一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法技术

本发明专利技术涉及一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法，包括：步骤1，建立机组出力及机组状态模型，所述模型包括风电系统出力模型、光伏系统出力模型、火电机组运行状态模型、储能系统充放电模型；步骤2，建立系统经济性优化目标，将包括投资成本、运维成本的全寿命周期成本折算为年度平均容量成本；设定出力约束条件，包括系统可靠性约束、外送通道功率约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡约束、储能系统容量约束、储能系统充放电功率约束；步骤4，求解计算。本发明专利技术可为综合能源基地项目各电源类型装机规模的确定提供支撑，能够解决打捆外送的一体化综合能源基地中各电源类型的容量配置问题。源类型的容量配置问题。源类型的容量配置问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法


[0001]本专利技术属于发电
，尤其涉及一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法。

技术介绍

[0002]大型综合能源基地侧重于电源基地开发，结合当地资源条件和能源特点，因地制宜采取风能、太阳能、水能、煤炭等多能源品种发电互相补充，并适度增加一定比例储能，统筹各类电源的规划、设计、建设、运营。
[0003]明确大型综合能源基地优化配置目标和合理配比火电、风电、光伏、储能装机容量以及输送容量，是一体化基地项目规划设计的核心科学问题。大型综合能源基地优化配置目标存在两个方面，一方面是大型综合能源基地项目内在的能源互补优化目标，另一方面是大型综合能源基地项目外在的优化功率送出目标，分别对应着项目经济效益和电力系统可靠稳定运行要求，满足正常运行状态和非正常状态、电网等多方面优化运行需求。因此，多约束、不同目标的优化是大型综合能源基地优化配置核心内容，共同达到新能源开发量、电网可靠稳定支撑、项目经济性的多参数统一。
[0004]大型综合能源基地优化配置，既要满足基地内部各能源之间的互补特性，也要满足负荷侧的电力需求，分别对应着项目的经济性和电力系统的可靠性。目前关于大型综合能源基地优化配置的方法，主要是采集目标区域的风光历史运行数据，并获取历史时段内各时刻的电网需求发电量，得出新能源出力曲线及负荷需求曲线。基于此进行风电、互补、火电、储能发电容量配置计算，得到不同配置比例下的综合能源基地出力曲线，以造价最低为原则，确定造价最低的一组风光火储容量配置比例。
[0005]现有的大型综合能源基地优化配置方法，大多采用目标区域实测的新能源机组历史运行数据进行优化，在基础数据不足的情况下，很难对特定区域进行规划，本专利技术采用目标区域的风速、辐射强度、温度等参数，通过机理模型获取新能源装机的出力数据，可在没有新能源机组历史运行数据的情况下实现大型综合能源基地优化配置。此外，现有的大型综合能源基地优化配置方法主要以弃风弃光、总成本最小化等为目标，未综合考虑运行层面的优化配置，配置结果与时间运行状态有较大偏差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法，在分析不同电源形式运行和特性的基础上，搭建各种电源类型的出力模型，通过对目标区域风光资源分布特性及历史数据、火电机组基本情况、储能系统的性能参数等的分析，采用年度时序生产模拟法对系统运行进行模拟优化，得到风电、光伏系统、火电机组、储能系统等的容量优化配置结果，以解决打捆外送的一体化综合能源基地中各电源类型的容量配置问题。
[0007]本专利技术提供了一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法，包括如
下步骤：
[0008]步骤1，建立机组出力及机组状态模型，所述模型包括风电系统出力模型、光伏系统出力模型、火电机组运行状态模型、储能系统充放电模型；
[0009]所述风电系统出力模型建立方法如下：
[0010]在计算风力发电系统出力之前，将输入风速数据的风速修正到风机轮毂高度处的风速，用幂函数法来模拟风速在平坦地形垂直分布的性质，其基本形式如下：
[0011][0012]式中，
v
为风力机安装高度H
WT
处的风速；v
r
为参考高度H
r
下测量的风速；ζ为风速能量定律系数，随海拔、时间、季节、地形的性质、风速、温度以及热力学和机械混合参数的变化而变化，在平坦地形下取参考值为1/7；
[0013]对风力发电系统输出进行计算，决定风力发电系统输出的因素包括风力机的功率曲线、安装风力机位置的风速分布以及风力机安装高度；
[0014]风力发电系统输出功率的模型如式(2)所示，通过计算得到的全年的风电输出曲线；
[0015][0016]式中，P
N
为额定装机容量；v
c
、v
N
、v
f
分别为风力机的切入风速、额定风速、切出风速；
[0017]加入折减系数对风力发电系统整体的功率输出进行修正，风电场输出的总功率如式(3)所示；
[0018]P
WT
＝P
WT
′×
f1×
f2×
f3×
f4×
f5ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式中，P
WT
为风电场输出的总功率；f1为尾流折减系数；f2为控制和湍流折减系数；f3为风电机组功率曲线保证率折减系数；f4为场用电、线损等折减系数；f5为考虑大型风电场之间的相互影响，周边风场影响折减系数；
[0020]所述光伏系统出力模型的建立方法如下：
[0021]计算任意倾斜面上的光伏板吸收的太阳辐射；
[0022]假设光伏板面南放置，只计算任意倾斜面上的太阳辐射，不同时刻倾斜面上的太阳辐射计算公式如式(4)所示：
[0023]R
β
＝S
×
[sin(h+θ)/sinh]+D
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]式中，R
β
为倾斜面上的太阳能总辐射量；S为水平面上的太阳直接辐射量；D为散射辐射量；θ为倾斜面的倾角；h为太阳高度角，随时间不断变化，利用各参数对不同时刻下的太阳高度角进行确认，计算方法如式(5)：
[0025][0026]式中，为当地纬度；σ为太阳赤纬；ω为太阳时角；
