一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法，针对当前光伏电站群外送电容量配置不合理、利用率较低的问题，本发明以光伏电站有功出力特性及负荷特性为基础，综合考虑输电收益、输电线路建设成本、储能系统成本、减少备用容量及环境影响等因素，建立了以输电系统综合投资收益最大化为目标的优化函数，以此来优化光伏电站外送输电容量。具有方法科学合理，适用性强，综合收益最大化等优点。
【专利说明】一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速发展，使人们同时面对着能源与环境的巨大压力。太阳能作为一 种可再生能源，具有安全、清洁、分布广泛等特点，越来越受到人们的关注。大规模的集中式 光伏并网发电系统是太阳能发电的发展趋势之一，其大多分布在太阳能资源相对丰富稳定 的偏远地区，远离负荷中心，通过高电压、远距离的输电线路接入系统。
[0003] 太阳能不同于风能、水能等其他可再生能源，有其独特自然特性。光伏电站的发电 量与太阳辐射强度、温度密切相关。日落后，太阳能电池无法在夜间发电。由于云层遮挡导 致太阳辐射的不确定性，光伏电站的保护动作，以及太阳能电池板热斑效应、老化等因素， 光伏电站的有功出力很难达到其峰值功率；同时，由于上述原因产生的有功出力波动，随着 光伏电站装机容量的扩大，对电网稳定性的影响也难以忽视。储能系统虽然成本较高，但可 以实现能量的时空平移，满足系统的有功平衡。对于拟建设的大规模的光伏电站群，可通过 增加储能系统来改善光伏电站群出力特性。
[0004] 传统光伏电站群输电系统是通过线路将各个光伏电站功率汇集到一个中心变电 站，再通过一回或多回电压等级较高的输电线路接入电网，输电线路容量配置方法是按光 伏电站的装机容量来配置。对于具有大规模光伏发电接入电网的我国西部地区，光伏发电 等效满发年利用小时数约为1600小时。如果按照装机容量配置输电线路容量，这就会导致 输电线路利用水平较低；如果降低输电线路容量，很可能导致在光伏发电高峰时段，功率不 能及时送出，导致"弃光限电"现象发生。
[0005] 对于大型光伏电站群，光伏电站建设投资大，但太阳能的转化效率并不高。光伏电 站群外送输电容量配置，不仅要珍惜宝贵的太阳能发电资源，还要尽可能的减少光伏发电 并网对电网造成的影响。因此，有必要考虑多方面的因素，优化输电线路建设方案，提高输 电系统的综合收益。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提出一种以光伏电站有功出力特性及负荷特性为 基础，综合考虑输电收益、输电线路建设成本、储能系统成本、减少备用容量及环境影响等 因素，建立了以输电系统综合投资收益最大化为目标的优化函数，以此来优化光伏电站外 送输电容量的基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法。
[0007] 解决其技术问题采用的方案是：一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优 化方法，它包括以下步骤：
[0008] 1)光伏电站群出力特性分析
[0009] 大规模的光伏电站群通常有多个光伏电站组成，每个光伏电站有功出力通过线路 汇聚到一个主变电站，再通过一回或者多回输电线路接入电网，不同安装位置处的太阳能 电池板所处的情况往往不同，导致不同位置或区域的光伏电池板输出功率不同；同时，光伏 电站与光伏电站间输出功率也不完全相同，随着光伏电站群的规模不断扩大，光伏有功出 力最大值以总装机容量标么化后，其值逐渐降低，通过光伏电站累积出力曲线来反映光伏 电站群规模扩大后的功率变化规律，能够作为优化输电容量的依据；
[0010] 2)结合储能系统的光伏发电系统调峰能力分析
[0011] 调峰的目的尽可能减少大功率负荷在用电负荷高峰的时段对电能的需求，其直观 的表现为减小负荷的峰谷差；结合储能系统的输电系统能够减少部分输电容量，通过储能 将光伏发电高峰时输电线路无法送出的电能储存起来，在用电高峰时将其释放，即降低了 输电线路的成本，同时提高了电网的功率峰值，起到调峰作用，保证供电的可靠性；
[0012] 3)基于储能的外送输电容量优化
[0013] 基于光伏电站有功出力特性以及储能系统作为降低输电线路容量、调节负荷峰谷 差的作用，同时考虑输电线路建设成本、输电收益、减小的调峰成本以及环境收益，构建了 反映输电工程综合收益的输电容量优化函数：
[0014]
【权利要求】
