一种固定出力光储联合电站装机容量配置方法及系统与流程

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种固定出力光储联合电站装机容量配置方法及系统。

背景技术：

太阳能是绿色清洁可再生能源，太阳能光伏电站具有绿色环保、建设周期短、对厂址要求低等特点，在电源侧大规模建设光伏电站是未来清洁能源发电的主要形式之一。但是光伏电站出力受太阳辐照与气象条件影响，具有间歇性与波动性等特点，光伏出力的可控性低、网源协调性差，难以单独当作主力电源。电池储能系统凭借其灵活的充放电特性、快速的响应调节特点，使其成为配合光伏新能源发电，提升光伏电站出力可控性的重要技术手段与实现方式。

近年来，相继出现一些固定出力电源项目，固定出力电源即指根据划定的厂址范围与发电要求(发电功率、发电时段)，不限制发电技术种类(如燃煤机组、燃气机组、风电、光伏等)，以满足厂址范围与发电要求为条件的电源项目。光伏-储能联合发电站克服了光伏出力不可控的缺点，并具有绿色可再生、清洁零污染、建设周期短等诸多特点，光伏-储能联合发电站无需燃料供给、无水源要求，特别适合在海岛、高海拔地区、偏远地区应用，是固定出力电源项目的一种有潜力的技术方案，而光伏-储能联合发电站中光伏装机容量、储能装机功率/容量的确定与固定出力电源发电要求直接相关，需要准确合理对其进行配置。

技术实现要素：

本发明针对固定出力电源项目，根据固定出力电源发电要求(发电功率、发电时段)，提出一种用于固定出力光储联合电站的光伏装机与电池储能容量配置方法，首先根据项目厂址历史太阳能资源条件，以某一置信概率的太阳能气象资源作为输入，利用光伏设计软件计算确定光伏发电功率曲线；其次，根据固定出力电源发电要求、光伏发电功率曲线与储能系统运行约束条件，计算确定电池储能的装机功率与容量；最后，根据所确定的光伏与储能装机容量模拟光储联合出力，校验是否满足固定出力电源具体发电要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种固定出力光储联合电站装机容量配置方法，具体过程如下：

基于太阳能气象资源历史数据gcurve，结合光伏设计方案、初始光伏装机容量pini、光伏系统设备选型、交流/直流容配比计算光伏发电功率曲线pcurve，所述太阳能气象资源历史数据gcurve标注有其置信概率；

对所述光伏发电功率曲线pcurve进行校验得到光伏装机容量ppv；

根据固定出力电源发电功率prequire与连续发电时段δtrequire要求，构造目标发电功率曲线pobj，对所述光伏发电功率曲线pcurve与所述目标发电功率曲线pobj做差，得到储能系统拟运行曲线pbess_ini；

根据储能系统拟运行曲线pbess_ini计算得到储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini；

引入储能运行约束条件，计算储能系统修正运行曲线pbess；

储能系统修正运行曲线pbess与光伏发电功率曲线pcurve相加得到光伏储能系统综合运行曲线phybrid；如果phybrid满足固定出力电源发电功率prequire与发电时段δtrequire要求，则储能装机容量cb为cb_ini，如果不满足所述要求，则改变储能拟装机容量cb_ini重新计算储能系统修正运行曲线pbess，直至满足所述要求，改变后的储能拟装机容量作为最终的储能装机容量cb。

太阳能气象资源历史数据gcurve包括太阳辐照值g、温度t和风速v，所述太阳能气象资源历史数据gcurve每一采样点间隔一小时采集一次。

所述光伏发电功率曲线pcurve的数据点间隔为1小时/点，包含全年8760小时光伏发电功率数据，所述光伏设计方案为组串式、集中式或集散式，光伏系统设备包括光伏组件、光伏逆变器、汇流箱、光伏就地升压变、交/直流电缆以及直流/交流容配比。

