水风光多能互补系统时空协调方法、系统、设备及介质

本发明涉及水风光多能互补，特别是涉及一种水风光多能互补系统时空协调方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、间歇性可再生能源(即风能和太阳能)的高渗透率给电力系统带来新的挑战，储能是解决这一问题的有效措施。然而储能的投入、运行与维护成本高，发挥多种能源的时空互补特性可以降低整个电力系统出力的波动性，进而降低电力系统储能需求，这是多能互补系统规划的关键。

2、水电、风电和光伏三种能源在不同时间、空间尺度上都具有互补性。在时间尺度上，不同能源在时间上会有丰、枯的年份、季节或月份，可以通过“蓄丰补枯”的方式发挥特定能源不同时间上的互补性。同时，不同空间位置的出力过程差异较大，尤其是对于风光资源而言，可以利用这种能源空间异质性的特点进行广空间上能源的协调，使得能源需求平衡，将其拓展到不同能源类形式，互补性会更好，一是因为不同能源本身的出力特征互补，比如，风光电站在日尺度、季节尺度都具有很好的互补性；二是利用具有灵活调节能力的水电去补偿间歇能源能够更好地达到能源供需平衡。对于多能源系统规划而言，在不同的时间尺度上到底应当协调多大空间范围内各种类型电站才能获得最大虚拟储能增益是一个值得研究的问题。尤其是对于全球都在大规模规划建设的风光可再生能源系统而言，这一空间范围其实也是可再生能源系统之间的最佳匹配范围，也是区域风光可再生能源的规划边界。

3、多能源系统在时间维度上的互补性会对系统带来干扰。气候驱动的水电、风能和太阳能等可再生能源具有不同波动的周期，同时由于共同的遥相关关系和太阳辐射强度的周期性强迫，表现出显著的协变性。这些长期数据应用在多能互补系统中，可以通过降低整体系统出力的方差，减少储能需求从而获得互补效益，这也是以前的研究没有考虑的一点。此外，在解决这种考虑不同能源不同时期耦合的多能源问题时，传统的模拟优化方法可以用历史数据来寻找综合能源生产的最佳管理方案，但不同可用能源的统计表示需要随机规划。一般来说，很难足够准确地表述不同能源在季节(月)、年、多年等周期特性，特别是多种周期叠加下，系统出力的均值、方差等特性就变得愈加复杂，这削弱了随机规划的可靠性。由于水风光多能互补系统中多种能源在不同周期下的互补性与不同地理位置下的空间异质性相互交织，加大了最佳多能源时空协调范围的求解难度。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种水风光多能互补系统时空协调方法、系统、设备及介质，能够快速、准确确定最佳的多能源时空协调范围，以发挥水风光多种能源在不同时空尺度上的互补特性，使得整个水风光多能互补系统的储能需求最小。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一方面，本发明提供一种水风光多能互补系统时空协调方法，包括：

4、获取水电站流域内所有电站的长期月尺度出力数据构成所有电站的出力序列；流域内所有电站包括水电站、风电站和光伏电站；所有电站的出力序列中包括水电出力序列、风电出力序列和光电出力序列；

5、设定流域内各个风光电站与水电站之间的协调距离作为空间协调范围；

6、选定水电协调周围风电和光电的不同协调方案，确定不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献；所述不同协调方案包括统一运行情景方案和水电互补情景方案；

7、通过对流域内所有电站的出力之和进行功率谱密度分析，取得功率谱密度图中的峰值作为不同电站相应的周期；

8、将不同电站相应的周期转换成对应频率作为不同的时间协调范围；

9、基于不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献，计算不同时间协调范围和空间协调范围下的最大储能需求；

10、分析最大储能需求随着不同协调距离变化的趋势，确定在给定时间协调范围下令最大储能需求最小的空间协调范围为最佳的多能源时空协调范围。

11、可选地，所述确定不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献，具体包括：

12、采用公式确定统一运行情景方案下所有电站相互协调的方差贡献其中pc，i为流域内所有电站i的出力序列；n为流域内所有电站的数量；表示流域内所有电站出力序列的方差之和；r为设定的空间协调范围；ri，j表示流域内各个风光电站j与水电站i之间的实际距离；表示空间协调范围内的所有电站出力序列的协方差之和；表示空间协调范围外的所有电站两两之间出力序列标准差的乘积之和。

13、可选地，所述确定不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献，还包括：

14、采用公式确定水电互补情景方案下所有电站相互协调的方差贡献

15、可选地，所述将不同电站相应的周期转换成对应频率作为不同的时间协调范围，具体包括：

16、根据周期是频率的导数这一规律，将不同电站相应的周期转换成对应频率[f1，f2]，作为不同的时间协调范围。

17、可选地，所述基于不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献，计算不同时间协调范围和空间协调范围下的最大储能需求，具体包括：

18、将不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献进行从时域到频率域的转换，得到所有电站出力之和的功率谱密度函数

19、根据所述采用公式计算不同时间协调范围[f1，f2][f1，f2]和空间协调范围r下的最大储能需求emax；其中a为预设参数；f表示频率。

20、另一方面，本发明提供一种水风光多能互补系统时空协调系统，包括：

21、数据获取模块，用于获取水电站流域内所有电站的长期月尺度出力数据构成所有电站的出力序列；流域内所有电站包括水电站、风电站和光伏电站；所有电站的出力序列中包括水电出力序列、风电出力序列和光电出力序列；

22、空间协调范围设定模块，用于设定流域内各个风光电站与水电站之间的协调距离作为空间协调范围；

23、方差贡献确定模块，用于选定水电协调周围风电和光电的不同协调方案，确定不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献；所述不同协调方案包括统一运行情景方案和水电互补情景方案；

24、功率谱密度分析模块，用于通过对流域内所有电站的出力之和进行功率谱密度分析，取得功率谱密度图中的峰值作为不同电站相应的周期；

25、时间协调范围设定模块，用于将不同电站相应的周期转换成对应频率作为不同的时间协调范围；

26、最大储能需求计算模块，用于基于不同协调方案下所有电站相互协调的方差贡献，计算不同时间协调范围和空间协调范围下的最大储能需求；

27、最佳多能源时空协调范围获取模块，用于确定在给定时间协调范围下令最大储能需求最小的空间协调范围为最佳的多能源时空协调范围。

28、另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的水风光多能互补系统时空协调方法。

29、另一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述的水风光多能互补系统时空协调方法。

30、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

31、本发明所提供的水风光多能互补系统时空协调方法、系统、设备及介质，考虑了水电-风电-光伏三种能源在不同时间、空间尺度上的互补性，利用功率谱密度分析法计算了不同波动周期和空间协调距离下水风光多能互补系统的最大储能需求，能够融合时域上不同周期的出力序列以及空间域上不同地理位置分布的站点，从而将多能源、长时段、广空间的复杂问题耦合在一起，易于求解和建模，具有普适性参考价值。本发明首次在水风光领域关注了不同水电建设规划场景下水电捆绑周边风电和光伏电站的最佳多能源时空协调范围，通过考虑储能需求的多能源时空分析，以最佳的协调范围实现水风光打捆送出，发挥水电的灵活调节作用，对不同水电建设阶段下的周边风电和光伏发电站的规划具有重要意义。