CN115549138A - 一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统 - Google Patents

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CN115549138A CN202211202091.8A CN202211202091A CN115549138A CN 115549138 A CN115549138 A CN 115549138A CN 202211202091 A CN202211202091 A CN 202211202091A CN 115549138 A CN115549138 A CN 115549138A
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李惠玲
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Abstract

本发明公开了一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统，包括：获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。该方案可充分发挥多能互补的优势，在确保外送系统安全、可靠运行的前提下，最大程度地减小新能源弃电量，大幅提升新能源利用率。

Description

一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统。
背景技术
随着我国火电资源开发逐步放缓，风电和光伏发电技术的日益成熟，大量可再生能源替代了传统能源。大容量风电、光伏发电输出功率波动性和间歇性对电力系统安全稳定和灵活高效运行带来影响，此外，由于可再生能源出力的预测误差相对较大，可再生能源发电场站的经济效益在含高比例可再生能源接入的电力系统中将会受到明显的影响。在我国的北方地区，因为调峰容量不足、输电通道拥塞等原因，造成了大量弃风、弃光问题。
储能系统具有快速调节的性能，可以安装在可再生能源发电场站侧，通过储能充放电的优化控制，缓解输电阻塞和电网调峰能力限制，提高可再生能源场站的上网电量起到平滑可再生能源发电出力、提高发电出力的可控性、增强可再生能源市场竞争力等作用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法，包括：
获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；
根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；
根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；
根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
进一步的，获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性，包括：
收集若干历史年份下外送系统中各类型电源装机规模及负荷最大值，以及对应年份各类电源的出力系数和负荷系数；
根据所述出力系数和负荷系数，计算各自从同时段电源出力系数平均值和负荷系数平均值。
进一步的，根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型，包括：
根据所述出力特性和负荷变化特性，建立外送潮流计算和稳定计算模型；
通过所述模型确定水平年下典型常规水电、火电装机容量与出力值，新能源装机容量与出力值，各类发电机稳定模型，直流传输功率，交流输电线路参数，变压器参数，网络互联拓扑结构，以及直流输电系统控制方式和控制器参数。
进一步的，通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力，包括：
确定所述外送系统重要断面的结构，根据所述重要断面的结构确定模拟的交直流故障类型；
根据所述外送系统各大类电源典型开机方式和所述外送系统模型，评估典型方式下重要断面的近区一级、二级线路故障后外送系统功角、电压及频率稳定性；
根据所述外送系统功角、电压及频率稳定性，调整外送断面输电功率值，并重新进行故障校核，直至计算出外送断面输电功率极限值。
进一步的，还包括：外送断面极限受限的因素包括但不限于：输电线路的热稳定能力制约，故障后外送系统中常规机组的功角失稳问题，故障后外送系统或新能源机组的电压失稳、频率失稳问题。
进一步的，根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，包括：
根据所述外送系统模型，确定水平年下外送系统各类电源装机规模、负荷预测值，根据所述电源装机规模和负荷预测值，确定水平年下各时段的电源出力值及负荷值；
计算水平年下各时段外送断面的输电功率，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000021
