一种风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统能量管理方法

摘要

本发明公开了一种风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统的能量管理方法，风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统主要有四部分组成：风力发电部分、光伏发电部分、抽水蓄能电站、海水淡化系统，本发明的能量管理方法基于常规负荷大小、海水淡化机组负荷大小、用水需求量、可再生能源出力等因素确定剩余功率的大小，根据剩余功率的大小判断抽水蓄能机组是否满足运行条件，若抽水蓄能机组满足运行条件，进一步确定其运行工况。该方法可以有效弥补风力发电、光伏发电的随机性与不均匀性，能够克服对柴油机等传统能源方式的依赖，适用于海岛及偏远地区，可为解决海岛及偏远地区的用能、用水问题提供一种有效途径。

主权项

一种风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统能量管理方法，所述风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统包含风力发电部分、光伏发电部分、抽水蓄能电站和海水淡化系统，其中，抽水蓄能电站的抽水蓄能机组包含用于发电的水轮机机组和用于抽水的水泵机组；其特征在于,所述管理方法包含以下具体步骤：步骤1)，以小时平均风速为单位采集风速数据，以小时平均光照强度为单位采集光照资源数据；步骤2)，根据风速数据、光照强度数据、风机数量N_w、光伏组件数量N_pv计算出风力发电部分、光伏发电部分出力；步骤3)，确定风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统中的常规负荷P_l(t)，即t时刻风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统中除去海水淡化系统的机组负荷外的基本生产和生活用电负荷，以小时平均负荷为单位；步骤4)，确定海水淡化系统中海水淡化需求及海水淡化机组运行数量，计算风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统的剩余功率，进而根据剩余功率控制抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作；所述步骤4)中，当前淡水蓄水池蓄水量充足时的具体步骤如下：步骤4.1)根据以下公式确定当前淡水蓄水池蓄水量充足：S_d(t‑1)‑S_d,min≥Q_w(t)N_d(t)＝0其中，S_d(t‑1)为第t‑1小时末淡水蓄水池蓄水量，S_d,min为保证应急用水淡水蓄水池的最小蓄水量，Q_w(t)为第t小时海岛用水需求量，N_d(t)为第t时刻海水淡化机组运行数量；步骤4.2)，不启动海水淡化机组，P_d(t)＝0，其中，P_d(t)为t时段海水淡化系统用电负荷；步骤4.3)，根据以下公式计算风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统的剩余功率：ΔP＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d(t)‑P_l(t)其中，ΔP为剩余功率，P_w(t)为t时段风力发电部分输出功率，P_pv(t)为t时段光伏发电部分输出功率，η_AD为光伏逆变器转换效率；步骤4.4)，根据剩余功率控制抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作：当ΔP＝0时，即风、光发电系统输出功率等于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组不运行；当ΔP＞0时，即风、光发电系统输出功率大于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作于水泵工况，利用剩余功率进行抽水，P_p(t)＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_l(t)，P_p(t)为t时刻水泵工况所消耗的功率；当ΔP＜0时，即风、光发电系统输出功率小于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作于水轮机工况，进行发电，P_t(t)＝P_l(t)‑(P_w(t)+P_pv(t)η_AD)，P_t(t)为t时刻水轮机工况出力；所述步骤4)中，当前淡水蓄水池蓄水量不足，且在满足用户用水需求前提下，抽水蓄能电站中全部机组开启在一小时内无法超过蓄水池上限时的具体步骤如下：步骤4.a)，根据以下公式确定当前淡水蓄水池蓄水量不足，且在满足用户用水需求前提下，抽水蓄能电站中全部机组开启在一小时内无法超过蓄水池上限：S_d(t‑1)‑S_d,min＜Q_w(t)S_d(t‑1)+N_d(t)×O_d‑Q_w(t)≤S_d,max$N_{d,min}\left(t\right)=\frac{Q_w\left(t\right)-\left(S_d\right(t-1)-S_{d,min})}{O_d}$P_d,min(t)＝N_d,min(t)×P_d0N_d,max(t)＝N_dP_d,max(t)＝N_d,max(t)×P_d0其中，S_d(t‑1)为第t‑1小时末淡水蓄水池蓄水量，S_d,min为保证应急用水淡水蓄水池的最小蓄水量，S_d,max为淡水蓄水池的蓄水上线，Q_w(t)为第t