CN113852138A - 面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及容量配置技术领域，是一种面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，包括从风速、光照和负荷全年时序数据中提取各季节典型日风速、光照和负荷时序，构建各季节典型日场景；基于所述场景，建立风光火储联合外送系统模型；基于所述系统模型，确定计及系统等值年收益；S4：基于所述系统等值年收益及约束条件，确定面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”的最优容量配置。本发明以风光火储联合外送系统为研究对象，以系统等值年收益最高为目标对面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”进行容量优化配置，这样可以在实现系统良好的经济性和环保性的同时，促进新能源消纳，并使系统保持理想的电压水平。
Description
技术领域
本发明涉及容量配置技术领域，是一种面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，即一种面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”容量配置方法。
背景技术
受资源禀赋影响，我国西北地区以风电、光伏、火电为主，可调节电源较少。储能系统是促进可再生能源消纳、缓解常规机组调峰压力的有效手段之一，响应速度快于常规机组。同时，西北地区当地市场消费空间不足，电网薄弱。必须建设配套输电工程，通过高压长距离输电线路将多余的电力输送到负荷中心消费。因此，风光火储联合外送系统将成为西北地区能源开发的一种普遍形式。同时，为了应对区域电压跌落风险增加的问题，可采用大容量调相机作为系统的无功补偿装置。因此，协调风光火储联合外送系统中“储能+调相机”的容量配置，对促进新能源消纳和系统安全稳定运行具有重要意义。
目前，国内外分别针对储能系统的优化配置和调相机的无功补偿配置已有较多研究。在现阶段的研究中，关于储能系统的配置研究主要从经济性和稳定性两个方面来考虑，与其投资成本、使用效率等相关联。储能系统作为调节装置优点在于可以与常规机组联合起来以保护常规机组，同时到达调峰效果。并且，储能系统能够降低新能源出力带来的波动性，提高含新能源发电系统的稳定性。同时，国内外关于调相机的配置研究主要考虑以低电压为特征的静态、暂态电压稳定性，保证系统在有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下的无功平衡。
目前所述研究主要从不同的角度分别对储能系统和调相机进行优化配置，然而对于风光火储联合外送系统中“储能+调相机”的协同运行还鲜有研究，综合考虑“储能+调相机”容量配置的研究还不够深入，不利于风光火储联合外送系统的经济、稳定及高效运行。
发明内容
本发明提供了一种面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，克服了上述现有技术之不足，其有利于风光火储联合外送系统的经济、稳定及高效运行。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，包括以下步骤：
S1：从风速、光照和负荷全年时序数据中提取各季节典型日风速、光照和负荷时序，构建各季节典型日场景；
S2：基于所述典型日场景，建立风光火储联合外送系统模型；
S3：基于所述风光火储联合外送系统模型，确定计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益；
S4：基于所述系统等值年收益及约束条件，确定面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”的最优容量配置。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述步骤S1具体为：
1)设某地区风速、光照和负荷全年时序数据值为xi(tn)(i＝1,2,3；tn＝t1,t2,…,tp)，其中，i表示因素类型，tn表示时间，则风速、光照和负荷全年时序数据矩阵为：