对所述光伏发电功率曲线pcurve进行校验时，根据固定出力电源发电功率prequire与发电时段δtrequire要求，在全年8760h寻找所要求的连续发电时段δtrequire内光伏出力平均值最低时段δtpv，校验在δtpv时段内光伏发电功率的平均值pmean与所要求发电功率prequire的差值δp是否在[δpdown，δpup]功率区间，δpdown为考虑站用电功率并预留一定设计裕度的功率下限值，δpup为避免出现光伏装机过多而设置的功率上限值，如果pmean满足要求，则光伏装机功率ppv即为pini；如果pmean小于δpdown，减少初始光伏装机容量pini，并重新计算获得光伏全年8760h发电曲线pcurve。

固定电源发电时段δtrequire以1天为一个循环周期，全年共有365个循环周期，每天从a时开始，至b时结束，则：

δti＝[ai,bi]0≤ai＜bi≤24，i＝1,2...,365(1)

δtrequire＝{δti|i＝1,2...,365}(2)

式中i代表第i天；ai代表第i天第a时刻；bi代表第i天第b时刻。

计算储能拟装机容量cb_ini时，在全年若干个发电时段δtrequire之内，寻找储能拟运行曲线pbess_ini所对应的最大充电功率pcmax与最大放电功率pdmax，pcmax与pdmax绝对值最大者即为储能装机功率pb；在全年若干个发电时段δtrequire之内，寻找累计最大充电量ecmax与最大放电量edmax，ecmax与edmax绝对值最大者即为储能拟装机容量cb_ini，具体为：

pd＝{pt|pt＞0，pt∈pbess_ini},t∈[ai,bi]，i＝1,2,...，365(6)

pdmax＝max(pd)(7)

pc＝{pt|pt＜0，pt∈pbess_ini},t∈[ai,bi]，i＝1,2,...，365(8)

pcmax＝min(pc)(9)

pb＝max(pdmax,|pcmax|)(10)

cb_ini＝max(edmax,|ecmax|)(13)

式中pt代表t时刻储能充/放电功率；pd代表储能放电功率；pc代表储能充电功率。

根据储能充电效率ηc、放电效率ηd、储能荷电状态上限socup与储能荷电状态下限socdown、储能系统拟运行曲线pbess_ini、储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini为输入，计算考虑储能运行约束的全年8760h储能系统修正运行曲线pbess，pbess曲线中各储能运行功率值计算方法是原pbess_ini对应充电/放电功率值经过修正后替代原pbess_ini数值，修正计算公式如下：

socdown≤soct≤socup,t∈[ai,bi],i＝1,2,...,365(式14)

式中pdr代表储能修正放电功率；pcr代表储能修正充电功率。

一种固定出力光储联合电站装机容量配置系统，包括光伏发电功率曲线pcurve模块、光伏装机容量ppv计算模块、储能系统拟运行曲线pbess_ini计算模块、储能拟装机容量cb_ini计算模块、储能系统修正运行曲线pbess计算模块以及校验模块；

光伏发电功率曲线pcurve模块基于太阳能气象资源历史数据gcurve，结合光伏设计方案、初始光伏装机容量pini、光伏系统设备选型、交流/直流容配比计算光伏发电功率曲线pcurve；

光伏装机容量ppv计算模块用于对所述光伏发电功率曲线pcurve进行校验得到光伏装机容量ppv；

储能系统拟运行曲线pbess_ini计算模块用于根据固定出力电源发电功率prequire与连续发电时段δtrequire要求，构造目标发电功率曲线pobj，对所述光伏发电功率曲线pcurve与所述目标发电功率曲线pobj做差，得到储能系统拟运行曲线pbess_ini；

储能拟装机容量cb_ini计算模块用于根据储能系统拟运行曲线pbess_ini计算得到储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini；

储能系统修正运行曲线pbess计算模块用于引入储能运行约束条件，计算储能系统修正运行曲线pbess；

校验模块用于校验储能系统修正运行曲线pbess，得到最终的储能拟装机容量cb_ini，具体的：储能系统修正运行曲线pbess与光伏发电功率曲线pcurve相加得到光伏储能系统综合运行曲线phybrid；如果phybrid满足固定出力电源发电功率prequire与发电时段δtrequire要求，则储能装机容量cb为cb_ini，如果不满足所述要求，则改变储能拟装机容量cb_ini重新计算储能系统修正运行曲线pbess，直至满足所述要求，改变后的储能拟装机容量作为最终的储能装机容量cb。

