一种基于储能的光伏电站群外送输电容量静态优化方法

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。

主权项

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幺化后，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：$\underset{0\le P_{\mathrm{line}}\le P_N}{\max }F=R\left(P_{\mathrm{line}}\right)+S\left(P_{\mathrm{line}}\right)+T\left(P_{\mathrm{line}}\right)+E\left(P_{\mathrm{line}}\right)-C\left(P_{\mathrm{line}}\right)-\mathrm{SC}\left(P_{\mathrm{line}}\right)---\left(1\right)$式中：F为光伏发电外送输电工程综合收益；P_line为光伏发电外送输电容量，P_N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：①R(P_line)R(P_line)为输电系统直接收益，与输电量成正比，其计算公式为：R(P_line)＝r_t×G_t(P_line)×T_s    (2)其中：r_t输送单位电量收益；T_s为输电静态回收周期；G_t(P_line)为每年通过输电线路直接输送的电量，求法如下：$G_t\left(P_{\mathrm{line}}\right)=P_{\mathrm{line}}\times T_{\mathrm{line}}+{\int }_{T_{\mathrm{line}}}^{T_{\mathrm{end}}}{P}_s\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(3\right)$其中：T_line为光伏电站群输出功率高于P_line的持续出力时间；T_end为光伏电站群总的出力时间；P_s(t)为光伏电站群累积出力曲线；②S(P_line)S(P_line)为储能系统存储电能输电收益，其计算公式为：S(P_line)＝η×r_t×G_s(P_line)×T_s    (4)其中：η为储能系统效率；G_s(P_line)为储能系统存储电能，其计算公式为：$G_s\left(P_{\mathrm{line}}\right)={\int }_0^{T_{\mathrm{line}}}{P}_s\left(t\right)\mathrm{dt}-P_{\mathrm{line}}\times T_{\mathrm{line}}---\left(5\right)$③T(P_line)T(P_line)为减少调峰容量收益，其计算公式为：T(P_line)＝365×k×P_maxs(P_line)×T_s    (6)其中：k单位功率调峰成本；P_maxs(P_line)为储能系统的最大功率，求法如下：P_maxs(P_line)＝max(P_s(t))‑P_line    (7)④E(P_line)E(P_line)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(P_line)＝(r_c+r_e)×G_s(P_line)×T_s    (8)其中：r_c为消耗传统能源发电燃料成本；r_e为其带来的环境成本；⑤C(P_line)C(P_line)为输电线路建设成本，求法如下：C(P_line)＝r_l×l×P_line    (9)其中：r_l为单位长度输电线路建设成本；l为输电线路长度；⑥SC(P_line)SC(P_line)为储能系统建设成本，求法如下：$\mathrm{SC}\left(P_{\mathrm{line}}\right)=(r_{\mathrm{sp}}\times P_{\max s}\left(P_{\mathrm{line}}\right)+r_{\mathrm{es}}\times E_s\left(P_{\mathrm{line}}\right))\times \frac{T_s}{T_d}---\left(10\right)$其中：r_sp为储能系统单位功率成本；r_se为储能系统单位能量成本；T_d为储能系统使用周期；E_s(P_line)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：$E_s\left(P_{\mathrm{line}}\right)=\max (\underset{0}{\overset{T_{\mathrm{line}}\left(N\right)}{\int }}{P}_{\mathrm{sd}}(t,N)\mathrm{dt}-P_{\mathrm{line}}\times T_{\mathrm{line}}\left(N\right))---\left(11\right)$其中：N为天数，取1、2、3、…、365；P_sd(t,N)为第N天光伏电站群累积出力曲线；T_line(N)为第N天光伏电站群输出功率高于P_line的持续出力时间；(1)式目标函数的最优解P_line即为使综合收益最大化的输电容量，由P_line确定的(7)式及(11)式，即所需储能系统功率及容量。