风光储联合发电系统出力特性优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种风光储联合发电系统出力特性优化方法，其步骤包括计算得到的典型日的风力场的发电功率和计算得到的典型日的光伏电站的光伏发电系统逆变器后交流输出功率，风光叠加出力经储能装置优化控制后，在一定程度上减轻了风光出力波动对电网造成的影响，同时可有效提高并网质量，通过智能控制调度系统调节储能装置充放电过程，可实现平滑风光储能系统出力功率的目标。
【专利说明】风光储联合发电系统出力特性优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可再生能源【技术领域】，具体指的是一种风光储联合发电系统出力特性优化方法。
【背景技术】
[0002]随着能源与环境问题的日益严峻，节能减排问题在世界范围内得到广泛关注。风能与太阳能作为可再生无污染的绿色能源，风力发电、光伏发电近年来得到了大力发展。风光发电依赖于变化的气象条件，有功出力会在不同时段间剧烈波动，比如前一时段输出功率很高，到下一时段又跌落到较低水平。系统中日益增加的大型风电与光伏发电等可再生能源对传统电网的可靠性及稳定性带来很大的冲击，这与系统需要平稳、确定的电能注入相矛盾。当大型可再生能源接入电力系统后，传统机组的爬坡速率往往不能满足可再生能源带来的大幅度、短时的功率波动要求，这就迫使电网对接入系统的可再生能源进行限制。
[0003]由于风能和光能的间歇性和随机性，风、光独立运行系统很难提供连续稳定的能量输出，其资源的不稳定性和间歇性造成其能源品质较差，大规模并网势必会影响电网的安全稳定运行。以至于发展智能电网时，如何安全、可靠地接入各种可再生能源电源是当今面临的一大挑战。如果在风、光互补的基础上加入储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电系统的功率输出特性，缓解风电、光电等可再生能源的间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。
[0004]在风光储联合发电系统运行过程中，根据电网用电需要及风速、光照预测，优化风电厂、光伏电站、储能电站的有功功率，制定合理的风光储联合发电计划，是发挥风光储联合发电系统综合效益，实现安全性、经济性、环保性的重要内容，也是建设风光储联合发电智能全景优化控制系统必不可少的环节。基于风光发电出力在通常情况下是不可调度的，风光储系统联合调度的主要任务是确定储能装置的充放电过程，确保系统能够最大程度地达到预定控制目标。然而，目前尚没有有效的调度方法，实现风光储联合发电系统的有功优化调度。在实际运行中，电力系统调度中心往往根据运行经验，人工制定风光储联合发电系统的发电计划，从而难以保证调度运行的安全性和经济性，也给运行人员带来了巨大的工作量。
【发明内容】
[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种风光储联合发电系统出力特性优化方法，解决现有技术中存在风、光独立运行供电系统很难提供连续稳定的能量输出，其资源的不稳定性和间歇性造成其能源品质较差，大规模并网势必会影响电网的安全稳定运行的不足。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种风光储联合发电系统出力特性优化方法，其步骤包括:[0007]I)利用测风塔与风机轮毂同高度的实测每10分钟平均风速，并查出对应该风速的风机功率，进而得出I年中每10分钟的风电场出力，选取某月份中一个典型日的风出力曲线，从曲线里可以看出该地区夏季白天风小，夜里风比较大，而且风的随机波动性较强，甚至在很短的时间内风速还有无规律的脉动变化，这种能量的不稳定性给风能的使用带来了困难，其中风力场的发电功率与风速间的关系如下:
[0008]Pw=Cp (Ttsr) 31 P R2V3/2 ⑴
[0009]式中:P为空气密度；R为风力机半径；V为风速；Cp(Ttsr)为风机的风能利用系数；Ttsr为叶尖速比；风能利用系数为叶尖速比的函数；
[0010]2)当光伏发电系统中光伏阵列布置方案确定、逆变器选型结束后，逆变器后最大交流输出功率只取会受到光强系数和组件转换效率温度修正系数的影响，针对每个月选取的典型日，计算得到典型日的小时平均发电功率分布，其次将典型日的小时平均发电量按余弦分布规律离散得到5分钟的平均发电功率；随后利用典型日间隔5分钟输出功率的汇总数据，等值延拓得出当月光伏电站输出功率统计，进而以此推算得到光伏电站全年输出功率统计，本工程中光伏电站输出功率统计是通过以下计算结果进行修正后得出:
