本发明涉及电网规划领域，特别涉及一种风电场群风储系统选址定容联合优化的方法。
背景技术：
我国风力资源远离负荷中心，风电场群多处于电网末端，风电无法就地消纳，需要建设配套的远距离输电线路，将电能输送到负荷中心。风电输出功率波动大并且能量密度低，为了优化风电送出，合理利用输电工程，降低线损，各风电场出力先汇聚到中心变电站，由中心变电站升压送出。中心变电站的位置直接影响各风电场到中心变电站送出线路长度以及中心变电站到系统接入点风电场群外送输电线路长度，进而影响风储联合外送系统的社会效益。另外，为了应对风电的波动性，减少弃风，平稳风电出力，在中心变电站处配置储能设施，储能系统可以在负荷无法消纳多余的风电时，将原本应该弃风的电量进行储存，在负荷高峰期当风电出力不足时，储能系统将存储的电量释放。
在已有的研究中，要么固定中心变电站的位置，从经济角度构建风储联合外送优化模型，要么考虑中心变电站的位置对优化高低压侧输电线路容量的影响，未考虑储能容量配置对风储联合外送系统经济性的影响。针对上述研究存在的不足，本发明对中心变电站位置、风电场群中心变电站高低压侧输电容量及储能系统功率配置进行联合优化，兼顾了中心变电站位置对风储联合系统社会效益影响的同时，也考虑了储能系统配置对风储联合外送工程效益的影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种风电场群风储系统选址定容联合优化的方法，该方法联合优化风电场群风储联合系统中心变电站位置的选址、风电场群中心变电站高低压侧输电容量及储能系统功率配置,节约风电场群输电工程的投资，增加社会效益，有效利用风资源。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种风电场群风储系统选址定容联合优化的方法，包括如下步骤：
步骤s1：获取风电场群各风电场出力时间序列；
步骤s2：综合考虑电网输电收益、高低压侧输电工程建设成本、储能功率配置成本以及可能的阻塞造成的风电场群弃风损失，构建能够反映风储联合系统社会效益的中心变电站定位，输电容量及储能功率配置联合优化模型，其目标函数为风储联合系统社会效益最大化；用数学函数表述如下：
其中，f表示风电场群外送输电工程每年的社会效益；r(pline,ce)表示输电工程每年的输电收益；cline(pline)表示输电工程的建设成本；l(pl1,pl2,…,pln,pline)表示每年的弃风损失；cess(ce)表示储能系统配置成本；pl1表示风电场1到中心变电站的输电线路容量；pl2表示风电场2到中心变电站的输电线路容量；pln表示风电场n到中心变电站的输电线路容量；pline表示风电场群中心变电站高压侧到电力系统接入点的输电线路容量；ce表示储能最大充放电功率；
步骤s3：求解风储联合系统外送优化模型，得到中心变电站的位置、风电场到中心变电站的最优出线容量、中心变电站到电力系统的最优输电容量、储能功率最优配置方案。
在本发明一实施例中，所述步骤s2中，电网输电收益是根据风储联合系统每年送出的电量计算得出，用数学函数表述如下：
r(pline,ce)＝kr(gwind+gfound)
其中，kr表示输电企业输送单位风电电量的收费；gwind表示未计及储能系统输电工程每年送出的风力发电电量；gfound表示由于配置储能系统使输电工程每年增加送出的电量；
gwind和gfound，用数学函数表述如下：
其中，tline表示风电场群输出功率高于外送输电线容量的持续出力时间；t表示风电场群总的持续出力时间；te为风电场群出力高于出线容量与储能功率之和的持续出力时间；p(t)为风电场i在t时刻的外送功率。
在本发明一实施例中，所述步骤s2中，高低压侧输电工程建设成本及储能功率配置成本是采用费用等年值法计算得出，其中，高低压侧输电工程建设成本用数学函数表述如下：
其中，kc1表示低压侧单位容量、单位长度的输电工程造价；kch表示高压侧单位容量、单位长度的输电工程造价；pli表示风电场i到中心变电站的输电线路容量；li表示风电场i到中心变电站的输电线路长度；n表示风电场群中有n个风电场；l表示风电场群中心变电站到系统接入点输电线路长度；ts表示输电投资静态回收周期；r表示贴现率；
储能系统配置成本用数学函数表述如下：
其中，c1表示储能系统功率价格；ce表示储能系统配置的功率；tc表示储能寿命周期。
