一种间断性可再生能源的置信容量计算方法与流程

1.本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种间断性可再生能源的置信容量计算方法。


背景技术：

2.随着能源危机和环境污染问题的日益严重，大力发展可再生能源，构建可持续发展能源体系已成为各个国家实现低碳经济、推动能源转型升级的战略选择。然而，可再生能源固有的波动性和随机性导致的电网潮流、电压波动以及弃风弃光问题，极大地阻碍了其在电力系统中的推广应用。因此，亟需对现有电力系统进行结构发展规划，通过储能增设以及线路扩建实现可再生能源的安全经济消纳。针对高比例风电的电力系统，提高可再生能源消纳率需要配置额外的储能容量以及扩建线路，增加消纳成本，同时，风电的波动性和元件随机故障会导致系统出现弃风弃负荷现象，从而影响运行可靠性。随着风电资源和光伏资源接入电网的规模不断增大，如何准确评估风电和光伏的置信容量成为电力系统规划时亟需解决的问题。传统的置信容量求解方法没有准确考虑气象数据对风电和光伏功率的影响。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，提供一种间断性可再生能源的置信容量计算方法，其能够解决风电和光伏的置信容量求解问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种间断性可再生能源的置信容量计算方法，包括以下步骤：
5.s1、计算风电机组输出功率；
6.s2、计算光伏组件输出功率；根据pvform光伏组件出力模型计算光伏组件最大输出功率，得出不同地理位置的光伏逐时出力；
7.s3、计算风电容量因数序列和光伏容量因数序列；
8.s4、计算风电、光伏置信容量，对负荷从大到小排序，取负荷前10％时段对应的风电、光伏容量因数，分别求其平均值，即为风能、太阳能的置信容量。
9.按上述方案，所述风电机组的输出功率具体为：单位时间内以速度v流过截面a的风能的计算公式如下：
[0010][0011]
其中，ρ为空气密度且与海拔高度有关，a为截面面积，v为风速；
[0012]
设风机机械输出功率为pa，则
[0013][0014]
其中，cp为风能利用系数；
[0015]
风机输出功率与风速的计算公式如下：
[0016][0017]
其中，v＝风机轮毂高度处风速
[0018]
p(v)＝风机输出功率
[0019]
q(v)＝风机输出功率与风速的非线性段
[0020]vci
＝风机切入速度
[0021]
vco＝风机切出速度
[0022]
vr＝风机额定工况下的风速
[0023]
pr＝风机额定输出功率。
[0024]
按上述方案，所述步骤s2中，pvform光伏组件mpp出力模型如下，计算公式为：
[0025][0026]
其中，pmp＝最大输出功率
[0027]
pmp0＝标准工况下的最大输出功率
[0028]
einc＝入射太阳光全频段辐照度
[0029]
γ＝温度因数，对于多晶硅光伏组件可取-0.005691℃-1
[0030]
t＝光伏组件温度
[0031]
t0＝标准工况温度，取25℃。
[0032]
按上述方案，所述步骤s3中，计算风电容量因数序列的方法如下：
[0033]
对风速的折算的计算公式为：
[0034][0035]
其中，v是距地面高h处的风速，v0为高度h0处的风速，k为修正指数，取决于大气稳定度和地面粗糙度，其值约为0.125～0.5；
[0036]
忽略风向和海拔高度对风电机组输出功率的影响，将风速根据特定风机功率曲线得出其逐时功率，再除以其额定功率pr得到风电机组逐时t时刻的容量因数c
wind
，计算公式为：
[0037][0038]
按上述方案，所述步骤s3中，计算光伏容量因数序列的方法如下：
[0039]
对于逐时t时刻的光伏容量因数c
pv
计算，在式(4)的基础上除以pmp0，计算公式为：
[0040][0041]
按上述方案，所述步骤s4中，风能、太阳能的置信容量和具体计算公式如下：
[0042][0043][0044]
其中，t为前10％峰值负荷的总时段。
[0045]
实施本发明的一种间断性可再生能源的置信容量计算方法，具有以下有益效果：
[0046]
本发明建立了基于风电机组输出功率模型和光伏组件输出功率模型的置信容量评估方法，评估峰值负荷时段风电和光伏的置信容量，综合考虑风速、辐照和温度对机组输出功率的影响，对于机组置信容量的评估具有重要意义。
附图说明
[0047]
图1为本发明的典型风电机组功率曲线示意图；
[0048]
图2为本发明的典型2.5mw风电机组功率曲线示意图；
[0049]
图3为本发明的典型月风速分布示意图；
