一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析方法及装置与流程

1.本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析方法，还涉及一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析装置。


背景技术：

2.变电站作为电能转换与输送过程中的枢纽环节与重要节点，数量众多，耗电量大，提升变电站的能效对建设绿色低碳电网意义重大。实际运行中，往往由于设施老旧、运行不合理等原因导致变电站电能浪费和能效不高，在变电站的规划建设阶段进行节能设计是一项必须考虑的内容。
3.在变电站站内中应用光伏、风电等绿色能源，同时配置电化学储能设备，可以降低变电站内自身电能损耗，减少变电站站内负荷带来的大电网损耗。现有效益分析方法针对传统变电站，已不适用于配置风光储的变电站，不能对此类变电站在规划阶段做出有效的效益评估，因此急需建立能全面反映变电站站内风光储配置的效益分析方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析方法，解决了现有技术中无法评估风光储配置的变电站效益水平的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下。
6.第一方面，本发明提供了一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析方法，包括：
7.基于变电站站内新能源配置方案，确定光伏发电的光伏组件数量和风力发电的风力组件数量；
8.基于光伏组件和风力组件的数量，计算相应的光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量；
9.基于光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量，计算得到发电收益、减排收益以及静态收益回收期。
10.可选的，所述基于变电站站内新能源配置方案，确定光伏发电的光伏组件数量和风力发电的风力组件数量，包括：
11.1)光伏组件布置在变电站配电装置楼屋顶以及变电站围墙顶位置
12.屋顶光伏组件采用水平固定安装方式，安装倾角为θ，配电装置楼屋顶配置的光伏组件个数计算公式为：
[0013][0014]
式中，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，s
roof
为配电装置屋顶有效允许安装面积，s
solar
为光伏组件面积，θ为光伏组件安装倾角，δ为光伏组件间最小间距；
[0015]
围墙顶部配置的光伏组件个数计算公式为：
[0016][0017]
式中，n
s2
为围墙顶部配置的光伏组件个数，l
wall
为有效允许安装围墙长度，l
solar
为光伏组件宽度，δ为光伏组件间最小间距；
[0018]
2)风机组件布置在变电站屋顶且呈对角线布置
[0019]
因此屋顶风机配置数量计算公式为：
[0020]
n
w
≤2n
room
[0021]
式中，n
w
为屋顶风机配置数量，n
room
为变电站警卫室和消防泵房、雨淋阀室个数。
[0022]
可选的，所述基于光伏组件和风力组件的数量，计算相应的光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量，包括：
[0023]
1)光伏发电量计算
[0024]
利用配置的配电装置屋顶和围墙顶部的光伏组件个数n
s1
、n
s2
计算光伏组件总装机容量，计算公式为：
[0025]
w
s
＝(n
s1
+n
s2
)p
s
[0026]
式中，w
s
光伏组件总装机容量，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，p
s
为光伏组件最大功率；
[0027]
使用下式计算年太阳辐射总量：
[0028][0029]
式中，r
y
为年太阳辐射总量，为i月份典型日日均太阳辐射量，d
i
为每月有效运行天数；
[0030]
将年太阳辐射总量等效为光伏组件最大装机容量下的年最大峰值小时数，计算公式如下：
[0031][0032]
式中，h
s
为年峰值日照小时数；
[0033]
光伏电站发电量采用以下公式计算：
[0034]
l
s
＝w
s
h
s
η
s
(1
‑
ε0)(1
‑
ε
n
)
n
[0035]
式中：l
s
为光伏年发电量，η
s
为光伏系统综合效率，ε0为光伏组件首年组件衰减比例参数，ε
n
为每年使用光伏组件衰减比例参数，n为组件使用时间；
[0036]
2)风电发电量计算
[0037]
利用配置的屋顶风机个数n
w
计算风机总装机容量，计算公式为：
[0038]
w
w
＝n
w
p
w
[0039]
式中，p
w
为风力组件总装机容量，p
w
为小型风力机最大功率；