式中，PSEND表示某时段外送断面输电功率，Pi表示该时段外送系统中第i类电源的有功出力值，PLOAD表示该时段外送系统负荷值，PDC表示该时段外送系统直流功率值，PLOSS表示该时段外送系统输电损耗。
进一步的，确定外送系统的弃电指标，包括：
根据所述外送系统全时序生产模拟仿真结果，逐日计算外送系统弃电量，具体方法如下：判断各时段外送断面输电功率是否超出其输电能力，若是，则
Figure BDA0003872368290000031
式中，DSQi表示第i天的全天弃电量，SQj表示时段j的弃电量，PSENDj表示时段j的外送断面输电功率，PMAXj表示时段j的外送断面输电能力，1h表示一小时；
根据所述全天充电量，计算所述外送系统的全年弃电量和新能源弃电率，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000032
式中，YSQ表示外送系统全年弃电量，λ表示外送系统全年的新能源弃电率，PWi表示时段i的风电出力值，PGi表示时段i的光伏出力值。
进一步的，根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量，包括：
基于所述外送系统的各日弃电量，结合弃电量的概率分布情况，确定所述外送系统的多种储能容量配置方案；
计算各大储能容量配置方案下储能装置年发电量及外送系统弃电指标，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000033
Figure BDA0003872368290000034
式中，YSC表示储能装置的全年发电量，DSCi储能系统第i天的全天发电量，λC表示考虑储能装置后的外送系统全年新能源弃电率；
结合储能成本，计算各配置方案下储能投资回收期，计算公式如下：
C×SC+α×C×SC×n＝n×YSC×β
式中，n表示储能装置投资回收年份，C表示储能单位成本，α表示储能年运行维护成本系数，β表示电价；
综合储能投资回收期限及外送系统新能源弃电率，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
本发明同时提供一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置系统，包括：
出力特性和负荷变化特性获取模块，用于获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；
输电能力计算模块，用于根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；
弃电指标确定模块，用于根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；
最优储能配置容量确定模块，用于根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
本发明提供一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统，基于网内风、光、水、火出力特性及负荷特性开展外送系统8760小时全时序生产模拟仿真，结合外送系统重要输电断面稳定限额评估外送系统弃电指标，根据弃电量概率分布提出多种储能容量配置方案，并综合储能投资经济性分析及外送系统新能源弃电率，优选出外送系统储能配置容量方案。该方案可充分发挥多能互补的优势，在确保外送系统安全、可靠运行的前提下，最大程度地减小新能源弃电量，大幅提升新能源利用率。
附图说明
图1是本发明提供的一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法的流程示意图；
图2是本发明涉及的外送系统MW仿真结构图；
图3是本发明涉及的MWDZ～CP线路三永N-1故障后近区机组功角变化；
图4是本发明提供的一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置系统的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本发明实施例提供的一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法的流程示意图，下面结合图1对本发明提供的方法进行详细说明。
步骤S101，获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性。
收集若干历史年份下外送系统中各类型电源装机规模及负荷最大值，以及对应年份各类电源的出力系数和负荷系数；
根据所述出力系数和负荷系数，计算各自从同时段电源出力系数平均值和负荷系数平均值。将电源出力系数平均值和负荷系数平均值作为外送系统生产模拟的计算参数。
步骤S102，根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力。
在电力系统仿真软件PSD-BPA中，根据所述出力特性和负荷变化特性，建立外送潮流计算和稳定计算模型；包括确定水平年下典型常规水电、火电装机容量与出力值，风电、光伏等新能源装机容量与出力值，各类发电机稳定模型，直流传输功率，交流输电线路参数，变压器参数，网络互联拓扑结构，以及直流输电系统控制方式和控制器参数等。
