一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法，針對當(dāng)前光伏電站群外送電容量配置不合理、利用率較低的問題，本發(fā)明以光伏電站有功出力特性及負(fù)荷特性為基礎(chǔ)，綜合考慮輸電收益、輸電線路建設(shè)成本、儲能系統(tǒng)成本、減少備用容量及環(huán)境影響等因素，建立了以輸電系統(tǒng)綜合投資收益最大化為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)，以此來優(yōu)化光伏電站外送輸電容量。具有方法科學(xué)合理，適用性強，綜合收益最大化等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，使人們同時面對著能源與環(huán)境的巨大壓力。太陽能作為一 種可再生能源，具有安全、清潔、分布廣泛等特點，越來越受到人們的關(guān)注。大規(guī)模的集中式 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能發(fā)電的發(fā)展趨勢之一，其大多分布在太陽能資源相對豐富穩(wěn)定 的偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，通過高電壓、遠(yuǎn)距離的輸電線路接入系統(tǒng)。
[0003] 太陽能不同于風(fēng)能、水能等其他可再生能源，有其獨特自然特性。光伏電站的發(fā)電 量與太陽輻射強度、溫度密切相關(guān)。日落后，太陽能電池?zé)o法在夜間發(fā)電。由于云層遮擋導(dǎo) 致太陽輻射的不確定性，光伏電站的保護(hù)動作，以及太陽能電池板熱斑效應(yīng)、老化等因素， 光伏電站的有功出力很難達(dá)到其峰值功率；同時，由于上述原因產(chǎn)生的有功出力波動，隨著 光伏電站裝機容量的擴大，對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響也難以忽視。儲能系統(tǒng)雖然成本較高，但可 以實現(xiàn)能量的時空平移，滿足系統(tǒng)的有功平衡。對于擬建設(shè)的大規(guī)模的光伏電站群，可通過 增加儲能系統(tǒng)來改善光伏電站群出力特性。
[0004] 傳統(tǒng)光伏電站群輸電系統(tǒng)是通過線路將各個光伏電站功率匯集到一個中心變電 站，再通過一回或多回電壓等級較高的輸電線路接入電網(wǎng)，輸電線路容量配置方法是按光 伏電站的裝機容量來配置。對于具有大規(guī)模光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的我國西部地區(qū)，光伏發(fā)電 等效滿發(fā)年利用小時數(shù)約為1600小時。如果按照裝機容量配置輸電線路容量，這就會導(dǎo)致 輸電線路利用水平較低；如果降低輸電線路容量，很可能導(dǎo)致在光伏發(fā)電高峰時段，功率不 能及時送出，導(dǎo)致"棄光限電"現(xiàn)象發(fā)生。
[0005] 對于大型光伏電站群，光伏電站建設(shè)投資大，但太陽能的轉(zhuǎn)化效率并不高。光伏電 站群外送輸電容量配置，不僅要珍惜寶貴的太陽能發(fā)電資源，還要盡可能的減少光伏發(fā)電 并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的影響。因此，有必要考慮多方面的因素，優(yōu)化輸電線路建設(shè)方案，提高輸 電系統(tǒng)的綜合收益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種以光伏電站有功出力特性及負(fù)荷特性為 基礎(chǔ)，綜合考慮輸電收益、輸電線路建設(shè)成本、儲能系統(tǒng)成本、減少備用容量及環(huán)境影響等 因素，建立了以輸電系統(tǒng)綜合投資收益最大化為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)，以此來優(yōu)化光伏電站外 送輸電容量的基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法。
[0007] 解決其技術(shù)問題采用的方案是：一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu) 化方法，它包括以下步驟：
[0008] 1)光伏電站群出力特性分析
[0009] 大規(guī)模的光伏電站群通常有多個光伏電站組成，每個光伏電站有功出力通過線路 匯聚到一個主變電站，再通過一回或者多回輸電線路接入電網(wǎng)，不同安裝位置處的太陽能 電池板所處的情況往往不同，導(dǎo)致不同位置或區(qū)域的光伏電池板輸出功率不同；同時，光伏 電站與光伏電站間輸出功率也不完全相同，隨著光伏電站群的規(guī)模不斷擴大，光伏有功出 力最大值以總裝機容量標(biāo)么化后，其值逐漸降低，通過光伏電站累積出力曲線來反映光伏 電站群規(guī)模擴大后的功率變化規(guī)律，能夠作為優(yōu)化輸電容量的依據(jù)；
[0010] 2)結(jié)合儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰能力分析
[0011] 調(diào)峰的目的盡可能減少大功率負(fù)荷在用電負(fù)荷高峰的時段對電能的需求，其直觀 的表現(xiàn)為減小負(fù)荷的峰谷差；結(jié)合儲能系統(tǒng)的輸電系統(tǒng)能夠減少部分輸電容量，通過儲能 將光伏發(fā)電高峰時輸電線路無法送出的電能儲存起來，在用電高峰時將其釋放，即降低了 輸電線路的成本，同時提高了電網(wǎng)的功率峰值，起到調(diào)峰作用，保證供電的可靠性；
[0012] 3)基于儲能的外送輸電容量優(yōu)化