[0040]
风电年发电量计算公式如下：
[0041]
l
w
＝w
w
h
w
η
w
[0042]
式中，l
w
为风电年发电量，h
w
为风机年利用小时数，η
w
为风电系统综合效率。
[0043]
可选的，所述发电收益为：
[0044]
变电站每年可通过风光储配置节约电费收益约：
[0045]
r
e
＝c5(l
w
+l
s
)
‑
c6(w
w
+w
s
)
[0046]
式中，r
e
为发电收益，c5为一般工商业及其它用电的销售电价，c6为单位功率新能源的运营成本。
[0047]
可选的，所述减排收益为：
[0048]
以二氧化碳当量折合计算，每年减排收益为：
[0049]
r
c
＝c7m
co2
[0050]
式中，r
c
为减排收益，c7为单位二氧化碳交易价格，m
co2
为等效减排二氧化碳质量；
[0051]
其中每年减排二氧化碳m
co2
计算公示如下：
[0052]
m
coal
＝p1(l
w
+l
s
)
[0053]
m
co2
＝p2m
coal
[0054]
式中，m
coal
为等效节约标准煤质量，m
co2
为等效减排二氧化碳质量，p1为电的折合煤系数，p2为标准煤的折合二氧化碳系数。
[0055]
可选的，所述静态收益回收期为：
[0056][0057]
式中，p
t
为静态回收期，c
sum
为系统总投资费用，
[0058]
总投资费用c
sum
计算公式如下：
[0059]
c
sum
＝c
s
+c
w
+c
c
+c
x
[0060]
式中，c
sum
为系统总投资费用，c
w
为风电系统总投资费用，c
c
为储能系统总投资费用，c
x
为其他投资费用。
[0061]
第二方面，本发明还提供了一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析装置，包括：
[0062]
组件数量计算模块，用于基于变电站站内新能源配置方案，确定光伏发电的光伏组件数量和风力发电的风力组件数量；
[0063]
发电量计算模块，用于基于光伏组件和风力组件的数量，计算相应的光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量；
[0064]
收益计算模块，用于基于光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量，计算得到发电收益、减排收益以及静态收益回收期。
[0065]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明方法准确评估风光储配置的变电站效益水平，综合反映此类变电站的整体效益水平，为提供变电站节能改造依据，促进全社会节能工作的进一步实施。
附图说明
[0066]
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0067]
图1为用于变电站站内风光储的效益分析计算流程；
[0068]
图2变电站所在地每日平均辐射水平；
[0069]
图3变电站光伏系统年发电量。
具体实施方式
[0070]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0071]
在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0072]
在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。
[0073]
实施例1
[0074]
本发明的一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析方法，以变电站站内风光储微电网为研究对象，参考图1用于变电站站内风光储的效益分析计算流程框架，包括以下过程：
[0075]
步骤(1)、变电站站内新能源配置方法
[0076]
1)光伏组件布置在变电站配电装置楼屋顶以及变电站围墙顶位置。
[0077]
屋顶光伏组件采用水平固定安装方式，安装倾角为θ，这种安装方式布置紧凑，节约场地。
[0078]
配电装置楼屋顶配置的光伏组件个数计算公式为：
[0079][0080]
式中，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，s
roof
为配电装置屋顶有效允许安装面积，s
solar
为光伏组件面积，θ为光伏组件安装倾角，δ为光伏组件间最小间距。
[0081]
光伏组件通过钢支架固定于围墙顶部。围墙顶部配置的光伏组件个数计算公式为：
[0082][0083]
式中，n
s2
为围墙顶部配置的光伏组件个数，l
wall
为有效允许安装围墙长度，l
solar
为光伏组件宽度，δ为光伏组件间最小间距。
[0084]
2)风机组件布置在变电站警卫室和消防泵房、雨淋阀室等屋顶，对角线布置。
[0085]
因此屋顶风机配置数量计算公式为：
[0086]
n
w
≤2n