确定所述外送系统重要断面的结构，根据所述重要断面的结构确定模拟的交直流故障类型；交直流故障类型包括：交流线路单瞬或三永N-1故障，直流换相失败故障，直流单极闭锁故障等。
根据所述外送系统各大类电源典型开机方式和所述外送系统模型，评估典型方式下重要断面的近区一级、二级线路故障后外送系统功角、电压及频率稳定性；
根据所述外送系统功角、电压及频率稳定性，调整外送断面输电功率值，并重新进行故障校核，直至计算出外送断面输电功率极限值，即得出外送系统重要断面的输电能力PMAX。外送断面极限受限因素包括：输电线路的热稳定能力制约，故障后外送系统中常规机组的功角失稳问题，故障后外送系统或新能源机组的电压失稳、频率失稳问题等。
步骤S103，根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标。
根据所述外送系统模型，确定水平年下外送系统各类电源装机规模、负荷预测值，根据所述电源装机规模和负荷预测值，确定水平年下各时段的电源出力值及负荷值；
计算水平年下各时段外送断面的输电功率，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000061
式中，PSEND表示某时段外送断面输电功率，Pi表示该时段外送系统中第i类电源的有功出力值，PLOAD表示该时段外送系统负荷值，PDC表示该时段外送系统直流功率值，PLOSS表示该时段外送系统输电损耗。
根据所述外送系统全时序生产模拟仿真结果，逐日计算外送系统弃电量，具体方法如下：判断各时段外送断面输电功率是否超出其输电能力，若是，则
Figure BDA0003872368290000062
式中，DSQi表示第i天的全天弃电量，SQj表示时段j的弃电量，PSENDj表示时段j的外送断面输电功率，PMAXj表示时段j的外送断面输电能力，1h表示一小时；
根据所述全天充电量，计算所述外送系统的全年弃电量和新能源弃电率，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000063
式中，YSQ表示外送系统全年弃电量，λ表示外送系统全年的新能源弃电率，PWi表示时段i的风电出力值，PGi表示时段i的光伏出力值。
步骤S104，根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
基于所述外送系统的各日弃电量，结合弃电量的概率分布情况，确定所述外送系统的多种储能容量配置方案；
计算各大储能容量配置方案下储能装置年发电量及外送系统弃电指标，计算公式如下：
Figure BDA0003872368290000064
Figure BDA0003872368290000071
式中，YSC表示储能装置的全年发电量，DSCi储能系统第i天的全天发电量，λC表示考虑储能装置后的外送系统全年新能源弃电率；
结合储能成本，计算各配置方案下储能投资回收期，计算公式如下：
C×SC+α×C×SC×n＝n×YSC×β
式中，n表示储能装置投资回收年份，C表示储能单位成本，α表示储能年运行维护成本系数，β表示电价；
综合储能投资回收期限及外送系统新能源弃电率，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
具体应用的实施例如下：
以实际电网为例，说明一种多能互补外送系统中储能容量优化配置方法的实现步骤：
(1)收集外送系统全时序各类电源出力特性、负荷变化特性；
以外送系统MW为仿真测试系统，该系统中电源构成为水电、风电、光伏，调研收集了前五个历史年份下MW系统中风、光、水等各类型电源8760小时出力系数及负荷系数，并以各年份同时段电源出力系数平均值、负荷系数平均值作为外送系统生产模拟的计算参数。以MW系统中水电满发的10月份某天(10月1日)为例，该天各时段电源出力系数及负荷系数如下表所示：
表1 MW系统10月1日各时段电源出力系数及负荷系数
Figure BDA0003872368290000072
步骤2：建立外送系统仿真模型
在电力系统机电暂态仿真软件PSD-BPA中，建立如图2所示外送系统MW潮流、稳定仿真计算模型，确定水平年下MW系统中水电装机容量为1670MW、风电装机容量为204MW、光伏装机容量为1500MW、负荷最大值为48MW，输电线路MWDZ～CP双回500kV的线路型号为LGJ-4*300，典型方式下水电机组按照全开满发考虑、风电出力最大同时率为60％、光伏出力最大同时率为75％。
步骤3：评估外送系统重要断面输电能力
MWDZ～CP双回500kV线路即为MW系统的外送断面，对该断面近区一级、二级出线进行三永N-1故障、直流单极闭锁故障仿真校核，结果显示，MWDZ～CP线路三永N-1故障情况下，MW系统中水电机组相对主网功角失稳，系统内新能源机组发生过电压脱网，该故障发生后系统暂态响应如图3所示。
调整MW系统内风光出力值，并重新进行近区线路的故障校核，仿真结果表明，水电满发时，为满足N-1准则，受MWDZ～CP线路三永N-1故障后系统暂态稳定问题制约，MWDZ～CP外送断面输电能力为2048MW；水电未满发时，受MWDZ～CP线路三永N-1故障后线路热稳能力制约，MWDZ～CP外送断面输电能力为2062MW。
