CN115102236A - 一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,包括:提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料;建立汛期梯级水库优化调度模型,获得水电单一月均电量;根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,计算弃电电量;建立汛期水光互补优化调度模型,获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。本发明利用梯级水库年调节能力优化汛期水电出力,在保障水电效益的基础上,量化分析水电出力与光伏出力在不同时间尺度上的容量特征,让出光伏电量的通道容量,避免汛期水电出力与光伏出力的电量合计溢出输电通道最大输电能力,进而解决清洁能源并网消纳问题,使得水光互补后的基地总电量最大。
Description
技术领域
本发明涉及清洁能源基地水光互补的梯级水库调度领域,具体为一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法。
背景技术
在水光互补的清洁能源基地年调节电站的水库调度,应以水光互补的水电与光伏消纳总电量最大化为目标,需要结合光伏出力特性和水电来水特性,提出水光互补的水库调度方法;现有的部分研究仅考虑单一能源的最优调度方式,并未统筹混合能源的互补效益,还有部分研究以混合能源合计电量最大为调度目标,但忽视了光伏出力在日内的波动性,仅采用平均出力进行替代计算,在实际运行过程中往往出现因为无法准确衡量光伏出力波动性对输电通道容量的占用情况,导致水电发电计划受到影响,例如水电电量过大,输电通道无法容纳水电、光电电量,进而出现弃电情况,由此引发的弃光或弃水现象严重干扰了基地运行效益。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,在梯级电站发电调度时,考虑光伏出力特性,解决清洁能源并网消纳问题,使得水光互补后的基地总电量最大。
技术方案:本发明的一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,包括以下步骤:
S1、提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界、输电通道最大能力;
S2、建立汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电单一月均电量;
S3、根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出水光互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;
S4、在汛期梯级水库优化调度模型基础上建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。
进一步的,步骤S2中汛期梯级水库优化调度模型包括:
S21、目标函数:
S22、约束函数:
(1)梯级水库出力平衡;
(2)梯级水库水量平衡;
Vi,m+1=Vi,m+(RQi,m-Qi,m-qsi,m)Δt
其中,Vi,m、Vi,m+1分别为第i个水库第m月初、末水库蓄水量;RQi,m、Qi,m、qsi,m分别为第i个水库第m月入库流量、发电流量、弃水流量;
(3)梯级水库水力联系;
RQi,m=Qi-1,m+qsi-1,m+QJi,m
其中,Qi-1,m为第i-1个水库第m月发电流量,qsi-1,m为第i-1个水库第m月弃水流量,QJi,m为第i-1个水库到第i个电站的区间流量;
(4)梯级水库水位控制边界限制,汛期初始时间节点梯级水库水位位于死水位、汛期结束时间节点梯级水库水位位于正常蓄水位;
(5)梯级水库水位限制;
Zi,min≤Zi≤Zi,max
其中,Zi为第i个水库运行水位,Zi,min、Zi,max分别为第i个水库最低、最高运行水位;
(6)梯级水库流量限制;
Qi,m,min≤Qi,m+qsi,m≤Qi,m,max
其中,Qi,m,min、Qi,m,max分别为i个水库第m月下泄流量下限、上限;
(7)梯级水库出力限制;
进一步的,步骤S3中光伏出力信息降维具体为:
水电出力特性具体为:
进一步的,步骤S3中水光互补电量边界包括需调电量和剩余空间,具体为:
其中,XTm为第m月需调电量;KTm为第m月剩余空间;为水电出力上限;为第m月水电单一月均出力;Ng为输电通道最大能力;Dm为第m月内的天数;T是短期运行时段数;Δt为计算步长;为第m月24小时水光叠加出力过程,计算公式为:
进一步的,
当XTm>KTm时,第m月需调电量超出了剩余空间,表示当输电通道最大能力月输电通道最大能力不足以消纳全部水光电量,将发生弃电现象,弃电为:
当XTm≤KTm时,第m月需调电量未超出剩余空间,表示当月输电通道最大能力足以消纳全部水光电量,不会发生弃电现象,弃电为:
进一步的,步骤S4中汛期水光互补优化调度模型包括:
S41、目标函数:
其中,W为全年水光电量,为第m月水电互补月均电量,为第m月24小时光伏电量,为第m月弃电电量,为第m月24小时水光叠加出力过程,为第m月水电互补月均出力,Dm为第m月内的天数,T是短期运行时段数,Δt为计算步长;
S42、约束函数包括:梯级水库出力平衡、梯级水库水量平衡、梯级水库水力联系、梯级水库水位控制边界限制、梯级水库水位限制、梯级电站流量限制和梯级电站出力限制。
本发明的一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度系统,包括:
数据提取模块,用于提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界和输电通道最大能力;
汛期梯级水库优化调度模型构建模块,用于构建汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,并求解模型获得水电单一月均电量;
水光互补电量边界计算模块,用于根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出汛期梯级水电互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;
汛期水光互补优化调度模型构建模块,用于建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。
