基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法

本发明涉及清洁能源系统容量配置技术，特别涉及基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法。

背景技术：

1、为解决大规模波动性风光功率对电网安全稳定运行的影响，现有研究探索了利用常规水电和抽水蓄能来平抑风、光功率波动的水风光多能互补技术。其中抽水蓄能主要通过电力置换对电网负荷进行调节，是风光能源重要的配套电源，而利用流域内的常规梯级水电站联合调度，发挥水电站群的规模效应，可对风光能源季节性、短期、日负荷波动进行有效调节，这是抽水蓄能电站难以企及的，但其缺少抽水蓄能循环抽水储能的功能。目前水风光多能互补系统的研究对象多偏向于风光与常规水电或抽水蓄能单一调节形式的互补模式，结构较单一。要实现风光能源大规模长时间并网，还需要配备可调节性强的能源共同调度运行以提高互补系统的灵活性。因此，为进一步挖掘流域梯级水电站的灵活调节能力，现已有研究提出在常规水电站增建储能泵站形成混合式抽水蓄能电站，实现水风光蓄多能互补调度运行的清洁能源开发利用模式，是促进未来清洁能源发展的重要手段。

2、然而，基于常规梯级水电站改造的水风光蓄互补系统容量配置研究涉及多电源间的协同运行方式与容量配置问题。如何协调泵站与常规机组运行，建立多能源间的多尺度协同补偿机制，模拟混合系统的调度运行过程，这是互补系统需首先突破的关键问题。另一方面，合理的梯级水电蓄能改造设计方案是确保流域水风光资源合理利用和能量高效转化的关键和核心。如何科学确定储能泵站的容量配置方案，在充分发挥水、风、光多能源协调运行效益的同时，保障大规模多源混合发电系统的安全稳定运行，这是多能互补系统配置研究面临的另一技术瓶颈。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法，以解决多能互补模式下常规梯级水电蓄能改造的容量配置问题。

2、技术方案：本发明的基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法，包括以下步骤：

3、通过在常规梯级水电站之间增设储能泵站构建混合式抽水蓄能电站，根据储能泵站设置的位置和装机容量确定多种储能泵站容量配置方案，并通过与风光电站集成，构建水风光蓄多能互补系统；

4、针对每种储能泵站容量配置方案，构建考虑季节储能特性的水风光蓄多能互补系统多尺度联合调度模型，模拟水电改造后水风光蓄多能互补系统的调度运行过程；其中，水风光蓄多能互补系统多尺度联合调度模型，包括：以互补系统发电量最大为目标的长期调度模型和以互补系统发电效益最大为目标的短期调度模型，模型约束条件包括：电力传输约束、电站出力约束和水系统约束；

5、通过评估多种储能泵站容量配置方案下水风光蓄多能互补系统在能源、安全、经济方面的风险和效益，筛选得到技术可行、效益最优的水风光蓄互补泵站容量配置方案。

6、进一步的，混合式抽水蓄能电站包括水电站、储能泵站、上下水库，其中水电站通过水库放水发电，将水能转化为电能，储能泵站接收电力将水从下水库抽至上水库，将电能转化为水的势能；

7、储能泵站设置的位置通过分析流域梯级水库特性和地理分布资料，选取调节库容较大、调节周期较长且高差较大的两个相邻水库作为潜在的泵站安装位置；

8、储能泵站装机容量确定方法为：根据水风光蓄多能互补系统接入的风电场和光伏电站装机规模，以优先消纳风光能源出力为原则，模拟风光能源的时序运行过程，从而得到规划场景下风光能源预期的超通道弃电情况，另外考虑电力通道的输电容量，选取二者较大值作为储能泵站装机容量的阈值，在此基础上设置多组储能泵站容量配置方案

9、更进一步的，储能泵站装机容量阈值计算方法为：

10、

11、其中，是储能泵站装机容量阈值；为风电和光伏电站的全年时段最大弃电量；nk,max为增设了泵站的该级水电站的装机容量；i为梯级水电站的个数；分别为接入第i级水电站的风电、光伏电站在t时段的总出力；ni,max为通道容量，等于第i级水电站的装机容量；是第i级水电在t时段的最小生态出力。