[0011]Nel=EqAn nTni nnniXio-3 (2)
【权利要求】
1.一种风光储联合发电系统出力特性优化方法，其特征在于，其步骤包括: 1)利用测风塔与风机轮毂同高度的实测每10分钟平均风速，并查出对应该风速的风机功率，进而得出I年中每10分钟的风电场出力，选取某月份中一个典型日的风出力曲线，其中风力场的发电功率与风速间的关系如下:
Pw=Cp(Ttsr) JI P R2V3/2 (I) 式中:P为空气密度；R为风力机半径；V为风速；Cp(TtJ为风机的风能利用系数；TtSr为叶尖速比；风能利用系数为叶尖速比的函数； 2)针对每个月选取的典型日，计算得到典型日的小时平均发电功率分布，其次将典型日的小时平均发电量按余弦分布规律离散得到5分钟的平均发电功率；随后利用典型日间隔5分钟输出功率的汇总数据，等值延拓得出当月光伏电站输出功率统计，进而以此推算得到光伏电站全年输出功率统计，本工程中光伏电站输出功率统计是通过以下计算结果进行修正后得出:
Nel=EqA n nT Iii nn Ji1X ?ο-3 (2)
P XI η3 η=^-X100% ΕΑ ⑶ 将式(3)带入式(2)，可以得到:
Ner rIqrIxrIirInrI iPaz- rI ζΡαζ ( 4 ) 式中:Nel为光伏发电系统逆变器后交流输出功率；Eq为太阳辐射强度；A为组件安装面积；H为组件转换效率，太阳能光伏组件将太阳能转换成电能的能力；Ht为组件转换效率温度修正系数；Hi为组件安装方位角、倾角修正系数；Hn为逆变器效率系数；1为线路损失修正系数；ES为标准状态下的日照强度；PAZ为光伏系统的安装容量，光伏系统中太阳能组件标准输出功率的总和；nz为光伏发电系统逆变器后交流输出功率综合修正系数；为光强系数，
E
S.I 3)引入储能装置用于平滑风光叠加出力，使得风光输出功率的波动尽量平稳、波动性小; 4)结合储能装置，对风电和光伏电站叠加出力进行优化，在优化计算中考虑储能电站的额定功率及实际容量大小，将储能电站的功率和容量作为边界条件进行约束总出力值的大小，最终可得到与储能电站容量相匹配的风光储总出力曲线，该曲线具有典型的平抑风光出力波动的特性，本优化方法的计算流程如下: a、选取步骤I)中计算得到的典型日的风力场的发电功率和步骤2)中计算得到的典型日的光伏电站的光伏发电系统逆变器后交流输出功率，经叠加后得到的风光叠加出力曲线.b、设典型日出力总共有N个点，首先选取第一个点，输出功率为PI，设储能功率为P2，总容量为W ； C、设经储能电池优化后风光叠加出力为X，若Ip1-X > P2，则储能电池功率为P2*(Pl-X) /IPl-XI ;否则为 Pl-x ; d、 储能装置由零开始充电，第一次充电电量为储能装置的功率值加上第i次储能电池电量，设为Wi;若Wi > W，则储能电池容量为W;否则若Wi < O则储能电池容量为O，否则为Wi; e、风光储叠加出力为Pl+(储能装置前一次电量一本次电量)； f、重复步骤d，经过m次迭代后，电池充满电或者反过来电池放电完毕，可采用单变量求解方法进行计算，也可编制相应程序进行计算，其算法核心是基于等出力原则，重点计算每个阶段总出力值大小。
2.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统出力特性优化方法，其特征在于，其中优化方法的计算流程中步骤b中，对储能装置进行深充深放。
3.根据权利要求2所述的风光储联合发电系统出力特性优化方法，其特征在于，其中优化方法的计算流程中步骤d中，储能装置由零开始充电一小时，或者储能装置由满电开始放电一小时。
4.根据权利要求3所述的风光储联合发电系统出力特性优化方法，其特征在于，其中优化方法的计算流程中步骤f中，在储能装置放电过程中，从储能装置容量从满到放尽过程中，需假设一放电量的大小，对该值进行不断试算，最后将储能电池总容量放尽或充满。
【文档编号】H02J3/46GK103944175SQ201410122474
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】刘波, 袁智强, 顾辰方, 魏小淤, 唐勇俊 申请人:上海电力设计院有限公司