2)将风速、光照和负荷全年时序数据划分为春、夏、秋、冬四个季节进行处理，分别选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序最接近的一日时序，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，包括以下步骤：
①计算春、夏、秋、冬四个季节风速、光照和负荷平均日变化时序，表示为：
式中，Li,s(t)表示第i种因素在第s个季节的平均日变化时序；Ns表示第s个季节的总日数；
②以逐时偏差和最小为目标，选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序Li,s(t)最接近的一天的时序X’i,s,n(t)，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，其中，逐时偏差和的计算方法为：
式中，Xi,s,n(t)表示第i种因素在第s个季节第n天的时间序列。
上述步骤S2中的风光火储联合外送系统模型，包括：
1)区域内多个风电场、光伏电站，提供充足的可再生能源电力；
2)火电厂作为调峰电源，承担系统调峰需求；
3)储能电站作为可调节电源，实现互补可再生能源出力波动，承担电力保障；
4)特高压直流输电线路承担着长距离、大容量、高比例可再生能源电力外送，送端主网将风光火储电力通过特高压直流输电线路打捆外送给受端电网；
5)调相机作为弥补送端电网输电线路及换流站无功损失的无功补偿装置，用以保证无功功率的平衡。
上述步骤S3具体为：
maxE＝Esa-Cun-Cpu-CC (4)
式中，E为系统等值年总收益；Esa、Cun、Cpu和CC分别为系统等值年售电收入、机组投资运维成本、考核费用、系统碳排放成本；其中，
1)系统等值年售电收入包括风电场、光伏电站、火电厂、储能电站的等值年售电收入，可表示为：
式中，NW、NPV、NTP和T分别为风电场个数、光伏电站个数、火电厂个数和每个场景序列时段数；πsa为当地燃煤标杆电价，由于新能源发电正式进入平价时代，系统中所有电站的售电单价均可计作当地燃煤标杆电价；
和
分别为第i个风电场、第i个光伏电站、第i个火电厂和储能电站在t时刻的发电功率；
2)系统等值年机组投资运维成本包括系统中机组的投资成本、运维成本和燃料成本，可表示为：
Cun＝Cinv+Cma+Cf (6)
式中，Cinv为机组投资成本；Cma为机组运维成本；Cf为机组燃料成本；
由于规划对象为系统中的储能电站和调相机容量，所以机组投资成本包括系统中储能机组和调相机的投资成本，可表示为：
Cinv＝IESCES+ISCCSC (7)
式中，IES和ISC分别为储能机组和调相机的等年值系数；CES和CSC分别为储能机组和调相机的投资成本；
其中，各机组等年值系数I可表示为：
式中，r为折现率；L为各机组寿命；
储能机组的投资成本可表示为：
CES＝πPPS+πSSS (9)
式中，πP和πS分别为储能机组的单位功率成本和单位容量成本，PS和SS分别为储能机组的额定功率和容量；
调相机的投资成本可表示为：
CSC＝πSCPSC (10)
式中，πSC为调相机的单位功率成本，PSC和SS为调相机的额定功率；
机组运维成本Cma包括系统中风电场、光伏电站和储能电站的运维成本，可表示为：
式中，πw、πpv和πes分别为风电场、光伏电站和储能电站的单位容量运维成本；
机组燃料成本Cf包括系统中火电厂的燃料成本，可表示为：
式中，a、b和c为火电机组煤耗成本系数；
3)系统等值年考核费用包括系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚，可表示为：
Cpu＝Cab+Cvo (13)
式中，Cab和Cvo分别为系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚；
系统等值年弃电惩罚可表示为：
式中，πab为系统单位弃电惩罚费用，
为t时刻的本地负荷和外送电力；
系统等值年电压越限惩罚可表示为：
式中，πvo为系统单位电压越限惩罚费用，ΔUt为t时刻的交流母线电压偏移量，αup和αli为理想电压偏移量上限和允许电压偏移量上限，UN为额定交流电压，
和
为系统发出有功功率和无功功率，R、X、G和B分别为送端系统交流线路π型等值电路的电阻、电抗、电导和电纳，Vart为调相机t时刻的总无功补偿量，
为调相机t时刻对送端系统换流站的无功补偿量；