1. 一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法，其特征是，它包括以下步 骤： 1) 光伏电站群出力特性分析 大规模的光伏电站群通常有多个光伏电站组成，每个光伏电站有功出力通过线路汇聚 到一个主变电站，再通过一回或者多回输电线路接入电网，不同安装位置处的太阳能电池 板所处的情况往往不同，导致不同位置或区域的光伏电池板输出功率不同；同时，光伏电站 与光伏电站间输出功率也不完全相同，随着光伏电站群的规模不断扩大，光伏有功出力最 大值以总装机容量标么化后，其值逐渐降低，通过光伏电站累积出力曲线来反映光伏电站 群规模扩大后的功率变化规律，能够作为优化输电容量的依据； 2) 结合储能系统的光伏发电系统调峰能力分析 调峰的目的尽可能减少大功率负荷在用电负荷高峰的时段对电能的需求，其直观的表 现为减小负荷的峰谷差；结合储能系统的输电系统能够减少部分输电容量，通过储能将光 伏发电高峰时输电线路无法送出的电能储存起来，在用电高峰时将其释放，即降低了输电 线路的成本，同时提高了电网的功率峰值，起到调峰作用，保证供电的可靠性； 3) 基于储能的外送输电容量优化 基于光伏电站有功出力特性以及储能系统作为降低输电线路容量、调节负荷峰谷差的 作用，同时考虑输电线路建设成本、输电收益、减小的调峰成本以及环境收益，构建了反映 输电工程综合收益的输电容量优化函数： max F = R(Pline) + 8(Ρ^ + Τ(Ρ^ +EiP.J-CiflJ-SCdiJ (1) 式中：F为光伏发电外送输电工程综合收益； Plim为光伏发电外送输电容量，PN为光伏电站群总装机容量； 式（1)中等式右侧各项的含义及计算方法如下： ① R(Pline) R(Pline)为输电系统直接收益，与输电量成正比，其计算公式为： R(Piine) =rtXGt(Pline)XTs (2) 其中：rt输送单位电量收益； 八为输电静态回收周期； Gt(PliM)为每年通过输电线路直接输送的电量，求法如下： 其中：TliM为光伏电站群输出功率高于PliM的持续出力时间； TmdS光伏电站群总的出力时间； ps(t)为光伏电站群累积出力曲线； ② s(pline) S(PliM)为储能系统存储电能输电收益，其计算公式为： S(Pline) = nXrtXGs(Pline)XTs (4) 其中：Π 为储能系统效率； Gs(PliM)为储能系统存储电能，其计算公式为： 〇λΡ^) = \Τ"ΡΜ)^-Ρη,^τ^ (5) ③ T(Pline) T(PliM)为减少调峰容量收益，其计算公式为： T(Pline) = 365XkXPmaxs(Pline)XTs (6) 其中：k单位功率调峰成本； Pn^hJ为储能系统的最大功率，求法如下： Pmaxs (Pli J = max (Ps (t)) -piine (7) ④ E(Pline) E(Plim)减少的传统能源消耗及其带来的环境成本，输电线路未能送出的电能并没有 弃掉，而是在发电低谷或者负荷高峰时间利用输电线路剩余的输电能力将这部分电能送 出，其计算公式为： E(Pline) = (rc+re)XGs(Pline)XT s (8) 其中：r。为消耗传统能源发电燃料成本； 匕为其带来的环境成本； ⑤ c(pline) C(PliM)为输电线路建设成本，求法如下： C(Pline) =riXlXPline (9) 其中：Γι为单位长度输电线路建设成本； 1为输电线路长度； ⑥ sc(pline) SC (PliM)为储能系统建设成本，求法如下： SC{Pt；m.) = (rv, X PnusXP!uw) + X ￡ (/^,,,,))χψ (10) id 其中：rE；p为储能系统单位功率成本； rse为储能系统单位能量成本； ^为储能系统使用周期； Es(PliM)为储能系统容量，由于储能系统成本较高，配置大容量的储能系统并不现实， 储能系统所需容量只需计算每天所储存的电能，并取其最大值，其计算方法如下： ￡(^,.)^max( j P^,N)dt-Pli!u^T!iiuXN)) (11) 0 其中：N为天数，取1、2、3、…、365; Psd(t，N)为第N天光伏电站群累积出力曲线； Tlim(N)为第N天光伏电站群输出功率高于PliM的持续出力时间； (1)式目标函数的最优解PliM即为使综合收益最大化的输电容量，由PliM确定的（7) 式及（11)式，即所需储能系统功率及容量。
【文档编号】H02J3/28GK104283226SQ201410535946
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】崔杨, 李焕奇, 严干贵, 穆钢 申请人:东北电力大学