[0013] 基于光伏電站有功出力特性以及儲能系統(tǒng)作為降低輸電線路容量、調(diào)節(jié)負(fù)荷峰谷 差的作用，同時考慮輸電線路建設(shè)成本、輸電收益、減小的調(diào)峰成本以及環(huán)境收益，構(gòu)建了 反映輸電工程綜合收益的輸電容量優(yōu)化函數(shù)：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于儲能的光伏電站群外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法，其特征是，它包括以下步 驟： 1) 光伏電站群出力特性分析 大規(guī)模的光伏電站群通常有多個光伏電站組成，每個光伏電站有功出力通過線路匯聚 到一個主變電站，再通過一回或者多回輸電線路接入電網(wǎng)，不同安裝位置處的太陽能電池 板所處的情況往往不同，導(dǎo)致不同位置或區(qū)域的光伏電池板輸出功率不同；同時，光伏電站 與光伏電站間輸出功率也不完全相同，隨著光伏電站群的規(guī)模不斷擴大，光伏有功出力最 大值以總裝機容量標(biāo)么化后，其值逐漸降低，通過光伏電站累積出力曲線來反映光伏電站 群規(guī)模擴大后的功率變化規(guī)律，能夠作為優(yōu)化輸電容量的依據(jù)； 2) 結(jié)合儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰能力分析 調(diào)峰的目的盡可能減少大功率負(fù)荷在用電負(fù)荷高峰的時段對電能的需求，其直觀的表 現(xiàn)為減小負(fù)荷的峰谷差；結(jié)合儲能系統(tǒng)的輸電系統(tǒng)能夠減少部分輸電容量，通過儲能將光 伏發(fā)電高峰時輸電線路無法送出的電能儲存起來，在用電高峰時將其釋放，即降低了輸電 線路的成本，同時提高了電網(wǎng)的功率峰值，起到調(diào)峰作用，保證供電的可靠性； 3) 基于儲能的外送輸電容量優(yōu)化 基于光伏電站有功出力特性以及儲能系統(tǒng)作為降低輸電線路容量、調(diào)節(jié)負(fù)荷峰谷差的 作用，同時考慮輸電線路建設(shè)成本、輸電收益、減小的調(diào)峰成本以及環(huán)境收益，構(gòu)建了反映 輸電工程綜合收益的輸電容量優(yōu)化函數(shù)： max F = R(Pline) + 8(Ρ^ + Τ(Ρ^ +EiP.J-CiflJ-SCdiJ (1) 式中：F為光伏發(fā)電外送輸電工程綜合收益； Plim為光伏發(fā)電外送輸電容量，PN為光伏電站群總裝機容量； 式（1)中等式右側(cè)各項的含義及計算方法如下： ① R(Pline) R(Pline)為輸電系統(tǒng)直接收益，與輸電量成正比，其計算公式為： R(Piine) =rtXGt(Pline)XTs (2) 其中：rt輸送單位電量收益； 八為輸電靜態(tài)回收周期； Gt(PliM)為每年通過輸電線路直接輸送的電量，求法如下： 其中：TliM為光伏電站群輸出功率高于PliM的持續(xù)出力時間； TmdS光伏電站群總的出力時間； ps(t)為光伏電站群累積出力曲線； ② s(pline) S(PliM)為儲能系統(tǒng)存儲電能輸電收益，其計算公式為： S(Pline) = nXrtXGs(Pline)XTs (4) 其中：Π 為儲能系統(tǒng)效率； Gs(PliM)為儲能系統(tǒng)存儲電能，其計算公式為： 〇λΡ^) = \Τ"ΡΜ)^-Ρη,^τ^ (5) ③ T(Pline) T(PliM)為減少調(diào)峰容量收益，其計算公式為： T(Pline) = 365XkXPmaxs(Pline)XTs (6) 其中：k單位功率調(diào)峰成本； Pn^hJ為儲能系統(tǒng)的最大功率，求法如下： Pmaxs (Pli J = max (Ps (t)) -piine (7) ④ E(Pline) E(Plim)減少的傳統(tǒng)能源消耗及其帶來的環(huán)境成本，輸電線路未能送出的電能并沒有 棄掉，而是在發(fā)電低谷或者負(fù)荷高峰時間利用輸電線路剩余的輸電能力將這部分電能送 出，其計算公式為： E(Pline) = (rc+re)XGs(Pline)XT s (8) 其中：r。為消耗傳統(tǒng)能源發(fā)電燃料成本； 匕為其帶來的環(huán)境成本； ⑤ c(pline) C(PliM)為輸電線路建設(shè)成本，求法如下： C(Pline) =riXlXPline (9) 其中：Γι為單位長度輸電線路建設(shè)成本； 1為輸電線路長度； ⑥ sc(pline) SC (PliM)為儲能系統(tǒng)建設(shè)成本，求法如下： SC{Pt；m.) = (rv, X PnusXP!uw) + X ￡ (/^,,,,))χψ (10) id 其中：rE；p為儲能系統(tǒng)單位功率成本； rse為儲能系統(tǒng)單位能量成本； ^為儲能系統(tǒng)使用周期； Es(PliM)為儲能系統(tǒng)容量，由于儲能系統(tǒng)成本較高，配置大容量的儲能系統(tǒng)并不現(xiàn)實， 儲能系統(tǒng)所需容量只需計算每天所儲存的電能，并取其最大值，其計算方法如下： ￡(^,.)^max( j P^,N)dt-Pli!u^T!iiuXN)) (11) 0 其中：N為天數(shù)，取1、2、3、…、365; Psd(t，N)為第N天光伏電站群累積出力曲線； Tlim(N)為第N天光伏電站群輸出功率高于PliM的持續(xù)出力時間； (1)式目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解PliM即為使綜合收益最大化的輸電容量，由PliM確定的（7) 式及（11)式，即所需儲能系統(tǒng)功率及容量。
【文檔編號】H02J3/28GK104283226SQ201410535946
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】崔楊, 李煥奇, 嚴(yán)干貴, 穆鋼 申請人:東北電力大學(xué)