4)碳排放主要考虑火电机组的碳排放量，为减少碳排放，早日实现碳达峰、碳中和的目标，我国正在加速推进碳排放权交易市场的建设。目前，我国的碳排放权交易管理办法为制定碳排放配额总量确定与分配方案，即向各重点排放单位分配规定年度的碳排放配额，超出配额的部分进行市场交易，系统碳排放成本表示为：
式中，πC为碳交易价格，EC为系统碳排放量，EC,q为系统碳排放配额；其中，系统等值年碳排放量EC可表示为：
式中，EFTP为火电机组的二氧化碳排放因子。
上述步骤S4中的约束条件包括：
1)系统运行约束
系统运行约束主要考虑所述系统供需平衡约束，即联合系统每个时刻发出的电能都应大于或等于这一时刻的负荷需求，可表示为：
2)系统外送约束
系统外送约束主要包括系统外送功率上下限约束、系统外送通道利用率约束、系统外送电能在时段t内的功率变化约束，可表示为：
式中，ηtran为系统外送通道利用率下限，rtran为系统外送电能在时段t内的功率变化速率限值，
为t-1时刻的外送电能；
3)常规机组约束
常规机组约束包括火电机组出力上下限约束和爬坡速率约束，可表示为：
式中，
为火电厂的最小输出功率，rdt和rut分别为火电厂在时段t内最大减载和加载速率；
4)储能电站出力约束
储能电站出力约束包括储能充放电约束、充放电功率上下限约束和剩余电量上下限约束，可表示为：
式中，
和
分别为电储能t时刻和t-1时刻的剩余电量，ηch和ηdis为电储能充放电的效率，
为电储能t时刻的充放电功率，Δt为时间间隔，
和
为电储能充放电功率的上限，
和
为电储能剩余电量的下限和上限；
5)调相机约束
调相机约束包括电压越限约束、调相机容量约束和换流站无功消耗约束，可表示为：
式中，Qvar为调相机总容量，Qv为调相机单台容量，N和n为调相机总台数和调相机t时刻投切台数，
和μ为换流站的功率因数角和整流侧触发角，Ud和Udio为直流电压和理想直流空载电压，Xt为换相电抗，Id为直流运行电流。
上述步骤S4具体为：1)基于YALMIP软件，以计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益最高为目标函数，考虑系统运行约束、系统外送约束、常规机组约束、储能电站出力约束和调相机约束，构建面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”容量配置模型；
2)基于CPLEX软件，求解所述容量配置模型，调节各类机组逐时刻发电功率、系统逐时刻外送容量、调相机逐时刻无功补偿功率、储能系统容量和调相机容量，实现风光火储联合外送系统中“储能+调相机”的最优容量配置。
本发明以风光火储联合外送系统为研究对象，以系统等值年收益最高为目标对面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”进行容量优化配置，在实现系统良好的经济性和环保性的同时，促进新能源消纳，减少火电机组停机造成的经济损失，使火电整体出力较为平稳，从而使系统保持理想的电压水平；储能电站提高了系统外送电力水平，同时，减小了外送电力的波动幅度，有利于提高外送电力的稳定性。
附图说明
附图1为本发明所述方法的流程图。
附图2为本发明所述风光火储联合外送系统模型的典型结构。
附图3为本发明所述风光火储联合外送系统4个季节典型日功率曲线。
附图4为本发明具体实施例中有无调相机下的电压降对比。
附图5为本发明具体实施例中有无储能电站下的外送电量对比。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
本发明中，如无特别说明，使用的软件为现有公知公用软件；如无特别说明，技术术语为本领域常规使用的技术术语。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例：如附图1所示，该面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，包括以下步骤：
S1：从风速、光照和负荷全年时序数据中提取各季节典型日风速、光照和负荷时序，构建各季节典型日场景；
S2：基于所述场景，建立风光火储联合外送系统模型；
S3：基于所述系统模型，确定计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益；