在本发明一实施例中，所述步骤s2中，风电场群弃风损失是根据风储联合系统每年的弃风电量计算得出，用数学函数表述如下：
其中，kl为弃风损失的单价，按风电发电单价计算；glosti为风电场i到中心变电站的输电线路容量限制而造成的年弃风电量，glosta表示中心变电站高压侧到电力系统接入点的输电线路容量限制造成的弃风损失；
glosti和glost，用数学函数表述如下：
其中，tli为风电场i出力高于输电线路容量pli的持续出力时间；pi(t)为风电场i在t时刻的外送风电出力。
在本发明一实施例中，所述步骤s2中，目标函数包括的约束条件有：各风电场外送线路容量约束、风电场群外送线路容量约束、储能系统充放电功率约束、储能系统荷电状态平衡约束、储能系统容量约束和储能系统能量平衡约束；其中，
(a)风电场外送线路容量约束、风电场群外送线路容量约束，用数学函数表述如下：
0≤p(t)≤pline
0≤pi(t)≤pli
(b)储能系统充放电功率约束，用数学函数表述如下：
|pe(t)|≤ce
(c)储能系统荷电状态平衡约束，用数学函数表述如下：
soc(t)＝soc(t-1)+pe(t)
其中，soc(t)表示储能系统在t时刻的荷电状态；
(d)储能系统容量约束，用数学函数表述如下：
soc(t)＜socmax
其中，socmax表示储能系统允许的最大荷电状态；
(e)储能系统能量平衡约束，用数学函数表述如下：
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法综合考虑电网输电收益、中心变电站高低压侧输电工程建设成本、储能功率配置成本以及可能的阻塞造成的弃风损失，构建能够反映风储联合系统社会效益最大化的优化模型，获得中心变电站位置、高低压侧输电容量及储能功率配置；该方法的实施有利于合理规划风电场群外送输电工程，充分利用风资源，提高风电规划工程的社会效益。
附图说明
图1为风电场集群接入系统示意图；各风电场出力汇聚到中心变电站后，由中心变电站升压送出，中心变电站的位置将影响各风电场到中心变电站的距离和中心变电站外送输电距离，即l1，l2，l3和l，优化变量为各风电场到中心变电站的输电容量pl1、pl2、pl3，中心变电站外送输电容量pline、储能系统功率配置ce以及中心变电站的位置(x,y)。
图2为地球上任意两点距离计算示意图。
图3为风电场群各风电场出力时间序列。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明的一种风电场群风储系统选址定容联合优化的方法，包括如下步骤：
步骤s1：获取风电场群各风电场出力时间序列；
步骤s2：综合考虑电网输电收益、高低压侧输电工程建设成本、储能功率配置成本以及可能的阻塞造成的风电场群弃风损失，构建能够反映风储联合系统社会效益的中心变电站定位，输电容量及储能功率配置联合优化模型，其目标函数为风储联合系统社会效益最大化；用数学函数表述如下：
其中，f表示风电场群外送输电工程每年的社会效益；r(pline,ce)表示输电工程每年的输电收益；cline(pline)表示输电工程的建设成本；l(pl1,pl2,…,pln,pline)表示每年的弃风损失；cess(ce)表示储能系统配置成本；pl1表示风电场1到中心变电站的输电线路容量；pl2表示风电场2到中心变电站的输电线路容量；pln表示风电场n到中心变电站的输电线路容量；pline表示风电场群中心变电站高压侧到电力系统接入点的输电线路容量；ce表示储能最大充放电功率；
步骤s3：求解风储联合系统外送优化模型，得到中心变电站的位置、风电场到中心变电站的最优出线容量、中心变电站到电力系统的最优输电容量、储能功率最优配置方案。
进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：
步骤s21：根据风储联合系统每年送出的电量计算每年的输电收益。用数学函数表述如下：
r(pline,ce)＝kr(gwind+gfound)
其中，kr表示输电企业输送单位风电电量的收费；gwind表示未计及储能系统输电工程每年送出的风力发电电量；gfound表示由于配置储能系统使输电工程每年增加送出的电量。
gwind和gfound，用数学函数表述如下：