[0050]
图4为本发明的实施例中典型月光照辐射强度与温度分布示意图；
[0051]
图5为本发明的实施例中风电、光伏容量因素与负荷分布情况示意图；
[0052]
图6为本发明的实施例中在5月负荷下的风电和光伏分布示意图。
具体实施方式
[0053]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0054]
本发明的间断性可再生能源的置信容量计算方法，包括以下步骤：
[0055]
s1、计算风电机组输出功率，具体为：
[0056]
风电机组是把风能转换为电能的发电机组，其利用风力推动桨叶旋转，从而带动发电机进行发电。单位时间内以速度v流过截面a的风能可用下式计算：
[0057][0058]
其中，ρ为空气密度，与海拔高度有关，a为截面面积，v为风速。
[0059]
然而风机不能完全利用穿过其风轮截面的风能，设风机机械输出功率为pa，则
[0060][0061]
其中，cp为风能利用系数，根据贝兹理论，cp极限值为59.3％。
[0062]
a与cp与风机本身性能有关，为常数，而空气密度ρ与海拔高度有关，影响风机机械输出功率的关键因素即为风速v。此外，风机将机械能转换为电能的过程也会损耗能量，并且电功率与机械功率呈非线性关系，其输出功率与风速的关系可用如下公式描述：
[0063][0064]
其中：v＝风机轮毂高度处风速
[0065]
p(v)＝风机输出功率
[0066]
q(v)＝风机输出功率与风速的非线性段
[0067]
vci＝风机切入速度
[0068]
vco风机切出速度
[0069]
vr＝风机额定工况下的风速
[0070]
pr＝风机额定输出功率。
[0071]
如图1-2所示，典型的风电机组功率曲线，选取目前市面上典型的2.5mw风电机组，根据数据手册里厂家经过试验测得的风速-功率曲线，采用分段线性拟合的方法得到其在不同风速下的输出功率。
[0072]
s2、计算光伏组件输出功率，具体为：
[0073]
在已知太阳光辐照强度和光伏组件温度的条件下，可根据pvform光伏组件出力模型计算光伏组件最大输出功率，然后即可得出不同地理位置的光伏逐时出力。pvform光伏组件mpp出力模型如下：
[0074][0075]
其中：pmp＝最大输出功率
[0076]
pmp0＝标准工况下的最大输出功率
[0077]
einc＝入射太阳光全频段辐照度
[0078]
γ＝温度因数，对于多晶硅光伏组件可取-0.005691℃-1
[0079]
t＝光伏组件温度
[0080]
t0＝标准工况温度，取25℃
[0081]
s3、计算风电容量因数序列和光伏容量因数序列，具体如下：
[0082]
(1)计算风电容量因数序列
[0083]
对风速的折算可用如下公式：
[0084][0085]
其中，v是距地面高h处的风速，v0为高度h0处的风速，一般取h0为10m，k为修正指数，取决于大气稳定度和地面粗糙度，其值约为0.125～0.5，本文选取0.125.
[0086]
选用目前典型的2.5mw风电机组参数作为计算依据，其主要参数如下：
[0087]
表1典型25mw风机参数
[0088][0089]
忽略风向和海拔高度对风电机组输出功率的影响，因此将折算到85米高度的风速根据特定风机功率曲线得出其逐时功率，再除以其额定功率pr即可得到风电机组逐时t时
刻的容量因数c
wind
，计算公式如下：
[0090][0091]
(2)计算光伏容量因数序列
[0092]
对于逐时t时刻的光伏容量因数c
pv
计算，只需在式(4)的基础上除以pmp0即可，计算公式如下：
[0093][0094]
s4、计算风电、光伏置信容量
[0095]
对负荷从大到小排序，取负荷前10％时段对应的风电、光伏容量因数，分别求其平均值，即为风能、太阳能的置信容量和具体如下：
[0096][0097][0098]
其中，t为前10％峰值负荷的总时段。
[0099]
实施例
[0100]
算例选取某地区五月份气象数据为基础，计算不同风速下的风电机组输出功率，在不同太阳光辐照强度和光伏组件温度的条件下的光伏组件输出功率，进而得到不同时刻的风电容量因数和光伏容量因数。对负荷从大到小排序，选取负荷前10％峰值时段对应的风电、光伏容量因数，分别求其平均值，即为风电和光伏的置信容量。
[0101]
图3为该地区五月的风速分布情况，图4为该地区五月的光照辐射强度与温度分布情况，图5为五月的风电、光伏容量因素与负荷分布情况图，图6为在5月负荷下的风电和光伏分布情况，共744小时，选取前74小时峰值负荷对应的风电、光伏容量因数，并求平均值，即可得到风电置信容量为额定功率的9.01％，光伏置信容量为额定功率的42.27％。