CN117078109A - 一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，涉及多能互补技术领域，主要包括可调容量范围确定、可调时段长计算以及可调电量计算三个步骤。本发明结合风电、光伏出力特性，根据水电互补调节风电、光伏出力的特点，提出了基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，并提出水电出力调节能力的概念，从空间和时间两个角度采用“可调容量范围&可调时段长”综合反映水电出力调节能力，基于此可直接计算得到水电可调节风光的最大可储电量或最大可增发电量，是一种有效且直接定量描述水电调节能力的方法。
Description
技术领域
本发明属于多能互补技术领域，具体涉及一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法。
背景技术
在当前“2030碳达峰、2060碳中和”战略背景下，国家大力鼓励新能源快速发展，由于新能源的随机性、波动性、间歇性等特点，需要常规水电、火电、抽水蓄能等调节电源平抑其不确定性，减少新能源并网对电网安全稳定的影响。水电具有机组启停快速、绿色清洁等优点，是一种重要的调节电源，与风电、光伏电站等新能源电站一体化互补运行，可实现水电与风光之间的优势互补，水风光互补是当前以及未来能源电力发展的一种重要形式。水风光一体化以水电为载体，充分利用水电调节能力调节吸纳风电、光伏电站出力，水电调节能力是水风光一体化互补的基础，如何表征水电调节能力对水风光一体化电源配置具有重要作用。
传统的水电调节能力主要采用库容系数表示，其中库容系数指水库调节库容(正常蓄水位对应库容与死库容差值)与入库多年平均径流量之比，一般以β表示。当β值大于0.30时，通常属于多年调节性能；当β值在0.08～0.30之间，一般属于年调节性能；当β值在0.02～0.08之间，属于不完全年调节性能，亦可称为季调节性能；当β低于0.02时，属于日调节性能，若接近于0则为径流式电站基本不具备调节性能。采用库容系数表征水电调节能力的方式，主要是定性地描述水电调节能力，难以反映水电可以调节风电、光伏出力的能力。
除了库容系数的表征方式外，当前研究均未提出其余表征水电调节能力的方法。
发明内容
基于背景技术中的情况，本发明提出一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，弥补现有技术的空白。
本发明的技术方案：
一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法主要包括可调容量范围确定、可调时段长计算以及可调电量计算三个步骤。其计算是以水电逐月径流计算成果为基础，且主要针对季调节以上性能的水电站。
(1)可调容量范围确定
水电出力调节的可调容量范围为水电最小出力到最大出力的范围，具体可表示如下：
Na＝Nmin～Nmax (公式1)
式中：Na——水电调节能力的可调容量范围，MW；
Nmin——水电站的最小出力，MW；
Nmax——水电站的最大出力，MW。
水电站最小出力为强迫出力，通常为水电站最小下泄生态流量对应的出力或水电站单机最小稳定运行流量对应的出力，两者取大值，若水电站各月的最小生态流量下放要求存在差异，且单机最小稳定运行流量小于最小下泄生态流量，则水电站各月的最小出力则不同。
水电站最大出力一般指预想出力，通常为水轮机发电机组在不同水头条件下，所能发出的最大出力，若水电站全年水头基本不受阻且当月不检修机组，则该值通常为电站装机容量，若水电站部分月份降低水位出现水头受阻，则预想出力需扣除受阻容量，且若水电站在某月机组正在检修，则需要进一步扣除检修机组的容量，具体某月的最大出力可表示如下：
Nmax＝Ni-Nd-Ns (公式2)
式中：Ni——水电站装机容量，MW；
Nd——水电站在该月的受阻容量，MW；
Ns——水电站在该月的检修机组容量，MW。
对于某个水电站的可调容量范围，考虑到水电站在各月的受阻情况及机组检修容量存在差异，则需对每个月的可调容量范围，进而采用最大的可调容量范围作为该水电站出力调节能力的可调容量范围。
(2)可调时段长计算
水电站可调时段长为水电可连续满发时段长与可连续发最小出力时段长的较小值，具体可表示如下：
Ta＝Min(Tcma，Tcmi) (公式3)
式中：Ta——水电站可调时段长，d；
Tcma——水电站可连续满发时段长，d；
Tcmi——水电站可连续发最小出力时段长，d。
水电站可连续满发时段长及可连续发最小出力时段长基于水电径流调节计算成果及水库库容进行计算。梯级水电径流调节通常采用长系列逐月径流资料进行计算，计算结果包含各梯级电站逐月平均出力、月初月末水位、保证出力以及多年平均发电量等参数。两个时段长基于逐月平均出力、月初月末水位以及水库库容进行计算，对于不同来水年份计算结果存在差异，对于评价水电出力调节能力，可采用平水年进行计算，对平水年各月的可调时段长进行计算，以12月中最长的可调时段长作为该水电站的可调时段长。
对于某个月，以该月的平均出力、最大出力以及月初月末水位进行计算连续可满发时段长及连续可发最小出力时段长，具体计算如下：
1)连续可满发时段长
连续可满发时段长的计算主要分为两步，第一步基于月平均出力、最大出力及最小出力进行计算，具体如下：
式中：Tca——基于电量平衡的连续可满发时段，d；