步骤4：外送系统全时序生产模拟仿真
根据确定出的出力系数及负荷系数，对MW系统进行8760小时生产模拟仿真，以10月1日为例，该天各时段外送断面输送功率值如下表所示：
表2MW系统10月1日各时段外送断面输送功率值(MW)
时段 外送功率 时段 外送功率 时段 外送功率 时段 外送功率
1 1637.759 7 1649.844 13 2470.045 19 1840.990
2 1640.783 8 1652.175 14 2423.961 20 1665.011
3 1640.899 9 1760.533 15 2458.928 21 1673.343
4 1642.355 10 2023.002 16 2531.308 22 1672.792
5 1645.805 11 2237.303 17 2382.181 23 1673.634
6 1650.364 12 2318.702 18 2215.735 24 1672.544
步骤5：计算外送系统弃电指标
以10月1日为例，MW系统该天各时段弃电量如下表所示：
表3 MW系统10月1日各时段弃电量(MWh)
时段 弃电量 时段 弃电量 时段 弃电量 时段 弃电量
1 0 7 0 13 422.04 19 0
2 0 8 0 14 375.96 20 0
3 0 9 0 15 410.93 21 0
4 0 10 0 16 483.31 22 0
5 0 11 189.30 17 334.18 23 0
6 0 12 270.70 18 167.74 24 0
总计得出10月1日全天弃电量为265.42万千瓦时。
同理计算得出其他各日的全天弃电量，进而得出MW系统年弃电量为12123.9万千瓦时。8760小时中，MW系统有825个小时存在外送功率受阻的情况，新能源弃电率为4.5％。
步骤6：外送系统储能容量配置方案比选
梳理MW系统各日弃电量，结合弃电量的概率分布情况，确定MW系统储能容量分别为10万kWh、20万kWh、30万kWh、40万kWh、60万kWh共计5种配置方案，各种配置方案下储能投资回收情况如下表所示，计算中储能单位成本为500元/kWh，电价为0.88元/kWh，储能年运行维护成本系数为5％。
表3 MW系统储能投资回收情况
项目 单位 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
储能规模 万kWh 10 20 30 40 60
储能投资 万元 5000 10000 15000 20000 30000
储能年运行维护费用 万元 250 500 750 1000 1500
储能年发电量 万kWh 1824.6 3344.2 4608.1 5673.4 7423.2
储能回收期 年 3.7 4.0 4.5 5.0 6.0
新能源弃电率 ％ 3.8 3.3 2.8 2.4 1.8
综合储能投资评估及新能源弃电率等多因素考虑，建议MW系统储能装置配置容量在20万kWh～30万kWh较为适宜。
基于同一发明构思，本发明同时提供一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置系统400，如图4所示，包括：
出力特性和负荷变化特性获取模块410，用于获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；
输电能力计算模块420，用于根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；
弃电指标确定模块430，用于根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；
最优储能配置容量确定模块440，用于根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
本发明提供一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法及系统，基于网内风、光、水、火出力特性及负荷特性开展外送系统8760小时全时序生产模拟仿真，结合外送系统重要输电断面稳定限额评估外送系统弃电指标，根据弃电量概率分布提出多种储能容量配置方案，并综合储能投资经济性分析及外送系统新能源弃电率，优选出外送系统储能配置容量方案。该方案可充分发挥多能互补的优势，在确保外送系统安全、可靠运行的前提下，最大程度地减小新能源弃电量，大幅提升新能源利用率。
最后应该说明的是：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范围当中。

Claims (9)

1.一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置方法，其特征在于，包括：
获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；
根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；
根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；