其中，tline表示风电场群输出功率高于外送输电线容量的持续出力时间；t表示风电场群总的持续出力时间；te为风电场群出力高于出线容量与储能功率之和的持续出力时间；p(t)为风电场i在t时刻的外送功率。
步骤s22：根据费用等年值法计算输电工程建设成本，用数学函数表述如下：
其中，kc1表示低压侧单位容量、单位长度的输电工程造价，元/(kw·h)；kch表示高压侧单位容量、单位长度的输电工程造价，元/(kw·h)；pli表示风电场i到中心变电站的输电线路容量；li表示风电场i到中心变电站的输电线路长度；n表示风电场群中有n个风电场；l表示风电场群中心变电站到系统接入点输电线路长度；ts表示输电投资静态回收周期；r表示贴现率。
步骤s23：根据风储联合系统每年的弃风电量计算弃风损失。用数学函数表述如下：
其中，kl为弃风损失的单价(按风电发电单价计算)；glosti为风电场i到中心变电站的输电线路容量限制而造成的年弃风电量，glosta表示中心变电站高压侧到电力系统接入点的输电线路容量限制造成的弃风损失。
glosti和glost，用数学函数表述如下：
其中，tli为风电场i出力高于出线容量pli的持续出力时间；pi(t)为风电场i在t时刻的外送风电出力。
步骤s24：根据费用等年值法计算储能系统配置成本，用数学函数表述如下：
其中，c1表示储能系统功率价格；ce表示储能系统配置的功率；tc表示储能寿命周期。
进一步地，所述步骤s2包括的约束条件有：各风电场外送线路容量约束、风电场群外送线路容量约束、储能系统充放电功率约束、储能系统荷电状态平衡约束、储能系统容量约束和储能系统能量平衡约束；
(a)线路容量约束。用数学函数表述如下：
0≤p(t)≤pline
0≤pi(t)≤pli
(b)储能系统运行过程中不能超过额定充放电功率的约束。用数学函数表述如下：
|pe(t)|≤ce
(c)储能系统荷电状态平衡约束。用数学函数表述如下：
soc(t)＝soc(t-1)+pe(t)
其中，soc(t)表示储能系统在t时刻的荷电状态。
(d)储能系统容量约束。用数学函数表述如下：
soc(t)＜socmax
其中，socmax表示储能系统允许的最大荷电状态。
(e)为使储能系统能够循环利用，在一个充放电周期24h中满足能量守恒，即储能系统能量平衡约束。用数学函数表述如下：
以下为本发明的具体实施例。
本实施例提供了一种风电场群风储系统选址定容联合优化的方法，具体包括以下步骤：
步骤s1：获取风电场群各风电场出力时间序列及相关参数；风电场群各风电场出力时间序列如图3所示，具体参数如下：风电场群总装机容量为891mw；kr＝0.06元/(kw·h)；kch＝10000元/(mw·km)；kcl＝4850元/(mw·km)；kl＝0.6元/(kw·h)；r＝0.06；ts＝20年；储能系统功率价格c1＝360元/kw；储能寿命周期tc＝10年；风电场1的经度坐标x1＝119.374673°e；风电场1的纬度坐标y1＝25.266761°n这个字母是北纬；风电场2的经度坐标x2＝119.3008°e；风电场2的纬度坐标y2＝25.19453°n；风电场3的经度坐标x3＝119.176627°e；风电场3的纬度坐标y3＝25.275585°n；并网点的经度坐标x∞＝118.682514°e；并网点的纬度坐标y∞＝25.367226°n。
图2为地球上任意两点距离计算示意图，其中r为地球的半径，地球上任意两点距离计算公式如下：
由δocd，得：
综上所述，得：
步骤s2：建立风储联合系统社会效益最大化的中心变电站位置选址、输电容量和储能功率配置联合优化模型。
步骤s3：利用粒子群算法求解风电场群风储联合系统中心变电站位置选址、输电容量和储能功率配置。以风电场群各风电场出力曲线为例来计算，每10min取一个风电功率值，优化出风电场1出线容量pl1＝227mw，风电场2出线容量pl2＝230mw，风电场3出线容量pl3＝263mw，风电场群出线容量pline＝473mw，储能配置功率ce＝237mw，中心变电站经纬度坐标(119.1810°e，25.1838°n)，l1＝22.5km，l2＝13.7km，l3＝4.4km，l＝57.5km，综合收益f＝2.10亿元，为最大值。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。