——某月平均出力，MW；
D——该月的天数，d。
第二步则以月初水位为初始水位进行连续放水，以当月最低限制水位为下限分析得到可连续放水的时段Td，与Tca两者取较小值则为该月连续可满发时段长，即：
Tcma＝Min(Tca，Td) (公式5)
2)连续可发最小出力时段长
从电量平衡的角度，根据Tca则可计算得到连续可发最小出力时段长，具体如下：
Tci＝D-Tca (公式6)
式中：Tci——基于电量平衡的连续可发最小出力时段长，d。
进一步以月初月末水位限制，连续发最小出力则为水库连续蓄水，以月初水位为初始水位进行蓄水，以该月最高限制水位为上限分析得到可连续蓄水的时段Tim，与Tci两者取较小值则为该月连续可发最小出力时段长，即：
Tcmi＝Min(Tci，Tim) (公式7)
(3)可调电量计算
可调电量是水电相对于月平均出力可调节的电量，将相对于水电平均出力的减少量视为可储电量，基于上述水电出力调节能力指标，则水电最大可储电量如下式：
式中：Es——基于水电出力调节能力的最大可储电量，kWh。
将水电相对于平均出力增加的电量视为可增发电量，基于上述水电出力调节能力指标，水电最大可增发电量如下式：
式中：Eg——基于水电出力调节能力的最大可增发电量，kWh。
将最大可储电量及最大可增发电量两者取小值则为水电站在该月的可调电量，如下式：
Ea＝Min(Es，Eg) (公式10)
式中：Ea——基于水电出力调节能力的可调电量，kWh。
有益效果
本发明结合风电、光伏出力特性，根据水电互补调节风电、光伏出力的特点，提出了基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，并提出水电出力调节能力的概念，从空间和时间两个角度采用“可调容量范围&可调时段长”综合反映水电出力调节能力，基于此可直接计算得到水电可调节风光的最大可储电量或最大可增发电量，是一种有效且直接定量描述水电调节能力的方法。
本发明提出的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法概念创新、方法思路清晰、计算公式明确，实现了水电调节能力的定性描述至定量表征的转变，弥补了水电调节能力定量表征的空白，具有明显的创新性。
本发明提出的方法可大范围推广至各水电站调节能力的计算，尤其是对于需配置风光与之一体化互补运行的水电站，采用该方法将水电配置风光的能力计算清楚，对水风光一体化经济合理配置及建成后的合理运行具有重要作用。
附图说明
附图1为本发明的思路图；
附图2为可调容量范围及基于电量平衡的连续可调时段示意图；
附图3为以水位限制的连续可调时段示意图；
附图4为可调电量示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例。一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法：
如图1所示，一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法主要包括可调容量范围确定、可调时段长计算以及可调电量计算三个步骤。
第一步为可调容量范围的确定。水电出力调节的可调容量范围为水电最小出力到最大出力的范围，如图2所示，相应公式为：Na＝Nmin～Nmax；
式中：Na为水电调节能力的可调容量范围，MW；Nmin为水电站的最小出力，MW；Nmax为水电站的最大出力，MW。
水电站最小出力通常为水电站最小下泄生态流量对应的出力或水电站单机最小稳定运行流量对应的出力，两者取大值。
水电站最大出力一般指预想出力，通常为水轮机发电机组在不同水头条件下，所能发出的最大出力，若水电站全年水头基本不受阻且当月不检修机组，则该值通常为电站装机容量，若水电站部分月份降低水位出现水头受阻，则预想出力需扣除受阻容量，且若水电站在某月机组正在检修，则需要进一步扣除检修机组的容量，相应公式为：Nmax＝Ni-Nd-Ns；
式中：Ni为水电站装机容量，MW；Nd为水电站在该月的受阻容量，MW；Ns为水电站在该月的检修机组容量，MW。
对于某个水电站的可调容量范围，考虑到水电站在各月的受阻情况及机组检修容量存在差异，则需对每个月的可调容量范围，进而采用最大的可调容量范围作为该水电站出力调节能力的可调容量范围。
第二步为可调时段长计算。水电站可调时段长为水电可连续满发时段长与可连续发最小出力时段长的较小值，相应公式为：Ta＝Min(Tcma,Tcmi)；
式中：Ta为水电站可调时段长，d；Tcma为水电站可连续满发时段长，d；Tcmi为水电站可连续发最小出力时段长，d。水电站可连续满发时段长及可连续发最小出力时段长基于水电径流调节计算成果及水库库容进行计算。两个时段长基于逐月平均出力、月初月末水位以及水库库容进行计算，可采用平水年进行计算，对平水年各月的可调时段长进行计算，以12月中最长的可调时段长作为该水电站的可调时段长。
连续可满发时段的计算主要分为两步，首先基于月平均出力、最大出力及最小出力进行计算，如图2所示，相应公式为：
式中：Tca为基于电量平衡的连续可满发时段，d；为某月平均出力，MW；D为该月的天数，d。
进而则以月初水位为初始水位进行连续放水，以当月最低限制水位为下限分析得到可连续放水的时段Td，如图3所示，与Tca两者取较小值则为该月连续可满发时段长Tcma。
