一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法及系统，方法包括：分别根据多种可再生能源机组的发电特性、变速抽水蓄能机组的功率特性、火电机组发电成本和出力特性，构建出可再生能源电场发电模型、变速抽水蓄能电站模型及火电站发电成本和出力模型；基于电网潮流约束条件，根据可再生能源发电模型、变速抽水蓄能电站模型及火电站发电成本和出力模型，构建得到以发电总成本最小为目标函数的优化调度模型；根据优化调度模型，得到可再生能源电场、变速抽水蓄能电站及火电站的调度方案。能够有效的缓解火电机组在面对可再生能源反调峰特性时的调峰压力，降低了发电成本，减少弃风及弃光现象，促进了可再生能源消纳。纳。纳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，风电、光伏等可再生能源发电技术发展迅速。可再生能源的不确定性与反调峰特性，对原有的火电电网造成了极大的影响，导致电力系统调峰压力增加。
[0003]伴随可再生能源渗透率不断提升，会导致火电电力系统的调峰压力越来越大，从而需要火电机组进入深度调峰状态，大大提升了电网整体的发电成本。
[0004]因此，现有的电力系统在面对可再生能源的调峰压力时，要么面临发电成本的提升，要么放弃风电及光伏可再生能源的接入，导致弃风及弃光现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法及系统，解决了火电电力系统在面对可再生能源的调峰压力时，要么面临发电成本的提升，要么放弃风电及光伏可再生能源的接入，导致弃风及弃光现象的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]第一方面，提供一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，包括：
[0008]根据多种可再生能源机组的发电特性，构建得到对应的可再生能源电场发电模型；
[0009]根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型；
[0010]根据火电机组发电成本和出力特性，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型；r/>[0011]基于电网潮流约束条件，根据可再生能源发电模型、变速抽水蓄能电站模型及火电站发电成本和出力模型，构建得到以发电总成本最小为目标函数的优化调度模型；
[0012]根据优化调度模型，得到可再生能源电场、变速抽水蓄能电站及火电站的调度方案。
[0013]第二方面，提供一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度系统，包括
[0014]可再生能源建模模块，用于根据多种可再生能源机组的发电特性，构建得到对应的可再生能源电场发电模型；
[0015]水电建模模块，用于根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型；
[0016]火电建模模块，用于根据火电机组发电成本和出力特性，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型；
[0017]优化调度建模模块，用于基于电网潮流约束条件，根据可再生能源发电模型、变速
抽水蓄能电站模型及火电站发电成本和出力模型，构建得到以发电总成本最小为目标函数的优化调度模型；
[0018]求解模块，用于根据优化调度模型，得到可再生能源电场、变速抽水蓄能电站及火电站的调度方案。
[0019]第三方面，提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行第一方面中基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法。
[0020]第四方面，提供一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在一个或多个存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行第一方面中基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法的指令。
[0021]本专利技术所达到的有益效果：
[0022]分别根据多种可再生能源机组的发电特性、变速抽水蓄能机组的功率特性、火电机组发电成本和出力特性，构建出可再生能源电场发电模型、变速抽水蓄能电站模型及火电站发电成本和出力模型，在变速抽水蓄能电站模型构建时考虑了水头变化状态的影响，火电站发电成本和出力模型中考虑火电机组深度调峰状态的影响，通过各模型构建以发电总成本最小为目标函数的优化调度模型，通过求解优化调度模型获得可再生能源电场、变速抽水蓄能电站及火电站的调度方案。通过调节变速抽水蓄能机组的出力，能够有效的缓解火电机组在面对可再生能源反调峰特性时的调峰压力，降低了发电成本，减少弃风及弃光现象，促进了可再生能源消纳。
附图说明
[0023]图1为本专利技术基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法的流程图；
[0024]图2为构建可再生能源电场发电模型的过程示意图；
[0025]图3为多节点电力系统系统的接线图；
[0026]图4为系统负荷、变速抽水蓄能电站与可再生能源出力示意图；
[0027]图5为含变速抽水蓄能电站的电力系统中火电机组出力计划图；
[0028]图6为不含变速抽水蓄能电站的电力系统中火电机组出力计划图；
[0029]图7为含变速抽水蓄能电站的电力系统中火电机组运行状态图；
[0030]图8为不含变速抽水蓄能电站的电力系统中火电机组运行状态图；
[0031]图9为变速抽水蓄能电站中各抽水蓄能机组的出力序列示意图；
[0032]图10为本专利技术基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度系统的结构图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0034]如图1所示，一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，包括以下步骤：