本发明的一种装置设备,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如上述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤。
本发明的一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤。
有益效果:与现有技术相比,本发明通过汛期梯级水库优化调度模型,获得水电最优运行方式,以此作为水光互补优化调度基础,进一步考虑水光发电特性,提取水电出力上限与光伏出力波动性,由此获得水光互补电量边界作为弃电电量评价标准,在此基础上,建立汛期水光互补优化调度模型,获得汛期发电调度过程,避免汛期水电出力与光伏出力的电量合计溢出输电通道最大输电能力,进而解决清洁能源并网消纳问题,使得水光互补后的基地总电量最大。
附图说明
图1是本发明方法流程图;
图2是输电通道需调电量大于剩余空间示意图;
图3是输电通道需调电量小于剩余空间示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
基于梯级水电群具有较好年调节能力的特点,在进行梯级水库汛期发电调度时,用预测到的光伏出力过程去约束梯级电站的水电出力过程,进行梯级水库水光互补的水库优化调度,可以有效提高西部能源基地的电力供给连续性和均衡性,从而促进可再生能源的并网消纳,充分发挥水、光全绿色能源的互补发电效益。
清洁能源基地由光伏模块和水电模块组成,清洁能源在汛期易发生水光电量挤兑通道发生弃电风险,本发明通过考虑短期光伏出力与水电出力特性,利用梯级水库年调节能力优化汛期水电出力,在保障水电效益的基础上,量化分析水电出力与光伏出力在不同时间尺度上的容量特征,让出光伏电量的通道容量,避免汛期水电出力与光伏出力的电量合计溢出输电通道最大输电能力,进而解决清洁能源并网消纳问题,使得水光互补后的基地总电量最大。如图1所示,本发明的一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,包括以下步骤:
S1、提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界、输电通道最大能力等;
S2、建立汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,该过程不考虑光伏模块影响,采用动态规划或其它智能算法求解模型计算水电单一月均电量;具体的:
S21、目标函数:
S22、约束函数:
(1)梯级水库出力平衡;
(2)梯级水库水量平衡;
Vi,m+1=Vi,m+(RQi,m-Qi,m-qsi,m)Δt
其中,Vi,m、Vi,m+1分别为第i个水库第m月初、末水库蓄水量;RQi,m、Qi,m、qsi,m分别为第i个水库第m月入库流量、发电流量、弃水流量;
(3)梯级水库水力联系;
RQi,m=Qi-1,m+qsi-1,m+QJi,m
其中,Qi-1,m为第i-1个水库第m月发电流量,qsi-1,m为第i-1个水库第m月弃水流量,QJi,m为第i-1个水库到第i个水库的区间流量;
(4)梯级水库水位控制边界限制,汛期初始时间节点梯级水库水位位于死水位、汛期结束时间节点梯级水库水位位于正常蓄水位;
(5)梯级水库水位限制;
Zi,min≤Zi≤Zi,max
其中,Zi为第i个水库运行水位,Zi,min、Zi,max分别为第i个水库最低、最高运行水位;
(6)梯级水库流量限制;
Qi,m,min≤Qi,m+qsi,m≤Qi,m,max
其中,Qi,m,min、Qi,m,max分别为i个水库第m月下泄流量下限、上限;
(7)梯级水库出力限制;
S3、根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出水光互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;具体的:
S31、光伏出力信息降维具体为:
S32、水电出力特性具体为:
S33、水光互补电量边界由需调电量与剩余空间组成,具体为:
其中,为第m月24小时水光叠加出力过程;XTm为第m月需调电量,表示在当月24小时水光叠加出力超出输电通道最大能力限制,需要调节的电量;KTm为第m月剩余空间,表示在当月输电通道容纳24小时水光叠加出力后的剩余的电量空间;Ng为输电通道最大能力。
当XTm>KTm时,第m月需调电量超出了剩余空间,表示当输电通道最大能力月输电通道最大能力不足以消纳全部水光电量,将发生弃电现象,弃电为:
当XTm≤KTm时,第m月需调电量未超出剩余空间,表示当月输电通道最大能力足以消纳全部水光电量,不会发生弃电现象,弃电为:
S4、在汛期梯级水库优化调度模型基础上建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,不同之处在于该过程需要考虑光伏模块影响,采用动态规划或其它智能算法求解模型计算水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程;具体的:
S41、目标函数:
S42、约束函数:
约束函数(1)至(7)与S22中一致。
本发明的一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度系统,包括:
数据提取模块,用于提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界和输电通道最大能力;
汛期梯级水库优化调度模型构建模块,用于构建汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,并求解模型获得水电单一月均电量;
水光互补电量边界计算模块,用于根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出汛期梯级水电互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;
汛期水光互补优化调度模型构建模块,用于建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。
本发明的一种装置设备,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如上述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤,并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明的一种存储介质,存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤,并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明在梯级电站发电调度时,考虑光伏出力特性,利用梯级年调节水库的调节能力,调节汛期逐月梯级电站出力分配,避免汛期各月水电月均出力与光伏逐时出力的电量合计溢出输电通道最大输电能力,进而解决清洁能源并网消纳问题,使得水光互补后的基地总电量最大。