S4：基于所述系统等值年收益及约束条件，确定面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”的最优容量配置。
进一步，步骤S1具体包括以下步骤：
1)设某地区风速、光照和负荷全年时序数据值为xi(tn)(i＝1,2,3；tn＝t1,t2,…,tp)，其中，i表示因素类型，tn表示时间，则风速、光照和负荷全年时序数据矩阵为：
2)将风速、光照和负荷全年时序数据划分为春、夏、秋、冬四个季节进行处理，分别选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序最接近的一日时序，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，包括以下步骤：
①计算春、夏、秋、冬四个季节风速、光照和负荷平均日变化时序，可表示为：
式中，Li,s(t)表示第i种因素在第s个季节的平均日变化时序；Ns表示第s个季节的总日数；
②以逐时偏差和最小为目标，选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序Li,s(t)最接近的一天的时序X’i,s,n(t)，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，其中，逐时偏差和的计算方法为：
式中，Xi,s,n(t)表示第i种因素在第s个季节第n天的时间序列；
进一步，如图2所示，步骤S2中的风光火储联合外送系统模型的典型结构，主要包括：
1)区域内多个风电场、光伏电站，提供充足的可再生能源电力；
2)火电厂作为调峰电源，承担系统调峰需求；
3)储能电站作为可调节电源，实现互补可再生能源出力波动，承担电力保障。
4)特高压直流输电线路承担着长距离、大容量、高比例可再生能源电力外送，送端主网将风光火储电力通过特高压直流输电线路打捆外送给受端电网。
5)调相机作为弥补送端电网输电线路及换流站无功损失的无功补偿装置，用以保证无功功率的平衡。
对于含大规模新能源的送端系统，目前调相机原则上均配置在换流站高压侧。特高压直流输电系统在运行中需要消耗大量无功功率，为保证换流站的安全可靠运行，需要保证无功功率的平衡，无功功率过剩或不足都将造成交流电压的不稳定，从而，调相机用以保障整个交、直流系统的安全稳定运行。储能电站与调相机同时参与调节，实现风光火储联合外送系统的有功功率平衡和无功功率平衡。通过该风光火储联合外送系统，能够改善高比例可再生能源系统稳定性与灵活性，提高电力外送经济性，并促进可再生能源的消纳。
风光火储联合外送系统工作机制：风光火储联合外送系统全额接纳风电和光伏，并以火电作为调峰电源。当风电、光伏与火电输出电能能够达到系统中负荷(就地消纳用户负荷和外送电能)需求时，储能电站充电，例如上午光照较强，负荷需求量小时，储能电站充电，当负荷需求较高且风、光、火电不能达到负荷需求时作为补充。当风电、光电与火电输出电能不能达到系统中负荷所要求的量时，储能电站放电，维持电力供需平衡。例如傍晚时，系统负荷需求较大，而此时风电、光电与火电无法满足负荷需求，由储能电站放电，对负荷进行追踪，使联合系统能够满足负荷需求。调相机一方面作为长链式交流输电线路末端的无功补偿装置，另一方面作为特高压直流输电线路送端，弥补换流站无功损耗，从而维持电压稳定。
进一步，步骤S3中的计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益，可表示为：
maxE＝Esa-Cun-Cpu-CC (4)
式中，E为系统等值年总收益；Esa、Cun、Cpu和CC为系统等值年售电收入、机组投资运维成本、考核费用、系统碳排放成本。其中，
1)系统等值年售电收入包括风电场、光伏电站、火电厂、储能电站的等值年售电收入，可表示为：
式中，NW、NPV、NTP和T分别为风电场个数、光伏电站个数、火电厂个数和每个场景序列时段数；πsa为当地燃煤标杆电价，由于新能源发电正式进入平价时代，系统中所有电站的售电单价均可计作当地燃煤标杆电价；
和
分别为第i个风电场、第i个光伏电站、第i个火电厂和储能电站在t时刻的发电功率。
2)系统等值年机组投资运维成本包括系统中机组的投资成本、运维成本和燃料成本，可表示为：
Cun＝Cinv+Cma+Cf (6)
式中，Cinv为机组投资成本；Cma为机组运维成本；Cf为机组燃料成本。