本发明还提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取部分或全部所述计算机可执行程序并执行，处理器执行部分或全部计算可执行程序时能实现本发明所述固定出力光储联合电站装机容量配置方法。

本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本发明所述的固定出力光储联合电站装机容量配置方法。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本方法首先根据项目厂址历史太阳能资源条件，以某一置信概率的太阳能气象资源作为输入，计算确定光伏发电功率曲线；随后通过综合考虑固定出力电源发电要求与储能系统运行约束条件，计算确定光伏装机功率、电池储能装机功率与容量，计算量小，适用性强，对于光伏新能源发电工程具有指导意义与实用价值，本发明可根据固定出力电源的具体发电要求，计算配置光伏装机容量与电池储能装机功率、容量，至少两个重要的应用场景：一是要求采用绿色清洁发电技术的电源项目；二是受到场址、水源及燃料供应限制的电源项目，本发明特别适用于在海岛、高海拔地区与偏远地区应用。

附图说明

图1为一种可实施的光储联合电站的光伏装机与电池储能容量计算流程图。

图2为某项目厂址太阳辐照资源历史数据。

图3为某项目光伏全年8760h发电曲线pcurve。

图4为储能系统拟运行曲线pbess；

图5a某项目中冬季某个连续15天光储联合出力曲线示意图；

图5b为某项目中夏季某个连续15天光储联合出力曲线示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细描述：

1)收集项目厂址太阳能气象资源历史数据

从项目厂址所在地气象站或网络气象数据库，收集项目厂址太阳辐照资源历史数据gcurve，数据点采样间隔为1小时/点，应包含全年8760小时太阳辐照数据。数据项包括太阳辐照值g(单位w/m²)、温度t(单位℃)、风速v(单位m/s)。由于光照资源具有一定随机性，历史太阳辐照数据并不能代表未来太阳辐照水平，因此，获得的太阳辐照资源历史数据gcurve应标明其置信概率，如置信概率为p90，即代表全年太阳辐照水平达到gcurve的置信概率为90％，计算过程如采用p90的太阳辐照资源历史数据，即代表所配置光伏装机与储能容量满足固定电源发电要求的概率为90％。

2)计算选定光伏设计方案下的光伏全年8760h发电曲线pcurve

以步骤1)得到太阳能气象资源历史数据gcurve为气象输入，利用光伏设计软件(如pvsyst)计算获得光伏发电功率曲线pcurve，pcurve数据点间隔为1小时/点，应包含全年8760小时光伏发电功率数据。具体为：根据选定的光伏设计方案(组串式、集中式、集散式)、初始光伏装机容量pini、光伏系统主要设备选型，光伏系统主要设备包括光伏组件、光伏逆变器、汇流箱、光伏就地升压、变交/直流电缆以及直流/交流容配比等内容，以太阳能气象资源全年8760h历史曲线gcurve为输入，按照初始光伏装机容量pini计算获得选定光伏设计方案下的光伏全年8760h发电曲线pcurve。初始计算时，初始光伏装机容量pini可按照固定出力电源发电功率prequire的两倍考虑。

3)确定选定光伏设计方案下的光伏装机ppv

对步骤2)得到的光伏全年8760h发电曲线pcurve进行校验，根据固定出力电源发电功率prequire与发电时段δtrequire要求，在全年8760h寻找所要求的连续发电时段δtrequire内光伏出力平均值最低时段δtpv，校验在δtpv时段内光伏发电功率的平均值pmean与所要求发电功率prequire的差值δp是否在[δpdown，δpup]功率区间。δpdown为考虑站用电功率并预留一定设计裕度的功率下限值，δpup为避免出现光伏装机过多而设置的功率上限值，δpdown与δpup应根据场站具体情况酌情设定。如果pmean满足要求，则光伏装机功率ppv即为pini，进入步骤4)；如果pmean小于δpdown，返回步骤2)，适当增加初始光伏装机容量pini，并重新计算获得光伏全年8760h发电曲线pcurve；如果pmean大于δpup，返回步骤2)，适当减少初始光伏装机容量pini，并重新计算获得光伏全年8760h发电曲线pcurve。具体计算公式表述为：