12、进一步的，长期调度模型目标函数为：

13、

14、其中，e是多能互补系统的发电量；i为梯级水电站的个数；t为调度期的时段数(365天)；分别是第i级水电站和接入该水电站的风电和光伏电站在t时期的上网功率；ptpur为泵站在第t时刻从电网处获得的抽水功率；△t为研究时段时长。

15、进一步的，短期调度模型目标函数为：

16、

17、其中，r是多能互补系统的发电效益；t为调度时段数(24小时)；分别是第i级水电站和接入该水电站的风电和光伏电站在t时期的上网功率；分别是水电、风电、光伏发电的分时上网电价；ptpur、分别为储能泵站在第t时刻从电网处获得的抽水功率和相应的抽水电价；△t为研究时段时长。

18、进一步的，考虑季节储能特性的水风光蓄多能互补系统多尺度联合调度模型求解思路为：在长期尺度，以年为调度期，日为调度时段，输入季节性风电和光伏出力、季节性入库径流、长期库容控制边界，以发电量最大为目标优化泵站与梯级水电的长期调度决策，并作为控制边界输入到短期调度模型中；短期尺度以日为调度期，时为调度时段，输入逐时风电和光伏出力、逐时入库径流、库容控制边界，以发电效益最大为目标，优化泵站和梯级电站日内逐小时调度过程，从而得到混合式抽水蓄能电站全年小时尺度的调度运行过程。

19、进一步的，水风光蓄多能互补系统在能源、安全、经济方面的风险效益评价指标包括：

20、能源指标通过累计弃风光电量、累计弃水量和综合能源转换效率来表征；

21、安全指标通过下泄流量波动性和水库水位波动性指标来表征；

22、经济指标通过增设储能泵站为互补系统带来的全生命周期增量效益净现值来表征；

23、设置能源指标和安全指标的阈值范围，排除超阈值的储能泵站容量配置方案，在满足要求的剩余方案中，筛选得到全生命周期增量效益净现值最大的水风光蓄互补泵站容量配置方案。

24、基于相同的发明构思，本发明的基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置系统，包括：

25、规模配置方案构建模块，用于通过在常规梯级水电站之间增设储能泵站构建混合式抽水蓄能电站，根据储能泵站设置的位置和装机容量确定多种储能泵站容量配置方案，并通过与风光电站集成，构建水风光蓄多能互补系统；

26、调度运行模块，用于针对每种储能泵站容量配置方案，构建考虑季节储能特性的水风光蓄多能互补系统多尺度联合调度模型，模拟水电改造后水风光蓄多能互补系统的调度运行过程；其中，水风光蓄多能互补系统多尺度联合调度模型，包括：以互补系统发电量最大为目标的长期调度模型和以互补系统发电效益最大为目标的短期调度模型，模型约束条件包括：电力传输约束、电站出力约束和水系统约束；

27、方案优化模块，用于通过评估多种储能泵站容量配置方案下水风光蓄多能互补系统在能源、安全、经济方面的风险和效益，筛选得到技术可行、效益最优的水风光蓄互补泵站容量配置方案。

28、基于相同的发明构思，本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：

29、存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；

30、处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上述基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法的步骤。

31、基于相同的发明构思，本发明的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述基于梯级水电改造的水风光蓄互补泵站容量配置方法的步骤。

32、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著技术效果为：

33、(1)本发明针对考虑梯级水电功能再造的水风光蓄系统面临的电源种类众多、调度运行机制复杂等技术难题，提出风、光电站、常规水电与储能泵站的互补调度机制，建立考虑季节储能特性的水风光蓄互补系统多尺度联合优化调度模型，发挥储能泵站与常规水电协同配合产生的季节性资源调配和日内灵活调节作用，解决大规模水风光蓄混合发电系统调度运行方式难题。

34、(2)传统的水风光互补系统容量配置并没有考虑到常规梯级水电的蓄能改造能力，本发明根据泵站设置的位置和装机容量确定多种储能泵站容量配置方案，通过评估多种储能泵站容量配置方案下水风光蓄互补系统在能源、安全、经济三方面的风险和效益，筛选得到技术可行、效益最优的水风光蓄互补泵站容量配置方案，破解面对梯级水电功能再造的多能互补系统容量配置难题。

35、本发明可以为基于常规水电蓄能改造的水风光蓄互补系统规划建设提供技术支持，适用于在我国大规模梯级水电蓄能改造容量配置中推广应用。