[0035]101，根据多种可再生能源机组的发电特性，构建得到对应的可再生能源电场发电模型；
[0036]其中，可再生能源表示的是风能、太阳能、生物质能等等非化石能源。利用可再生能源进行发电，就是通过机械、器件或者设备，将可再生能源转换为电能，例如，利用风力发电机组将风能转换为电能，或者，利用光伏发电单元(即太阳能板)将太阳能转换为电能。在本专利技术的实施例中，由于当前可再生能源中风能和太阳能是应用和投入较为成熟和广泛的，因此，主要是以风能和太阳能为例进行说明，但是并不排除生物质能或地热能等可再生能源的电场调度也可以使用该方法。
[0037]102，根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型；
[0038]其中，抽水蓄能电站是指：利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站，可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频及调相，用于稳定电力系统的周波和电压。变速抽水蓄能机组在抽水时具有速度调节功能，根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型。
[0039]103，根据火电机组发电成本和出力特性，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型；
[0040]其中，火电站在建设和运营的过程中，对于常规调峰状态和深度调峰状态针对火电机组具有不同的发电成本和出力特性，在深度调峰状态对于发电成本有大大提升的影响，因此在建模时，需要重点考虑火电机组深度调峰状态，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型。
[0041]104，基于电网潮流约束条件，根据可再生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，包括：根据多种可再生能源机组的发电特性，构建得到对应的可再生能源电场发电模型；根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型；根据火电机组发电成本和出力特性，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型；基于电网潮流约束条件，根据所述可再生能源发电模型、所述变速抽水蓄能电站模型及所述火电站发电成本和出力模型，构建得到以发电总成本最小为目标函数的优化调度模型；根据所述优化调度模型，得到可再生能源电场、变速抽水蓄能电站及火电站的调度方案。2.根据权利要求1所述的基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，所述多种可再生能源机组包括风力发电机组及光伏发电单元，所述根据多种可再生能源的发电特性，构建得到对应的可再生能源电场发电模型，包括：根据风力发电机组的风电发电特性，构建风电场发电模型；根据光伏发电单元的光伏发电特性，构建光伏电场发电模型。3.根据权利要求2所述的基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，所述根据风力发电机组的风电发电特性，构建风电场发电模型，包括：获取风电场中风力发电机组的风电发电特性，所述风电发电特性包括风力发电机组数量、每一台风力发电机组的额定容量及额定风速；根据所述风电发电特性及实时风速信息构建得到风电场发电模型，所述风电场发电模型的表达式为：型的表达式为：其中，P
twind
为t时刻所述风电场的风电出力，为第w台风力发电机组在t时刻的发电功率，W为所述风电场的风力发电机组数量，v
t
为t时刻所述风电场的风速，v
in,w
为所述第w台风力发电机组的切入风速，v
out,w
为所述第w台风力发电机组的切出风速，为所述第w台风力发电机组的额定容量，v
rate,w
为所述第w台风力发电机组的额定风速。4.根据权利要求2所述的基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，所述根据光伏发电单元的光伏发电特性，构建光伏电场发电模型，包括：
获取光伏电场中光伏发电单元的光伏发电特性，所述光伏发电特性包括光伏发电单元组数、每一组光伏发电单元的能量转换效率、额定容量、温度系数及标准工作温度；根据所述光伏发电特性、实时太阳辐射信息及温度信息，构建得到光伏电场发电模型，所述光伏电场发电模型的表达式为：其中，P
tpv
为所述光伏电场在t时刻的光伏出力，S为所述光伏电场的光伏发电单元组数，为第s组光伏发电单元的能量转换效率，为所述第s组光伏发电单元的额定容量，A
t
为t时刻所述光伏电场所受太阳辐照强度，为所述第s组光伏发电单元在标准温度下的标准太阳辐照强度，为所述第s组光伏发电单元的温度系数，T
tpv
为所述第s组光伏发电单元的标准工作温度，T
sSTC
为t时刻所述光伏电场的环境温度。5.根据权利要求1所述的基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，所述根据变速抽水蓄能机组的功率特性，构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型，包括：获取变速抽水蓄能机组的功率特性，所述功率特性包括变速抽水蓄能电站的库容约束条件、每一台变速抽水蓄能机组在流量约束条件、功率约束条件及所述启停约束条件下不同抽水工况的发电特性与负载特性；根据所述功率特性构建基于水头变化状态的变速抽水蓄能电站模型，所述变速抽水蓄能电站模型表达式为：能电站模型表达式为：其中，V
tps
为t时刻变速抽水蓄能电站的上水库库容，为所述变速抽水蓄能电站的上水库库容最小值，为所述变速抽水蓄能电站的上水库库容最大值，γ
t
用以分离所述变速抽水蓄能电站的水头的0
‑
1变量；所述库容约束条件为：所述库容约束条件为：其中，为t
‑
1时刻所述变速抽水蓄能电站的上水库库容，N为所述变速抽水蓄能电站的变速抽水蓄能机组总数，为第n台变速抽水蓄能机组在t时刻抽水流量，为所述第n台变速抽水蓄能机组在t时刻发电流量，为水库库容调度末端控制目标，Δt表示
