所述变速抽蓄协同风光发电调峰调度的混合整数线性模型进行求解，获得变速抽水蓄能协同风电、光伏发电系统的日前调度方案。
实例性的，参见图3，虚线部分表示不同水头影响下，变速抽水蓄能电站输入输出特性变化。作为对比，实现部分表示定速抽水蓄能电站输入输出特性示意图。图中，H表示变速抽水蓄能电站水头的高低水平，Hu表示该变速抽水蓄能电站运行在高水头状态下，Hl表示该变速抽水蓄能电站运行在低水头状态下。
参见图4，为原始的系统负荷、优化后的净负荷与风光抽蓄联合发电系统的功率输出曲线图，可知本实施例在负荷高峰时段提高了功率输出，在负荷低谷时段降低了功率输出，从而使得整个电网净负荷峰谷差减小。
参见图5，风电光伏联合发电是一个U型曲线，即白天发电量小，夜间发电量大。根据优先消纳可再生能源的原则，抽水蓄能电站将通过补偿可再生能源发电来进行削峰填谷。因此该抽水蓄能电站为了达到尽可能消纳可再生能源的目的，将在夜间以抽水模式运行，在白天以发电模式运行，以减小整个风光抽蓄联合发电系统的峰谷差。
由以上技术方案可知，本申请公开了一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，首先根据风电、光伏发电出力特性，分别建立风电输出模型和光伏输出模型。然后获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系，进一步确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，以及确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，结合约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型。最后根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
在实际应用过程中，本申请考虑了水头变化对抽水蓄能机组出力特性产生的影响，可以根据短期风光预测数据，合理规划下一日变速抽水蓄能电站运行状态与出力，有效平抑电网中剩余负荷的波动，满足电网调峰需求，具有较强的实用性。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，包括：
获取太阳辐照强度和光伏板的温度，并根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型；
获取风速，并根据所述风速，生成风电输出模型；
获取上水库库容与水头二进制变量之间的关系；
获取抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态，以及获取抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分；
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性；
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性；
根据所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性、所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性和预设的约束条件，生成计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型；
根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型；
根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
2.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述太阳辐照强度和所述光伏板的温度，生成光伏输出模型，包括：
根据所述太阳辐照强度、所述光伏板的温度、预设的光伏板的能量转换效率、预设的光伏电站的额定容量、预设的标准温度下的太阳辐照强度、预设的光伏板的温度系数和预设的光伏板的标准工作温度，生成所述光伏输出模型。
3.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述风速，生成风电输出模型，包括：
根据所述风速、预设的风机的额定容量、预设的风机的切入风速、预设的风机的额定风速和预设的风机的切出风速，生成所述风电输出模型。
4.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，通过如下公式获取所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系：
Figure FDA0003321693490000011
Figure FDA0003321693490000021
其中，Vt表示上水库库容，
Figure FDA0003321693490000022
表示预设的上水库的最大水量限制，V表示预设的上水库的最小水量限制，t表示时刻，dt表示水头二进制变量，用于离散不同水头下发电/抽水曲线的二进制变量。
5.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水轮机工况下放水超过最低放水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最小发电功率、预设的水轮机工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水轮机工况下运行在不同水头下的最大发电功率、预设的水轮机工况在不同水头下放水超过最低放水量的最大值、预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最小值和预设的水轮机工况在不同水头下放水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水轮机工况下的输出特性。
6.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态和所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分，确定抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性，包括：
根据所述上水库库容与水头二进制变量之间的关系、所述抽水蓄能机组在水泵工况下的开关状态、所述抽水蓄能机组在水泵工况下抽水超过最低抽水量的部分、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最小抽水功率、预设的水泵工况下不同水头下的能源转换效率、预设的抽水蓄能机组在水泵工况下运行在不同水头下的最大抽水功率、预设的水泵工况在不同水头下抽水超过最低抽水量的最大值、预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最小值和预设的水泵工况在不同水头下抽水量的最大值，确定所述抽水蓄能机组不同水头下水泵工况下的负载特性。
7.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述约束条件包括库容约束、爬坡速率约束、备用约束和启停约束。
8.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，生成调峰调度模型，包括：
根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型。
9.根据权利要求8所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述光伏输出模型、所述风电输出模型和所述计及水头敏感的变速抽水蓄能机组模型，以调度周期内电网剩余负荷方差最小作为目标函数，生成所述调峰调度模型，包括：
通过如下公式生成所述调峰调度模型：
Figure FDA0003321693490000031
Figure FDA0003321693490000032
其中，f1表示所述目标函数，T表示调度周期，t表示时刻，Pnet,t表示净负荷，PL,t表示预设的电网负荷，S表示光伏发电单元的总数，s表示光伏发电单元的组数，
Figure FDA0003321693490000033
表示第s组光伏发电单元在t时刻的发电功率，W表示风电机组的总数，w表示风电机组的台数，
Figure FDA0003321693490000034
表示第w台风电机组在t时刻的发电功率，N表示抽水蓄能机组的总数，n表示抽水蓄能机组的台数，
Figure FDA0003321693490000035
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的发电功率，
Figure FDA0003321693490000036
表示第n台抽水蓄能机组在t时刻的抽水功率。
10.根据权利要求1所述的计及水头敏感的变速抽蓄协同风光发电调峰调度方法，其特征在于，所述根据所述调峰调度模型，确定变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案，包括：
利用CPLEX 12.9求解器对所述调峰调度模型进行处理，确定所述变速抽蓄协同风光发电调峰调度方案。
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