由于规划对象为系统中的储能电站和调相机容量，所以机组投资成本Cinv包括系统中储能机组和调相机的投资成本，可表示为：
Cinv＝IESCES+ISCCSC (7)
式中，IES和ISC为储能机组和调相机的等年值系数；CES和CSC为储能机组和调相机的投资成本。
其中，各机组等年值系数I可表示为：
式中，r为折现率；L为各机组寿命。
储能机组的投资成本可表示为：
CES＝πPPS+πSSS (9)
式中，πP和πS为储能机组的单位功率成本和单位容量成本；PS和SS为储能机组的额定功率和容量。
调相机的投资成本可表示为：
CSC＝πSCPSC (10)
式中，πSC为调相机的单位功率成本；PSC和SS为调相机的额定功率。
机组运维成本Cma包括系统中风电场、光伏电站和储能电站的运维成本，可表示为：
式中，πw、πpv和πes为风电场、光伏电站和储能电站的单位容量运维成本。
机组燃料成本Cf包括系统中火电厂的燃料成本，可表示为：
式中，a、b和c为火电机组煤耗成本系数。
3)系统等值年考核费用包括系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚，可表示为：
Cpu＝Cab+Cvo (13)
式中，Cab和Cvo为系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚。
系统等值年弃电惩罚可表示为：
式中，πab为系统单位弃电惩罚费用；
为t时刻的本地负荷和外送电力。
系统等值年电压越限惩罚可表示为：
式中，πvo为系统单位电压越限惩罚费用；ΔUt为t时刻的交流母线电压偏移量；αup和αli为理想电压偏移量上限和允许电压偏移量上限；UN为额定交流电压；
和
为系统发出有功功率和无功功率；R、X、G和B为送端系统交流线路π型等值电路的电阻、电抗、电导和电纳；Vart为调相机t时刻的总无功补偿量，
为调相机t时刻对送端系统换流站的无功补偿量。
4)碳排放主要考虑火电机组的碳排放量，为减少碳排放，早日实现碳达峰、碳中和的目标，我国正在加速推进碳排放权交易市场的建设。目前，我国的碳排放权交易管理办法为制定碳排放配额总量确定与分配方案，即向各重点排放单位分配规定年度的碳排放配额，超出配额的部分进行市场交易，可表示为：
式中，πC为碳交易价格；EC为系统碳排放量；EC,q为系统碳排放配额。其中，系统等值年碳排放量EC可表示为：
式中，EFTP为火电机组的二氧化碳排放因子。
进一步，步骤S4中的约束条件，主要包括：
1)系统运行约束
系统运行约束主要考虑系统供需平衡约束，即联合系统每个时刻发出的电能都应大于等于这一时刻的负荷需求，可表示为：
2)系统外送约束
系统外送约束主要包括系统外送功率上下限约束、系统外送通道利用率约束、系统外送电能在时段t内的功率变化约束，可表示为：
式中，ηtran为系统外送通道利用率下限；rtran为系统外送电能在时段t内的功率变化速率限值；
为t-1时刻的外送电能。
3)常规机组约束
常规机组约束包括火电机组出力上下限约束和爬坡速率约束，可表示为：
式中，
为火电厂的最小输出功率；rdt和rut分别为火电厂在时段t内最大减载和加载速率。
4)储能电站出力约束
储能电站出力约束包括储能充放电约束、充放电功率上下限约束和剩余电量上下限约束，可表示为：
式中，
和
为电储能t时刻和t-1时刻的剩余电量；ηch和ηdis为电储能充放电的效率；
为电储能t时刻的充放电功率，Δt为时间间隔，
和
为电储能充放电功率的上限，
和
为电储能剩余电量的下限和上限。
5)调相机约束
调相机约束包括电压越限约束、调相机容量约束和换流站无功消耗约束，可表示为：
式中，Qvar为调相机总容量；Qv为调相机单台容量；N和n为调相机总台数和调相机t时刻投切台数；
和μ为换流站的功率因数角和整流侧触发角；Ud和Udio为直流电压和理想直流空载电压；Xt为换相电抗；Id为直流运行电流。
进一步，步骤S4中的基于所述系统等值年收益及约束条件，确定面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”的最优容量配置，包括以下步骤：
1)基于YALMIP软件，以计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益最高为目标函数，考虑系统运行约束、系统外送约束、常规机组约束、储能电站出力约束和调相机约束，构建面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”容量配置模型；