[0027]其中太阳赤纬和太阳时角的计算公式如式(6)、式(7)：
[0028]sinσ＝0.39795cos[0.98563(N
‑
173)]ꢀꢀꢀ
(6)
[0029]ω＝15
×
(ST
‑
12)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030]式中，N为按天数顺序排列的积日；ST为真太阳时，以24h为周期；
[0031]定义电池开路状态下，I＝0，V＝V
OC
；最大功率点，V＝V
m
，I＝I
m
，计算公式如式(8)式(9)、式(10)：
[0032][0033][0034][0035]短路电流I
SC
、开路电压V
OC
、最大功率点电流I
m
、最大功率点电压V
m
随着太阳辐射量或温度的变化而变化，其修正方法如式(11)：
[0036][0037]式中，I
SC
′
、V
OC
′
、I
m
′
、V
m
′
为不同环境下的修正值；T、T0为光伏板温度和标准电池温度(取25℃)；G、G0为太阳辐射量和标准太阳辐射；a、b、c为相关性系数；
[0038]引入损失因子的光伏系统输出功率如式(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于年度时序生产模拟的综合能源基地优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立机组出力及机组状态模型，所述模型包括风电系统出力模型、光伏系统出力模型、火电机组运行状态模型、储能系统充放电模型；所述风电系统出力模型建立方法如下：在计算风力发电系统出力之前，将输入风速数据的风速修正到风机轮毂高度处的风速，用幂函数法来模拟风速在平坦地形垂直分布的性质，其基本形式如下：式中，
v
为风力机安装高度H
WT
处的风速；v
r
为参考高度H
r
下测量的风速；ζ为风速能量定律系数，随海拔、时间、季节、地形的性质、风速、温度以及热力学和机械混合参数的变化而变化，在平坦地形下取参考值为1/7；对风力发电系统输出进行计算，决定风力发电系统输出的因素包括风力机的功率曲线、安装风力机位置的风速分布以及风力机安装高度；风力发电系统输出功率的模型如式(2)所示，通过计算得到的全年的风电输出曲线；式中，P
N
为额定装机容量；v
c
、v
N
、v
f
分别为风力机的切入风速、额定风速、切出风速；加入折减系数对风力发电系统整体的功率输出进行修正，风电场输出的总功率如式(3)所示；P
WT
＝P
WT
′×
f1×
f2×
f3×
f4×
f5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，P
WT
为风电场输出的总功率；f1为尾流折减系数；f2为控制和湍流折减系数；f3为风电机组功率曲线保证率折减系数；f4为场用电、线损等折减系数；f5为考虑大型风电场之间的相互影响，周边风场影响折减系数；所述光伏系统出力模型的建立方法如下：计算任意倾斜面上的光伏板吸收的太阳辐射；假设光伏板面南放置，只计算任意倾斜面上的太阳辐射，不同时刻倾斜面上的太阳辐射计算公式如式(4)所示：R
β
＝S
×
[sin(h+θ)/sinh]+D
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，R
β
为倾斜面上的太阳能总辐射量；S为水平面上的太阳直接辐射量；D为散射辐射量；θ为倾斜面的倾角；h为太阳高度角，随时间不断变化，利用各参数对不同时刻下的太阳高度角进行确认，计算方法如式(5)：式中，为当地纬度；σ为太阳赤纬；ω为太阳时角；其中太阳赤纬和太阳时角的计算公式如式(6)、式(7)：sinσ＝0.39795cos[0.98563(N
‑
173)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
ω＝15
×
(ST
‑
12)
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(7)式中，N为按天数顺序排列的积日；ST为真太阳时，以24h为周期；定义电池开路状态下，I＝0，V＝V
OC
；最大功率点，V＝V
m
，I＝I
m
，计算公式如式(8)式(9)、式(10)：式(10)：式(10)：短路电流I
SC
、开路电压V
OC
、最大功率点电流I
m
、最大功率点电压V
m
随着太阳辐射量或温度的变化而变化，其修正方法如式(11)：式中，I
SC
′
、V
OC
′
、I
m
′
、V
m
′
为不同环境下的修正值；T、T0为光伏板温度和标准电池温度(取25℃)；G、G0为太阳辐射量和标准太阳辐射；a、b、c为相关性系数；引入损失因子的光伏系统输出功率如式(12)所示；
PPV
＝n
×
N1×
N2×
V
×
I
×
f
c
×
f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式中，P
PV
为光伏系统输出的总功率；n为光伏系统低压柜个数；N1为光伏电池串联数；N2为每个低压柜中光伏电池的组串数；f
c
为连接损失引入因子；f0为其他损失引入因子；所述火电机组运行状态模型建立方法如下：火电机组在常规运行条件下的调峰容量如式(13)：其中，P
i,min
为第i台火电机组在t时刻的最小运行出力，P
i,t
表示第i台火电机组在t时刻的有功功率，U
i,t
表示第i台火电机组在t时刻的启停机状态，U
i,t
＝0表示火电机组停机，U
i,t
＝1表示火电机组处于开机运行中；所述储能系统充放电模型建立方法如下：在系统运行期间，储能系统的运行状态分为充电状态，放电状态和电量静止状态；电池组处于充电状态的条件如式(14)所示；
电池组处于充电状态的电量变化如式(15)所示；电池组处于放电状态的条件如式(16)所示；电池组处于放电状态的电量变化如式(17)所示；系统发电量与负载耗电量相等，如式(18)所示；(W
WT
(t)+W
PV
(t)+W
T
(t))
×
η
inv
‑
E
L
(t)＝0
ꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢耀敏，李文雄，郭洪义，杨琨，赵计平，李程，王立平，篮青，燕雨虹，王菲，高伯瀚，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，
类型：发明
国别省市：