同理，连续可发最小出力时段的计算首先从电量平衡的角度，根据Tca则可计算得到连续可发最小出力时段长Tci，如图2所示，相应公式为：Tci＝D-Tca。
进一步以月初水位为初始水位进行连续蓄水，以该月最高限制水位为上限分析得到可连续蓄水的时段Tim，如图3所示，与Tci两者取较小值则为该月连续可发最小出力时段长Tcmi。
第三步为可调电量的计算。可调电量是水电相对于月平均出力可调节的电量，将相对于水电平均出力的减少量视为可储电量，基于水电出力调节能力指标，相应公式为：式中Es为最大可储电量，kWh。如图4(a)中的①即为最大可储电量，且为保证月内水电电量平衡，前面时段储电，则后续时段则需增加发电，如图中②所示，且电量相等，即①的电量与②相等。
将水电相对于平均出力增加的电量视为可增发电量，基于水电出力调节能力指标，水电最大可增发电量为：其中Eg为最大可增发电量，kWh。如图4(b)中的③即为最大可增发电量，同理③的电量与④相等。
将最大可储电量及最大可增发电量两者取小值则为水电站在该月的可调电量Ea。
通过上述方法进行实施，某水电站装机容量1500MW，平水年12月无检修和受阻容量，强迫出力为115MW，则该月可调容量范围为115～1500MW；该月平均出力为600MW，月初水位为3048m，该月最低和最高限制水位分别为3014m、3054m，计算得到该月可调时段长为5.8天；进一步计算得到可调电量为281.3万kWh。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：包括步骤：可调容量范围确定、可调时段长计算以及可调电量计算。
2.根据权利要求1所述的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：所述可调容量范围的确定：可调容量范围为水电最小出力到最大出力的范围，公式为：Na＝Nmin～Nmax；
式中：Na为水电调节能力的可调容量范围，MW；Nmin为水电站的最小出力，MW；Nmax为水电站的最大出力，MW。
3.根据权利要求2所述的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：所述水电站的最小出力为强迫出力，为水电站最小下泄生态流量对应的出力或水电站单机最小稳定运行流量对应的出力中的大值；所述水电站的最大出力为预想出力，为水轮机发电机组在不同水头条件下，所能发出的最大出力；若水电站全年水头基本不受阻且当月不检修机组，则该值为电站装机容量；若水电站部分月份降低水位出现水头受阻，则预想出力扣除受阻容量，且若水电站在某月机组正在检修，则进一步扣除检修机组的容量，公式为：Nmax＝Ni-Nd-Ns；
式中：Ni为水电站装机容量，MW；Nd为水电站在该月的受阻容量，MW；Ns为水电站在该月的检修机组容量，MW。
4.根据权利要求3所述的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：所述可调时段长计算：可调时段长为水电可连续满发时段长与可连续发最小出力时段长中的小值，公式为：Ta＝Min(Tcma,Tcmi)；
式中：Ta为水电站可调时段长，d；Tcma为水电站可连续满发时段长，d；Tcmi为水电站可连续发最小出力时段长，d。
5.根据权利要求4所述的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：所述水电站可连续满发时段长及可连续发最小出力时段长基于水电径流调节计算成果及水库库容进行计算；两个时段长基于逐月平均出力、月初月末水位以及水库库容进行计算，可采用平水年进行计算，对平水年各月的可调时段长进行计算，以12月中最长的可调时段长作为该水电站的可调时段长；
水电站连续可满发时段长的计算，基于月平均出力、最大出力及最小出力进行计算，公式为：
式中：Tca为基于电量平衡的连续可满发时段，d；为某月平均出力，MW；
D为该月的天数，d；
以月初水位为初始水位进行连续放水，以当月最低限制水位为下限分析得到可连续放水的时段Td，与Tca两者取较小值为该月连续可满发时段长Tcma，公式为：Tcma＝Min(Tca,Td)；
连续可发最小出力时段的计算，根据Tca计算得到连续可发最小出力时段长Tci，公式为：Tci＝D-Tca；
月初水位为初始水位进行连续蓄水，以该月最高限制水位为上限分析得到可连续蓄水的时段Tim，与Tci两者取较小值则为该月连续可发最小出力时段长，公式为：Tcmi＝Min(Tci,Tim)。
6.根据权利要求5所述的基于水风光互补的水电调节能力表征及计算方法，其特征在于：所述可调电量计算：可调电量是水电相对于月平均出力可调节的电量，将相对于水电平均出力的减少量视为可储电量，基于上述水电出力调节能力指标，公式为：Es＝式中Es为最大可储电量，kWh；
将水电相对于平均出力增加的电量视为可增发电量，基于水电出力调节能力指标，水电最大可增发电量为：式中Eg为最大可增发电量，kWh；
将最大可储电量及最大可增发电量两者取小值则为水电站在该月的可调电量为：Ea＝Min(Es,Eg)，式中Ea为基于水电出力调节能力的可调电量，kWh。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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