2)基于CPLEX软件，求解容量配置模型，调节各类机组逐时刻发电功率、系统逐时刻外送容量、调相机逐时刻无功补偿功率、储能系统容量和调相机容量，实现风光火储联合外送系统中“储能+调相机”的最优容量配置。
下面以中国西北某地区2025年电网规划数据为例，运用实施例所述面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”容量配置方法进行容量优化配置。
其中，风电装机容量为8000MW，光伏装机容量为1250MW，煤电装机容量为6600MW，功率因数均为0.95，储能电站储能时长为2小时，荷电状态初始值为0.5，上下限分别为1和0.2，最大充放电功率为各自的额定发电功率。由于模型不考虑网架约束，风电、光伏、火电可分别等值为一个电源。风光火储资源通过200km的750kV交流输电通道(6*LGJ-400/50钢芯铝绞线)送至负荷中心进行就地消纳，并通过2000km的800kV特高压直流输电通道(6*LGJ-900/40钢芯铝绞线)送出供给完本地负荷的多余电力。风速、光照、负荷数据为该地区2015年全年数据，采样间隔为1h。系统单位容量碳排放配额为0.2t/MWh。系统中各设备参数和重要计算条件如表1中所示。
在上述算例条件下，通过YALMIP软件调用商用求解器CPLEX软件求解该模型，可以求得，当配置的调相机的容量为4500MVar，即15台单台容量为300MVar的调相机，储能电站的容量为1880MW时，系统等值年收益最大，收益组成如表2中所示。
从表2可以看出，包括弃电惩罚和电压越限惩罚在内的系统等值年考核费用接近于0，证明该容量配置方式能够有效促进系统的风光消纳，并使系统保持理想的电压水平。
风光火储联合外送系统4个季节典型日功率曲线如图3所示。从图3中可以看出，四季系统总出力与总负荷能够达到完全平衡，既能够满足负荷需求，也不存在弃电情况。在新能源出力水平较低时，通过增加储能出力，减少外送电力，能够在弥补新能源出力缺额的同时，减少经济性较差的调峰机组的电力供应，有利于改善系统的经济性；当新能源出力水平较高时，通过降低储能出力和增加外送电力，能够在提高系统新能源消纳能力的同时，减少火电机组停机造成的经济损失，从而火电整体出力较为平稳。
有无调相机下的电压降对比如图4所示。从图4可以看出，在加入调相机之前，电压降峰值达到了37.87％。当压降大于自身电压的10％时，可能对线路的电力驱动产生严重后果。由于调相机的无功补偿，压降可以始终接近0，从而保持系统电压稳定。在风光火储联合外送系统中，储能电站具有能量时移特性和良好的快速调节能力，可以提高系统的新能源消费水平，缓解常规机组的调峰压力。有无储能电站下的外送电量对比如图5所示。从图5可以看出，储能电站大大提高了系统外送电力水平，同时，减小了外送电力的波动幅度，有利于提高外送电力的稳定性。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
表1系统中各设备参数和重要计算条件
表2收益组成
| E/元 | E<sub>sa</sub>/元 | C<sub>un</sub>/元 | C<sub>pu</sub>/元 | C<sub>C</sub>/元 |
| 2.3888×10<sup>10</sup> | 4.0222×10<sup>10</sup> | 1.5559×10<sup>10</sup> | 2.4275×10<sup>-6</sup> | 7.7400×10<sup>8</sup> |
Claims (6)
1.一种面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：从风速、光照和负荷全年时序数据中提取各季节典型日风速、光照和负荷时序，构建各季节典型日场景；
S2：基于所述典型日场景，建立风光火储联合外送系统模型；
S3：基于所述风光火储联合外送系统模型，确定计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益；
S4：基于所述系统等值年收益及约束条件，确定面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”的最优容量配置。