选取某流域的水光互补调度问题作为实施例进行分析,该系统由分布式光伏电站与6个梯级水库组成,通过水光发电共用输电通道的形式,组成互补发电系统;输电通道最大容量、水电装机规模、光伏装机规模均为1000万kW,汛期为6至10月份,提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料进行实施例计算。
建立汛期梯级水库优化调度模型,采用动态规划求解模型计算水电单一月均电量和水电单一月均出力,见表1。
表1汛期梯级水库优化调度成果
以汛期7月为例,进行光伏出力信息降维,见表2。
表2汛期7月光伏出力信息降维
图2是是输电通道需调电量大于剩余空间示意图,图3是输电通道需调电量小于剩余空间示意图,以汛期7月为例,进行水光互补电量边界计算,计算成果见表3,可知7月需调电量超出了剩余空间,7月弃电电量为6.929-2.685=4.24亿kW·h,该情况如图2所示。
表3水光互补电量边界计算
建立汛期水光互补优化调度模型,采用动态规划求解模型计算水电互补月均电量和水电互补月均出力,见表4。
表4汛期水光互补优化调度成果
在水电互补月均电量和水电互补月均出力基础上,以汛期7月为例,进行水光互补电量边界计算,计算成果见表5,可知7月需调电量未超出剩余空间,7月弃电电量为0亿kW·h,该情况如图3所示,对比表3和图2中汛期梯级水库优化调度模型求解成果的水光互补电量边界计算,水光电量的消纳情况得到明显改善,由4.24亿kW·h降至0亿kW·h,也避免了基地出现弃光或弃水情况。
表5水光互补电量边界计算
综上所述,汛期水电单一月均电量总和为267.39亿kW·h(见表1),汛期水电互补月均电量总和为266.03亿kW·h(见表4),前者总弃电电量为11.9亿kW·h,后者总弃电电量为0亿kW·h,虽然后者水电电量较前者下降1.36亿kW·h,但通过合理调配逐月光伏电量,避免了水光电量超出输电通道最大能力发生弃电风险,整体水光电量上升11.9-1.36=10.54亿kW·h,实现了水光互补后基地总电量最大的效果。
Claims (9)
1.一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界、输电通道最大能力;
S2、建立汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电单一月均电量;
S3、根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出水光互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;
S4、在汛期梯级水库优化调度模型基础上建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。
2.根据权利要求1所述的一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法,其特征在于,步骤S2中汛期梯级水库优化调度模型包括:
S21、目标函数:
S22、约束函数:
(1)梯级水库出力平衡;
(2)梯级水库水量平衡;
Vi,m+1=Vi,m+(RQi,m-Qi,m-qsi,m)Δt
其中,Vi,m、Vi,m+1分别为第i个水库第m月初、末水库蓄水量;RQi,m、Qi,m、qsi,m分别为第i个水库第m月入库流量、发电流量、弃水流量;
(3)梯级水库水力联系;
RQi,m=Qi-1,m+qsi-1,m+QJi,m
其中,Qi-1,m为第i-1个水库第m月发电流量,qsi-1,m为第i-1个水库第m月弃水流量,QJi,m为第i-1个水库到第i个电站的区间流量;
(4)梯级水库水位控制边界限制,汛期初始时间节点梯级水库水位位于死水位、汛期结束时间节点梯级水库水位位于正常蓄水位;
(5)梯级水库水位限制;
Zi,min≤Zi≤Zi,max
其中,Zi为第i个水库运行水位,Zi,min、Zi,max分别为第i个水库最低、最高运行水位;
(6)梯级水库流量限制;
Qi,m,min≤Qi,m+qsi,m≤Qi,m,max
其中,Qi,m,min、Qi,m,max分别为i个水库第m月下泄流量下限、上限;
(7)梯级水库出力限制;
7.一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度系统,其特征在于,包括:
数据提取模块,用于提取典型年汛期光伏模块与水电模块的计算资料,包括光伏逐时出力、梯级水库径流来水流量与区间流量、水位控制边界、水库下泄流量约束边界、水库出力约束边界和输电通道最大能力;
汛期梯级水库优化调度模型构建模块,用于构建汛期梯级水库优化调度模型,包括目标函数和约束函数,并求解模型获得水电单一月均电量;
水光互补电量边界计算模块,用于根据光伏出力信息降维与水电出力特性,获得水光互补电量边界,水电单一月均电量超出汛期梯级水电互补电量边界时,表示当月水光电量超出了输电通道最大能力,将出现弃电,并引发的弃光或弃水情况,反之不会出现弃电与弃光或弃水情况;
汛期水光互补优化调度模型构建模块,用于建立汛期水光互补优化调度模型,包括目标函数和约束函数,求解模型获得水电互补月均电量,以此获得汛期发电调度过程。
8.一种装置设备,其特征在于,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如权利要求1-6任一项所述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤。
9.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法的步骤。
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CN202210684121.7A CN115102236A (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 一种水光互补清洁能源基地年调节水库电站汛期发电调度方法 |
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