令固定电源发电时段δtrequire以1天为一个循环周期，全年共有365(或364)个循环周期，每天从a时开始，至b时结束，则：

δti＝[ai,bi]0≤ai＜bi≤24，i＝1,2...,365(式1)

atrequire＝{at；|i＝1，2...，365}(式2)

式中i代表第i天；ai代表第i天第a时刻；bi代表第i天第b时刻；

4)计算全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini

根据固定出力电源发电功率prequire与发电时段δtrequire要求，构造全年8760h目标发电功率曲线pobj，具体为：在所要求发电时段δtrequire之内，目标发电功率曲线pobj发电功率值即为固定出力电源发电功率prequire；在所要求发电时段δtrequire之外，目标发电功率曲线pobj发电功率值即为0；根据固定出力电源要求，prequire可以是某一固定出力功率值，也可以是与发电时段δtrequire关联的可变出力功率序列。所构造的目标发电功率曲线pobj应包含全年8760小时，代表全年8760h目标发电功率，数据点间隔为1小时/点。对所构造的目标发电功率曲线pobj与步骤2)得到光伏全年8760h发电曲线pcurve做差，获得全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini。pbess_ini中数值为正代表储能放电，数值为负代表储能充电。

pbess_ini＝pobj-pcurve(式5)

5)计算储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini

对步骤4)得到的全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini进行分析，获得储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini。具体为：在全年若干个发电时段δtrequire之内，寻找储能拟运行曲线pbess_ini所对应的最大充电功率pcmax与最大放电功率pdmax，pcmax与pdmax绝对值最大者即为储能装机功率pb；在全年若干个发电时段δtrequire之内，寻找累计最大充电量ecmax与最大放电量edmax，ecmax与edmax绝对值最大者即为储能拟装机容量cb_ini。

pd＝{pt|pt＞0，pt∈pbess_ini},t∈[ai,bi]，i＝1,2,...，365(式6)

pdmax＝max(pd)(式7)

pc＝{pt|pt＜0，pt∈pbess_ini},t∈[ai,bi]，i＝1,2,...，365(式8)

pcmax＝min(pc)(式9)

pb＝max(pdmax,|pcmax|)(式10)

cb_ini＝max(edmax,|ecmax|)(式13)

式中pt代表t时刻储能充/放电功率；pd代表储能放电功率；pc代表储能充电功率；

6)考虑储能运行约束，计算全年8760h储能系统修正运行曲线pbess

根据储能充电效率ηc、放电效率ηd、储能荷电状态上限socup与储能荷电状态下限socdown，以步骤4)得到的全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini与步骤5)得到的储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini为输入，计算考虑储能运行约束的全年8760h储能系统修正运行曲线pbess。pbess曲线中各储能运行功率值计算方法是原pbess_ini对应充电/放电功率值经过修正后替代原pbess_ini数值，修正计算公式如下：

socdown≤soct≤socup,t∈[ai,bi],i＝1,2,...,365(式14)

式中pdr代表储能修正放电功率；pcr代表储能修正充电功率；

7)确定储能装机容量cb

将步骤6)得到的全年8760h储能系统修正运行曲线pbess与步骤2)得到的光伏全年8760h发电曲线pcurve相加，获得全年8760h光伏储能系统综合运行曲线phybrid，校验phybrid在全年8760h所要求的发电时段δtrequire之内是否满足固定出力电源发电功率prequire，如果不满足要求，则返回步骤6)，适当增加储能拟装机容量cb_ini，并重新计算全年8760h储能系统综合运行曲线pbess；如果满足要求，则储能装机容量cb即为cb_ini。

phybrid＝pcurve+pbess(式17)

综上，根据上述计算步骤，最终获得光伏装机ppv、储能装机功率pb与储能装机容量即为cb。计算过程流程图见图1。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明：

以某地区固定出力电源项目为例，固定出力电源发电功率要求为：在项目交流并网点具备50mw发电功率保证值，发电时段为每天06:00至23:00，每天发电持续时间为17小时。采用光伏+电储能技术作为固定出力电源技术方案。选定的光伏设计方案为：双面光伏组件+组串式逆变器+单轴跟踪式支架方案，直流/交流容配比＝1.2。