小时海岛用水需求量，N_d(t)为第t时刻海水淡化机组运行数量，O_d为单台海水淡化机组每小时产水量，N_d,min(t)为第t小时可开启的海水淡化机组数量下限，N_d,max(t)为第t小时可开启的海水淡化机组数量上限，N_d为海水淡化机组总数量，P_d0为单台海水淡化机组额定功率，P_d,min(t)为第t小时海水淡化负荷功率下限，P_d,max(t)为第t小时海水淡化负荷功率上限；步骤4.b)，根据以下公式计算风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统的剩余功率：ΔP＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d(t)‑P_l(t)步骤4.c)，根据剩余功率控制抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作：P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d,max(t)‑P_l(t)≤ΔP≤P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d,min(t)‑P_l(t)当ΔP＝0时，即风、光发电系统输出功率等于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组不运行；当ΔP＞0时，即风、光发电系统输出功率大于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作于水泵工况，利用剩余功率进行抽水：P_p(t)＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑(P_l(t)+P_d(t))P_d,min(t)≤P_d(t)≤P_d,max(t)其中P_p(t)为t时刻水泵工况所消耗的功率；当ΔP＜0时，即风、光发电系统输出功率小于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作于水轮机工况，进行发电：P_t(t)＝P_l(t)+P_d(t)‑(P_w(t)+P_pv(t)η_AD)P_d,min(t)≤P_d(t)≤P_d,max(t)其中P_t(t)为t时刻水轮机工况出力；所述步骤4)中，当前淡水蓄水池蓄水量较低，且在满足用户用水需求前提下，抽水蓄能电站中全部机组开启在一小时内必定超过蓄水池上限时的具体步骤如下：步骤4.A)，根据以下公式确定当前淡水蓄水池蓄水量较低，且在满足用户用水需求前提下，抽水蓄能电站中全部机组开启在一小时内必定超过蓄水池上限：S_d(t‑1)+N_d(t)×O_d‑Q_w(t)≥S_d,max$N_{d,max}\left(t\right)=\frac{Q_w\left(t\right)+S_{d,max}-S_d(t-1)}{O_d}$P_d,max(t)＝N_d,max(t)×P_d0$N_{d,min}\left(t\right)=\frac{Q_w\left(t\right)-\left(S_d\right(t-1)-S_{d,min})}{O_d}$P_d,min(t)＝N_d,min(t)×P_d0其中，S_d(t‑1)为第t‑1小时末淡水蓄水池蓄水量，S_d,min为保证应急用水淡水蓄水池的最小蓄水量，S_d,max为淡水蓄水池的蓄水上线，Q_w(t)为第t小时海岛用水需求量，N_d(t)为第t时刻海水淡化机组运行数量，O_d为单台海水淡化机组每小时产水量，N_d,min(t)为第t小时可开启的海水淡化机组数量下限，N_d,max(t)为第t小时可开启的海水淡化机组数量上限；N_d为海水淡化机组总数量，P_d0为单台海水淡化机组额定功率，P_d,min(t)为第t小时海水淡化负荷功率下限，P_d,max(t)为第t小时海水淡化负荷功率上限；步骤4.B)，根据以下公式计算风‑光‑抽蓄‑海水淡化复合系统的剩余功率：ΔP＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d(t)‑P_l(t)步骤4.C)，根据剩余功率控制抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作：P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d,max(t)‑P_l(t)≤ΔP≤P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑P_d,min(t)‑P_l(t)当ΔP＝0时，即风、光发电系统输出功率等于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组不运行；当ΔP＞0时，即风、光发电系统输出功率大于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组工作于水泵工况，利用剩余功率进行抽水:P_p(t)＝P_w(t)+P_pv(t)η_AD‑(P_l(t)+P_d(t))P_d,min(t)≤P_d(t)≤P_d,max(t)其中P_p(t)为t时刻水泵工况所消耗的功率；当ΔP＜0时，即风、光发电系统输出功率小于海水淡化负荷及常规负荷时，抽水蓄能电站中抽水蓄能工作于水轮机工况，进行发电:P_t(t)＝P_l(t)+P_d(t)‑(P_w(t)+P_pv(t)η_AD)P_d,min(t)≤P_d(t)≤P_d,max(t)其中P_t(t)为t时刻水轮机工况出力。