room
[0087]
式中，n
w
为屋顶风机配置数量，n
room
为警卫室、雨淋阀室、消防泵房的个数。
[0088]
步骤(2)、新能源发电量计算
[0089]
1)光伏发电量计算
[0090]
利用(1)中配置的配电装置屋顶和围墙顶部的光伏组件个数n
s1
、n
s2
计算光伏组件总装机容量，计算公式为：
[0091]
w
s
＝(n
s1
+n
s2
)p
s
[0092]
式中，w
s
光伏组件总装机容量，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，n
s1
为配电装置屋顶配置的光伏组件个数，p
s
为光伏组件最大功率。
[0093]
使用下式计算年太阳辐射总量：
[0094][0095]
式中，r
y
为年太阳辐射总量，为i月份典型日日均太阳辐射量(倾角为θ)，d
i
为每月有效运行天数。
[0096]
将年太阳辐射总量等效为光伏组件最大装机容量下的年最大峰值小时数，计算公式如下：
[0097][0098]
式中，h
s
为年峰值日照小时数。
[0099]
光伏电站发电量采用以下公式计算：
[0100]
l
s
＝w
s
h
s
η
s
(1
‑
ε0)(1
‑
ε
n
)
n
[0101]
式中：l
s
为光伏年发电量，η
s
为光伏系统综合效率，ε0为光伏组件首年组件衰减比例参数，ε
n
为每年使用光伏组件衰减比例参数，n为组件使用时间(年)。
[0102]
2)风电发电量计算
[0103]
利用(1)中配置的屋顶风机个数n
w
计算风机总装机容量，计算公式为：
[0104]
w
s
＝n
w
p
w
[0105]
式中，p
w
为风力组件总装机容量，p
w
为小型风力机最大功率。
[0106]
风电年发电量计算公式如下：
[0107]
l
w
＝w
w
h
w
η
w
[0108]
式中，l
w
为风电年发电量，h
w
为风机年利用小时数，η
w
为风电系统综合效率。
[0109]
步骤(3)、负荷预测及储能装置配置
[0110]
1)负荷预测
[0111]
变电站负荷分为连续经常负荷与短时不连续负荷。连续经常负荷记为每日24小时均需供电负荷，白天不考虑照明，照明即为短时不连续负荷，则站用平均日均负荷统计可算得：
[0112]
p
load
＝p1+p2+p3+0.5p4[0113]
式中，p
load
为站用负荷日均统计值，p1为直流经常负荷，p2为交流经常动力负荷，p3为交流经常加热负荷，p4为短时照明负荷。
[0114]
变电站固定年耗能则通过站用平均日均负荷乘以变电站年运行时间获得。
[0115]
2)储能装置配置
[0116]
为不弃风弃光、满发尽用，按下式条件配置储能装置：
[0117]
c
cell
≥(w
s
+w
w
‑
p
load
)t
max
[0118]
p
cell
≥w
s
+w
w
‑
p
load
[0119]
式中，c
cell
为储能装置最大容量，p
cell
为储能装置最大充电功率，t
max
为新能源最大发功率时常。
[0120]
步骤(4)、投资费用核算
[0121]
1)光伏发电投资费用计算
[0122]
光伏系统投资费用计算公式如下：
[0123]
c
s
＝(c1+c2+c3+c4)w
s
[0124]
式中，c
s
为光伏系统总投资费用，c1为光伏组件单位功率投资费用，c2为电缆单位功率投资费用，c3为支架单位功率投资费用，c4为逆变器单位功率投资费用。
[0125]
2)总投资费用计算
[0126]
总投资费用计算公式如下：
[0127]
c
sum
＝c
s
+c
w
+c
c
+c
x
[0128]
式中，c
sum
为系统总投资费用，c
w
为风电系统总投资费用，c
c
为储能系统总投资费用，c
x
为其他投资费用。
[0129]
步骤(5)、效益计算
[0130]
1)节能减排效益
[0131]
光伏、风电满发尽用情况下，每年节约标准煤和减排二氧化碳计算公示如下：
[0132]
m
coal
＝p1(l
w
+l
s
)
[0133]
m
co2
＝p2m
coal
[0134]
式中，m
coal
为等效节约标准煤质量，m
co2
为等效减排二氧化碳质量，p1为电的折合煤系数，p2为标准煤的折合二氧化碳系数。
[0135]
2)经济效益
[0136]
发电收益：变电站每年可通过风光储配置节约电费收益约：
[0137]
r
e
＝c5(l
w
+l
s
)
‑
c6(w
w
+w
s
)
[0138]
式中，r
e
为发电收益，c5为一般工商业及其它用电的销售电价，c6为单位功率新能源的运营成本。
[0139]
减排收益：以二氧化碳当量折合计算，每年减排收益为：
[0140]
r
c
＝c7m
co2
[0141]
式中，r
c
为减排收益，c7为单位二氧化碳交易价格。
[0142]
年总收益为发电收益与减排收益之和，可进一步计算静态收益回收期为：
[0143][0144]
式中，p
t
为静态回收期。
[0145]
