一种水电可调光伏规模分析方法与流程

本发明属于多能互补光伏规模分析方法，具体涉及一种水电可调光伏规模分析方法。

背景技术：

1、水光互补模式是众多清洁能源基地的发展模式。水光一体化清洁能源基地在规划设计阶段最重要的是容量配置，在水电容量确定的基础上，基于水电站的出力调节能力，到底可打捆多少规模的光伏电站，这对基地未来的运行调度至关重要，以完全吸纳光伏电力为目的进行分析得到的光伏规模则为可调的光伏规模，这是多能互补研究领域较为关心的技术问题。当前，对于可调光伏规模的研究主要是在水光互补计算方法已定的基础上通过试算进行确定，但此类方法比较依靠水光互补计算方法，若水光互补计算方法存在不足，则所试算得到的可调光伏规模则存在不足。

2、水电出力调节能力是水光一体化电源配置的真实能力，在水电出力调节能力范围内的水光互补才是真正意义上的水光一体化，水电出力调节能力主要包括水电可调容量范围即当月最大出力与强迫出力之间的范围，可调时段长即以水库调节库容为限制的可连续满发或连续仅发强迫出力时段长的较小值，以及连续可调电量即相对于当月平均出力可连续增发电量或可连续储能电量的较小值，基于可调容量范围及可调时段长度计算得到，其出力调节能力可根据水电径流调节成果直接计算得到。结合水电出力的特性，水电在年内不同月份的出力存在差异，且水光互补主要集中于月内或日内互补，因此针对可调光伏规模应以月为时间尺度进行分析，即在确定的水电出力调节能力及光伏出力特性基础上，针对各月均有相应可完全吸纳的可调光伏规模，但具体如何分析得到可调光伏规模，目前研究无较为合适且具备理论基础的方法，且无相关公开的专利或方法等。

3、鉴于此，本发明公开一种水电可调光伏规模分析方法，基于水电的出力调节能力分析得到各月的可调光伏规模，为水光一体化电源配置提供技术基础。

技术实现思路

1、本发明目的在于提出一种水电可调光伏规模分析方法。本发明解决了多能互补领域内水电到底能打捆吸纳多少光伏的问题，弥补了规划设计阶段过于依赖水光互补试算得到光伏规模的短板。

2、本发明的技术方案是：一种水电可调光伏规模分析方法，以周期尺度为进行分析，包括如下步骤：

3、第一步，单位光伏装机对应指标计算：根据周期内光伏出力率过程，获得单位光伏装机最大光伏出力以及单位光伏装机光伏电量；考虑周期内水光互补后平稳送电，以单位光伏装机最大光伏出力为水光互补平稳送电的出力线，得到单位光伏装机水电调节出力过程，则单位光伏装机水电调节出力的平均值为单位光伏装机所需水电调节平均出力，以单位光伏装机所需水电调节平均出力为基础，根据单位光伏装机水电调节出力过程得到单位光伏装机水电出力逐时变化值，将单位光伏装机水电出力逐时变化值从第一时刻开始累积得到单位光伏装机水电出力变化值累积值，基于单位光伏装机水电出力变化值累积值得到单位光伏装机所需水电连续调节电量；

4、第二步，基于水电出力指标计算可调光伏规模：基于水电径流调节成果得到该周期水电强迫出力、水电平均出力及水电可调电量，水电平均出力扣除水电强迫出力为该周期可调平均出力，根据单位光伏装机所需水电调节平均出力及水电该周期实际的可调平均出力得到基于水电可调平均出力的水电可调光伏规模1，根据单位光伏装机所需水电连续调节电量及水电该周期实际的连续可调电量得到基于水电连续可调电量的水电可调光伏规模2，根据单位光伏装机光伏电量及水电装机容量与该周期实际的水电平均出力，以水电装机容量为通道容量得到基于输电通道电量空间的可调光伏规模限制；

5、第三步，基于水电出力调节能力可调光伏规模的确定：取可调光伏规模1、可调光伏规模2、可调光伏规模限制三者的最小值为该周期基于水电出力调节能力的可调光伏规模。

6、前述的水电可调光伏规模分析方法中，所述以周期尺度为进行分析中的周期包括月、旬和周。

7、前述的水电可调光伏规模分析方法中，以月为周期；第一步中，周期内光伏出力率过程为月内逐时光伏出力率，光伏逐时出力率是指光伏逐时出力与光伏规模的比值，为配置光伏规模时的基础数据，根据太阳能辐射值或测光数据计算得到；所述单位光伏装机是指光伏规模为1mw；第一步中计算及公式如下：

8、(1)单位光伏装机光伏电量计算

9、将月内逐时光伏出力率进行求和，换算单位后得到，具体公式如下：

10、

11、式中：es,unit为单位光伏装机光伏电量，万kwh；si为月内第i时刻的光伏出力率，也可称为单位光伏装机的第i时刻的光伏出力，mw；n为该月的小时数，月内天数与24的乘积；

12、(2)单位光伏装机所需水电调节平均出力计算

13、考虑月内水光互补后的送电平稳，以单位光伏装机最大光伏出力为水光互补平稳送电的出力线进行计算，具体计算步骤及公式如下：

14、①单位光伏装机最大光伏出力计算：在月内逐时光伏出力率中取最大值得到，公式如下：

15、smax＝max(s1,s2,…,sn)      (式2)

16、式中：smax为单位光伏装机最大光伏出力，mw；

17、②单位光伏装机水电调节出力过程计算：利用单位光伏装机最大光伏出力减去月内逐时光伏出力率得到，公式如下：

18、hi,unit＝smax-si    (式3)