2.根据权利要求1所述的面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于步骤S1具体为：
1)设某地区风速、光照和负荷全年时序数据值为xi(tn)，其中，i表示因素类型，tn表示时间，i＝1,2,3，tn＝t1,t2,…,tp，则风速、光照和负荷全年时序数据矩阵为：
2)将风速、光照和负荷全年时序数据划分为春、夏、秋、冬四个季节进行处理，分别选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序最接近的一日时序，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，包括以下步骤：
①计算春、夏、秋、冬四个季节风速、光照和负荷平均日变化时序，表示为：
式中，Li,s(t)表示第i种因素在第s个季节的平均日变化时序；Ns表示第s个季节的总日数；
②以逐时偏差和最小为目标，选择与各季节风速、光照和负荷平均日变化时序Li,s(t)最接近的一天的时序X’i,s,n(t)，形成各季节典型日风速、光照和负荷时序，其中，逐时偏差和的计算方法为：
式中，Xi,s,n(t)表示第i种因素在第s个季节第n天的时间序列。
3.根据权利要求1或2所述的面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于步骤S2中的风光火储联合外送系统模型，包括：
1)区域内多个风电场、光伏电站，能提供充足的可再生能源电力；
2)火电厂作为调峰电源，能承担系统调峰需求；
3)储能电站作为可调节电源，能实现互补可再生能源出力波动，承担电力保障；
4)特高压直流输电线路，能承担着长距离、大容量、高比例可再生能源电力外送，送端主网能将风光火储电力通过特高压直流输电线路打捆外送给受端电网；
5)调相机作为弥补送端电网输电线路及换流站无功损失的无功补偿装置，用以保证无功功率的平衡。
4.根据权利要求1或2或3所述的面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于步骤S3具体为：
maxE＝Esa-Cun-Cpu-CC (4)
式中，E为系统等值年总收益；Esa、Cun、Cpu和CC分别为系统等值年售电收入、机组投资运维成本、考核费用、系统碳排放成本；其中，
1)系统等值年售电收入包括风电场、光伏电站、火电厂、储能电站的等值年售电收入，表示为：
式中，NW、NPV、NTP和T分别为风电场个数、光伏电站个数、火电厂个数和每个场景序列时段数；πsa为当地燃煤标杆电价；
和
分别为第i个风电场、第i个光伏电站、第i个火电厂和储能电站在t时刻的发电功率；
2)系统等值年机组投资运维成本包括系统中机组的投资成本、运维成本和燃料成本，表示为：
Cun＝Cinv+Cma+Cf (6)
式中，Cinv为机组投资成本；Cma为机组运维成本；Cf为机组燃料成本；
机组投资成本包括系统中储能机组和调相机的投资成本，表示为：
Cinv＝IESCES+ISCCSC (7)
式中，IES和ISC分别为储能机组和调相机的等年值系数；CES和CSC分别为储能机组和调相机的投资成本；
其中，各机组等年值系数I表示为：
式中，r为折现率；L为各机组寿命；
储能机组的投资成本表示为：
CES＝πPPS+πSSS (9)
式中，πP和πS分别为储能机组的单位功率成本和单位容量成本，PS和SS分别为储能机组的额定功率和容量；
调相机的投资成本表示为：
CSC＝πSCPSC (10)
式中，πSC为调相机的单位功率成本，PSC和SS为调相机的额定功率；
机组运维成本Cma包括系统中风电场、光伏电站和储能电站的运维成本，表示为：
式中，πw、πpv和πes分别为风电场、光伏电站和储能电站的单位容量运维成本；
机组燃料成本Cf包括系统中火电厂的燃料成本，表示为：
式中，a、b和c为火电机组煤耗成本系数；
3)系统等值年考核费用包括系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚，表示为：
Cpu＝Cab+Cvo (13)
式中，Cab和Cvo分别为系统等值年弃电惩罚和电压越限惩罚；
系统等值年弃电惩罚表示为：
式中，πab为系统单位弃电惩罚费用，Pt load、Pt tran为t时刻的本地负荷和外送电力；