本发明提出一种变电站站内风光储配置的效益分析方法，弥补了传统变电站效益分析方法无法准确评估风光储配置的变电站效益水平的不足，该方法综合反映此类变电站的整体效益水平，为提供变电站节能改造依据，促进全社会节能工作的进一步实施。
[0146]
实施例2
[0147]
以某220kv变电站为例，分析配置站用风光储系统的效益。
[0148]
(1)、配置新能源
[0149]
变电站土建部分，围墙可搭建光伏板长度110m，屋顶可建设光伏板面积1700m2，可搭建风机屋顶的变电站警卫室和消防泵房、雨淋阀室2座。选用光伏组件参数如下：最大功率540wp，长2256mm，宽1131mm，最小间距50％，安装倾角10
°
。选用2kw级水平轴小型风机。
[0150]
计算后可选取屋顶建设光伏组件300块，围墙搭建60块，风力机4台。
[0151]
(2)、新能源发电量计算
[0152]
1)光伏年发电量计算
[0153]
根据变电站所在地每日平均辐射水平，如图2所示，计算年平均太阳辐射量为1012.8kwh/m2，年辐射总量92.98万kwh，年峰值日照小时数为4783h。
[0154]
光伏系统总效率为20％，光伏组件首年总衰减比例3％，以后每年0.55％衰减，可计算出光伏系统年发电量如图3所示。
[0155]
2)风机年利用小时数2920h，风电系统综合效率50％，计算可得风电年发电量为1.17万kwh。
[0156]
(3)、负荷预测及储能装置配置
[0157]
1)变电站负荷连续经常负荷与短时不连续负荷统计如下表所示，可进一步计算得出平均日均负荷。
[0158]
表1变电站负荷连续经常负荷与短时不连续负荷统计表
[0159]
负荷类型直流经常负荷动力负荷加热负荷短时照明负荷日平均负荷负荷统计/kw20.2986.4246.5840173.29
[0160]
2)储能装置配置。按照新能源最大发功率时常3.5h计算，储能装置充电最大功率可选为50kw，最大储能容量175kwh。
[0161]
(4)、投资费用核算
[0162]
1)光伏系统投资费用计算
[0163]
光伏组件按1.7元/w、电缆按照0.1元/w，支架按照0.25元/w，逆变器按照0.1元/w考虑，光伏系统初始投资费用为41.8万元。
[0164]
2)总投资费用计算
[0165]
2kw水平轴流风机建设成本约5000元/台，风电系统总投资费用2万元。储能装置初始投资费用约40万元。微网监控系统1套，微网智能并网柜2面，电能表1面，初始投资约30万元。计算可得总投资费用113.8万元。
[0166]
(5)、效益计算
[0167]
1)节能减排效益
[0168]
根据电的折合煤系数0.404kg/kwh，标准煤的折合二氧化碳系数2.6，计算等效节约标准煤质量约为75.5t，等效减排二氧化碳质量约为196.3t。
[0169]
2)经济效益
[0170]
发电收益：变电站每年可通过风光储配置节约电费收益约：
[0171]
r
e
＝c5(l
w
+l
s
)
‑
c6(w
w
+w
s
)
[0172]
式中，r
e
为发电收益，c5为按一般工商业及其它用电的销售电价0.6365元/kwh，单位功率新能源的运营成本120元/kw测算，变电站每年可通过风光储配置节约电费收益约
9.46万元。
[0173]
减排收益：以二氧化碳交易价格80元/t折合二氧化碳当量，每年减排收益为1.57万元。
[0174]
年总收益为发电收益与减排收益之和为11.03万元，可进一步计算静态收益回收期为11年。
[0175]
实施例3
[0176]
基于与实施例1同样的发明构思，本发明的一种用于变电站站内风光储微电网的效益分析装置，包括：
[0177]
组件数量计算模块，用于基于变电站站内新能源配置方案，确定光伏发电的光伏组件数量和风力发电的风力组件数量；
[0178]
发电量计算模块，用于基于光伏组件和风力组件的数量，计算相应的光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量；
[0179]
收益计算模块，用于基于光伏组件总装机容量、光伏发电量、风力组件总装机容量和风力发电量，计算得到发电收益、减排收益以及静态收益回收期。
[0180]
本发明装置中各个模块的具体实现方案参见方法中各步骤的具体实现过程。
[0181]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0182]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0183]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0184]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0185]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。