根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性，包括：
收集若干历史年份下外送系统中各类型电源装机规模及负荷最大值，以及对应年份各类电源的出力系数和负荷系数；
根据所述出力系数和负荷系数，计算各自从同时段电源出力系数平均值和负荷系数平均值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型，包括：
根据所述出力特性和负荷变化特性，建立外送潮流计算和稳定计算模型；
通过所述模型确定水平年下典型常规水电、火电装机容量与出力值，新能源装机容量与出力值，各类发电机稳定模型，直流传输功率，交流输电线路参数，变压器参数，网络互联拓扑结构，以及直流输电系统控制方式和控制器参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力，包括：
确定所述外送系统重要断面的结构，根据所述重要断面的结构确定模拟的交直流故障类型；
根据所述外送系统各大类电源典型开机方式和所述外送系统模型，评估典型方式下重要断面的近区一级、二级线路故障后外送系统功角、电压及频率稳定性；
根据所述外送系统功角、电压及频率稳定性，调整外送断面输电功率值，并重新进行故障校核，直至计算出外送断面输电功率极限值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：外送断面极限受限的因素包括但不限于：输电线路的热稳定能力制约，故障后外送系统中常规机组的功角失稳问题，故障后外送系统或新能源机组的电压失稳、频率失稳问题。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，包括：
根据所述外送系统模型，确定水平年下外送系统各类电源装机规模、负荷预测值，根据所述电源装机规模和负荷预测值，确定水平年下各时段的电源出力值及负荷值；
计算水平年下各时段外送断面的输电功率，计算公式如下：
Figure FDA0003872368280000021
式中，PSEND表示某时段外送断面输电功率，Pi表示该时段外送系统中第i类电源的有功出力值，PLOAD表示该时段外送系统负荷值，PDC表示该时段外送系统直流功率值，PLOSS表示该时段外送系统输电损耗。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，确定外送系统的弃电指标，包括：
根据所述外送系统全时序生产模拟仿真结果，逐日计算外送系统弃电量，具体方法如下：判断各时段外送断面输电功率是否超出其输电能力，若是，则
Figure FDA0003872368280000022
式中，DSQi表示第i天的全天弃电量，SQj表示时段j的弃电量，PSENDj表示时段j的外送断面输电功率，PMAXj表示时段j的外送断面输电能力，1h表示一小时；
根据所述全天充电量，计算所述外送系统的全年弃电量和新能源弃电率，计算公式如下：
Figure FDA0003872368280000023
式中，YSQ表示外送系统全年弃电量，λ表示外送系统全年的新能源弃电率，PWi表示时段i的风电出力值，PGi表示时段i的光伏出力值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量，包括：
基于所述外送系统的各日弃电量，结合弃电量的概率分布情况，确定所述外送系统的多种储能容量配置方案；
计算各大储能容量配置方案下储能装置年发电量及外送系统弃电指标，计算公式如下：
Figure FDA0003872368280000031
Figure FDA0003872368280000032
式中，YSC表示储能装置的全年发电量，DSCi储能系统第i天的全天发电量，λC表示考虑储能装置后的外送系统全年新能源弃电率；
结合储能成本，计算各配置方案下储能投资回收期，计算公式如下：
C×SC+α×C×SC×n＝n×YSC×β
式中，n表示储能装置投资回收年份，C表示储能单位成本，α表示储能年运行维护成本系数，β表示电价；
综合储能投资回收期限及外送系统新能源弃电率，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
9.一种多种互补外送系统中的储能容量优化配置系统，其特征在于，包括：
出力特性和负荷变化特性获取模块，用于获取外送系统全时序各类电源的出力特性和负荷变化特性；
输电能力计算模块，用于根据所述出力特性和负荷变化特性构建外送系统仿真模型；通过所述外送系统模型，计算外送系统重要断面的输电能力；
弃电指标确定模块，用于根据所述外送系统模型，对外送系统全时序生产模拟仿真，确定外送系统的弃电指标；
最优储能配置容量确定模块，用于根据所述外送系统重要断面的输电能力和充电指标，以及储能成本，确定所述外送系统的最优储能配置容量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117879018A (zh) * 2024-03-12 2024-04-12 国网安徽省电力有限公司经济技术研究院 面向新能源消纳的储能系统的配置运行方法

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