调度单位时间；所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：所述流量约束条件为：其中，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻是否处于发电状态的0
‑
1变量，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下发电流量最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻发电流量大于最小发电流量的部分，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下发电流量最大值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下发电流量最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下发电流量最大值，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻是否处于抽水状态的0
‑
1变量，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下抽水流量最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻抽水流量大于最小抽水流量的部分，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下抽水流量最大值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下抽水流量最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下抽水流量最大值；所述功率约束条件为：
其中，为所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻发电功率，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下发电功率的最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下发电流量与发电功率转换效率，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下发电功率的最大值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下发电功率的最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下发电流量与发电功率转换效率，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下发电功率的最大值，为所述第n台变速抽水蓄能机组t时刻抽水功率，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下抽水功率的最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下抽水流量与抽水功率转换效率，为所述第n台变速抽水蓄能机组低水头下抽水功率的最大值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下抽水功率的最小值，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下抽水流量与抽水功率转换效率，为所述第n台变速抽水蓄能机组高水头下抽水功率的最大值；所述启停约束条件为：所述启停约束条件为：所述启停约束条件为：所述启停约束条件为：
其中，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组t
‑
1时刻是否处于发电状态的0
‑
1变量，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组t
‑
1时刻是否处于抽水状态的0
‑
1变量，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组在t时刻发电工况下开机动作的0
‑
1变量，用以所述表示第n台变速抽水蓄能机组在t时刻发电工况下停机动作的0
‑
1变量，用以所述表示第n台变速抽水蓄能机组在t时刻抽水工况下开机动作的0
‑
1变量，用以表示所述第n台变速抽水蓄能机组在t时刻抽水工况下停机动作的0
‑
1变量，为调度时段内所述第n台变速抽水蓄能机组发电工况下最大启停次数，为调度时段内所述第n台变速抽水蓄能机组抽水工况下最大启停次数，T为总调度时长。6.根据权利要求1所述的基于变速抽水蓄能的多能源电力优化调度方法，其特征在于，所述根据火电机组发电成本和出力特性，构建基于火电机组深度调峰状态的火电站发电成本和出力模型，包括：获取火电机组在常规调峰状态及深度调峰状态下的发电成本和出力特性；根据所述常规调峰状态与所述深度调峰状态的出力特性差异，对所述火电机组出力进行分段线性化处理，得到火电机组出力模型，所述出力模型表达式为：行分段线性化处理，得到火电机组出力模型，所述出力模型表达式为：行分段线性化处理，得到火电机组出力模型，所述出力模型表达式为：行分段线性化处理，得到火电机组出力模型，所述出力模型表达式为：其中，为第k台火电机组在t时刻的出力，为所述第k台火电机组在常规调峰状态下出力最小值，用以表示所述第k台火电机组在t时刻是否处于常规调峰状态下的0
‑
1变量，为所述第k台火电机组在t时刻常规调峰状态下的出力，为所述第k台
火电机组在常规调峰状态下出力最大值，为所述第k台火电机组在深度调...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，吴峰，黄炜栋，史林军，林克曼，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：