系统等值年电压越限惩罚表示为：
式中，πvo为系统单位电压越限惩罚费用，ΔUt为t时刻的交流母线电压偏移量，αup和αli为理想电压偏移量上限和允许电压偏移量上限，UN为额定交流电压，
和
为系统发出有功功率和无功功率，R、X、G和B分别为送端系统交流线路π型等值电路的电阻、电抗、电导和电纳，Vart为调相机t时刻的总无功补偿量，Vart dc为调相机t时刻对送端系统换流站的无功补偿量；
4)系统碳排放成本表示为：
式中，πC为碳交易价格，EC为系统碳排放量，EC,q为系统碳排放配额；其中，系统等值年碳排放量EC表示为：
式中，EFTP为火电机组的二氧化碳排放因子。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于步骤S4中的约束条件包括：
1)系统运行约束
系统运行约束考虑所述系统供需平衡约束，即联合系统每个时刻发出的电能都应大于或等于这一时刻的负荷需求，表示为：
2)系统外送约束
系统外送约束包括系统外送功率上下限约束、系统外送通道利用率约束、系统外送电能在时段t内的功率变化约束，表示为：
式中，ηtran为系统外送通道利用率下限，rtran为系统外送电能在时段t内的功率变化速率限值，
为t-1时刻的外送电能；
3)常规机组约束
常规机组约束包括火电机组出力上下限约束和爬坡速率约束，表示为：
式中，
为火电厂的最小输出功率，rdt和rut分别为火电厂在时段t内最大减载和加载速率；
4)储能电站出力约束
储能电站出力约束包括储能充放电约束、充放电功率上下限约束和剩余电量上下限约束，表示为：
式中，
和
分别为电储能t时刻和t-1时刻的剩余电量，ηch和ηdis为电储能充放电的效率，Pt ES为电储能t时刻的充放电功率，Δt为时间间隔，
和
为电储能充放电功率的上限，
和
为电储能剩余电量的下限和上限；
5)调相机约束
调相机约束包括电压越限约束、调相机容量约束和换流站无功消耗约束，表示为：
式中，Qvar为调相机总容量，Qv为调相机单台容量，N和n为调相机总台数和调相机t时刻投切台数，
和μ为换流站的功率因数角和整流侧触发角，Ud和Udio为直流电压和理想直流空载电压，Xt为换相电抗，Id为直流运行电流。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的面向风光火储联合外送系统的储能加调相机容量配置方法，其特征在于步骤S4具体为：
1)以计及系统等值年售电收入、机组投资运维成本、等值年考核费用和碳排放成本的系统等值年收益最高为目标函数，考虑系统运行约束、系统外送约束、常规机组约束、储能电站出力约束和调相机约束，构建面向风光火储联合外送系统的“储能+调相机”容量配置模型；
2)求解所述容量配置模型，调节各类机组逐时刻发电功率、系统逐时刻外送容量、调相机逐时刻无功补偿功率、储能系统容量和调相机容量。
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115099558A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-09-23 | 浙江大学 | 一种中国电力行业的减排路径规划方法 |
| CN115130842A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-30 | 南方电网能源发展研究院有限责任公司 | 风光火一体化基地配置方法及装置 |
| CN115293547A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-04 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 调相机评估方法及装置 |
| CN118157105A (zh) * | 2024-02-23 | 2024-06-07 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司 | 风-光-火-储耦合发电控制方法 |
-
2021
- 2021-09-27 CN CN202111138995.4A patent/CN113852138A/zh active Pending
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