19、式中：hi,unit为单位光伏装机月内第i时刻的水电调节出力，mw；

20、③单位光伏装机所需水电调节平均出力计算：将单位光伏装机水电调节出力过程进行算术平均后得到，公式如下：

21、

22、式中：为单位光伏装机所需水电调节平均出力，mw；

23、(3)单位光伏装机所需水电连续调节电量计算

24、基于单位光伏装机水电调节出力及单位光伏装机所需水电调节平均出力进行计算，具体计算步骤及公式如下：

25、①单位光伏装机水电出力逐时变化值计算：利用单位光伏装机逐时的水电调节出力减去单位光伏装机所需水电调节平均出力得到，公式如下：

26、

27、式中：δhi,unit为单位光伏装机月内第i时刻水电出力变化值，mw；

28、②单位光伏装机水电出力变化累积值计算：将单位光伏装机水电出力逐时变化值进行逐步累积计算得到，公式如下：

29、

30、式中：sumhi为单位光伏装机月内第i时刻水电出力变化累积值，mw；

31、③单位光伏装机所需水电连续调节电量计算：因为月内光伏逐时出力率过程是确定的，以单位光伏装机最大光伏出力作为水光互补送电的出力线，则相对于所需水电调节平均出力而言，若水电调节出力大于所需水电调节平均出力，说明水电为使得水光互补后电力达到出力线需要增加出力，若水电调节出力小于所需水电调节平均出力，说明水电为吸纳光伏出力需降低水电出力进行储能，总体上可将月内整个过程分为两部分，根据时间轴，前一部分整体上可视为水电增加出力增发段(或储能段)，将第1时刻至前一部分结束时刻的水电出力变化累积值单位转换后为增发电量(储能电量)，后一部分整体为水电降低出力储能段，逆时序对水电出力变化进行累积，第n时刻至后一部分开始时刻的逆时序水电变化累积值单位转换后为储能电量(或增发电量)，且由于月内水电调节出力是平衡的，故储能电量与前一部分的增发电量求和为0；基于单位光伏装机水电出力变化累积值的逐时过程，取其累积值逐时过程中最大值及最小值绝对值的较大值则为单位光伏装机所需水电连续调节电量，公式如下：

32、

33、式中：sumhmax为单位光伏装机水电出力变化累积值最大值，为正值，mw；sumhmin为单位光伏装机水电出力变化累积值最小值，为负值，mw；ed,h,unit为单位光伏装机所需水电连续调节电量，万kwh。

34、前述的水电可调光伏规模分析方法中，第二步中，根据水电径流调节成果为基础，选择平水年的月实际平均出力过程，包括水电月平均出力及水电月强迫出力，且基于此分析计算得到的各月水电出力调节能力参数即水电可调电量，同时以水电装机容量为水光互补的通道容量，对月内可调光伏规模进行计算；第二步中计算及公式如下：

35、(1)基于水电可调平均出力的可调光伏规模1计算：水电可调平均出力是水电平均出力扣除强迫出力后的出力，结合第一步所求的单位光伏装机所需水电调节平均出力可求得可调光伏规模1，公式如下：

36、

37、式中：ns,in,1为基于水电可调平均出力的可调光伏规模1，mw；为水电在该月实际的平均出力，mw；hf为水电在该月的强迫出力，mw；

38、(2)基于水电连续可调电量的可调光伏规模2计算：水电连续可调电量是月内水电出力调节能力的参数，基于径流调节计算成果可计算得到，结合第一步所求的单位光伏装机所需水电连续调节电量求得可调光伏规模2，公式如下：

39、

40、式中：ns,in,2为基于水电连续可调电量的可调光伏规模2，mw；ea,h为水电在该月实际的连续可调电量，万kwh；

41、(3)基于输电通道电量空间的可调光伏规模限制计算：以水电装机容量为水光互补输电通道容量，以水电在该月实际的平均出力为基础，光伏最大的电量空间则为水电平均出力占据输电通道后的剩余电量空间，以剩余电量空间为限制，结合单位光伏装机光伏电量求得可调光伏规模限制，公式如下：

42、

43、式中：ns,in,limit为基于输电通道电量空间的可调光伏规模限制，mw；nh,in为水电装机容量，mw。

44、前述的水电可调光伏规模分析方法中，第三步中，基于第二步求得到的可调光伏规模1、可调光伏规模2及可调光伏规模限制，三者取最小值则为该月基于水电出力调节能力的可调光伏规模，公式如下：

45、ns,in＝min(ns,in,1,ns,in,2,ns,in,limit)    (式11)

46、式中：某月基于水电出力调节能力的可调光伏规模，mw。

47、利用前述的水电可调光伏规模分析方法，针对年内各月，基于各月光伏逐时出力率、水电装机容量、水电月平均出力、强迫出力，根据上述三个步骤所述思路及公式，则可计算得到各月水电可完全调节吸纳的可调光伏规模。

48、有益效果

49、本发明提出的一种水电可调光伏规模分析方法，解决了多能互补领域内水电到底能打捆吸纳多少光伏的问题，弥补了规划设计阶段过于依赖水光互补试算得到光伏规模的短板，从理论公式上提出了清晰、明确的思路和公式，丰富并补充了水光互补的理论方法，并且在当前众多清洁能源基地规划设计的关键时期，电源配置时利用该方法分析水电可调光伏规模，为水光一体化电源配置提供技术基础，且该方法可延伸至水风一体化、水风光一体化的分析，具有较大的推广价值。