1)收集项目厂址太阳能气象资源历史数据

通过气象数据库，收集项目厂址太阳辐照资源历史数据gcurve，数据点采样间隔为1小时/点，包含全年8760小时太阳辐照数据。其中太阳辐照值全年8760h曲线见图2。从图2可初步判断3300h-4700h时段是全年光伏发电功率最低时段。

2)计算选定光伏设计方案下的光伏全年8760h发电曲线pcurve

3)确定选定光伏设计方案下的光伏装机ppv

以步骤1)得到太阳能气象资源历史数据gcurve为输入，利用光伏设计软件(pvsyst)计算获得光伏发电功率曲线pcurve。光伏装机容量pini经过步骤2)与步骤3)循环调整后，确定为203.2mw。图3是全年8760h发电曲线pcurve。计算中考虑δpdown＝2mw，δpup＝4mw。

4)计算全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini

根据固定出力电源项目全年发电时段要求，构造全年8760h目标发电功率曲线pobj，其中每天06:00至23:00时对应目标发电功率值为50mw，其余时段目标发电功率值设为0mw；对所构造的目标发电功率曲线pobj与光伏全年8760h发电曲线pcurve做差，获得全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini。图4为全年3300h-4700h时段储能系统拟运行曲线pbess_ini。pbess_ini中数值为正代表储能放电，数值为负代表储能充电。

5)计算储能装机功率pb与储能拟装机容量cb_ini

对步骤4)得到的全年8760h储能系统拟运行曲线pbess_ini进行分析，根据式(6)-式(13)计算，获得储能装机功率pb＝100mw，储能拟装机容量cb_ini＝541mwh。

6)考虑储能运行约束，计算全年8760h储能系统修正运行曲线pbess

7)确定储能装机容量cb

设储能充电效率ηc＝0.92、放电效率ηd＝0.92、储能荷电状态上限socup＝95％、储能荷电状态下限socdown＝10％，获得全年8760h储能系统修正运行曲线pbess。根据式(14)-式(16)计算，获得储能装机容量cb＝602mwh。图5a和图5b分别为冬季与夏季连续15天的光储联合出力曲线，由图可知根据本方法所配置的光储联合系统可以满足固定出力电源的发电要求。

从实施案例可以看出，本专利针对固定出力电源项目，提出了一种用于固定出力光储联合电站的光伏装机与电池储能容量配置方法。本方法首先根据项目厂址历史太阳能资源条件，以某一置信概率的太阳能气象资源作为输入，利用光伏设计软件计算确定光伏发电功率曲线；随后通过综合考虑固定出力电源发电要求与储能系统运行约束条件，计算确定光伏装机功率、电池储能装机功率与容量。本专利计算量小，适用性强，对于光伏新能源发电工程具有指导意义与实用价值。

本发明还可以提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取部分或全部所述计算机可执行程序并执行，处理器执行部分或全部计算可执行程序时能实现本发明所述固定出力光储联合电站装机容量配置方法。

另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本发明所述的固定出力光储联合电站装机容量配置方法。

所述计算机设备可以采用车载计算机、笔记本电脑、平板电脑、桌面型计算机、手机或工作站。

处理器可以是中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)或现成可编程门阵列(fpga)。

对于本发明所述存储器，可以是车载计算机、笔记本电脑、平板电脑、桌面型计算机、手机或工作站的内部存储单元，如内存、硬盘；也可以采用外部存储单元，如移动硬盘、闪存卡。

计算机可读存储介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取记忆体(ram，randomaccessmemory)、固态硬盘(ssd，solidstatedrives)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括电阻式随机存取记忆体(reram,resistancerandomaccessmemory)和动态随机存取存储器(dram，dynamicrandomaccessmemory)。

本方法首先根据项目厂址历史太阳能资源条件，以某一置信概率的太阳能气象资源作为输入，利用光伏设计软件计算确定光伏发电功率曲线；随后通过综合考虑固定出力电源发电要求与储能系统运行约束条件，计算确定光伏装机功率、电池储能装机功率与容量，计算量小，适用性强，对于光伏新能源发电工程具有指导意义与实用价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。