CN108206539B - 一种可再生能源发电配电网规划方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种可再生能源发电配电网规划方法，包括分别获取水电站，光伏电站和风力电站的额定容量，水电站，光伏电站和风力电站个数为一个或多个。分别获取水电站与光伏电站、风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的电站距离及距离相关系数。分别获取风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的风向角相关系数。基于额定容量、电站距离、距离相关系数和风向角相关系数，计算水电站，光伏电站和风力电站的发电比例系数，根据发电比例系数，计算电网线路的送出容量，根据送出容量，对发电配电网进行规划。本申请提供的电网规划方法，考虑了可再生能源发电出力的相关特性，对送出容量进行了优化，减少输送线路的投资，提高了电网规划的经济性。

Description

一种可再生能源发电配电网规划方法

技术领域

本发明涉及可再生能源电网技术领域，尤其涉及一种可再生能源发电配电网规划方法。

背景技术

可再生能源为来自大自然的能源，是取之不尽，用之不竭的能源，是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。将可再生能源应用于发电的技术已逐渐成为人们研究的热点，使用于发配电的可再生能源主要有水发电，风力发电和光伏发电等。

由于大多可再生能源较为丰富的地区，或具有风力、光伏资源的地区与居住供电地区距离较为偏远，因此在某些局部地区，水电、光伏、风电等电力资源可能只由一条输电线路输送。而对电网的输电线路进行规划的方法主要是计算线路的容量极限及暂态与稳态的安稳极限。或考虑可再生能源占总发电量比例的多少，以保证输电线路的安全稳定运行，即计算出各可再生能源电站发电的最大功率，再根据最大发电功率总和在总发电量中占的比例来对输电线路进行规划。

然而，可再生能源发电配电各电站出力具有一定的特性，如下雨时，光伏电站的输电功率会降低，而水电电站的输电功率会增加等。在现有的可再生能源输电线路规划中，忽略了可再生能源发电具有相互约束或相互促进的特点，导致规划的输电电网线路经济性较差，输送成本较高。

发明内容

本申请提供了一种可再生能源发电配电网规划方法，以解决现有可再生能源输电线路规划中，忽略可再生能源发电出力特性具有相互约束或相互促进的特点，导致规划的电网线路经济性较差，输送成本较高的问题。

一种可再生能源发电配电网规划方法，包括：

分别获取水电站，光伏电站和风力电站的额定容量，所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的个数为一个或多个；

分别获取所述水电站与所述光伏电站、所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的电站距离及距离相关系数；

分别获取所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的风向角相关系数；

基于所述额定容量、所述电站距离、所述距离相关系数和所述风向角相关系数，计算所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的发电比例系数；

根据所述发电比例系数，计算电网线路的送出容量；

根据所述送出容量，对发电配电网进行规划。

可选的，所述计算电网线路的送出容量包括：

根据如下公式计算电网线路的送出容量：

其中，H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，K₁为水电站的发电比例系数，K₂为光伏电站的发电比例系数，K₃为风力电站的发电比例系数，K₁，K₂，K₃的取值均在0-1之间。

可选的，所述计算所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的发电比例系数包括：

根据如下公式计算所述水电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

可选的，所述计算所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的发电比例系数包括：

根据如下公式计算所述光伏电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

可选的，所述计算所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的发电比例系数包括：

根据如下公式计算所述风力电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

可选的，所述分别获取所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的风向角相关系数包括：

将所述风力电站与所述光伏电站，所述水电站与所述风力电机间的风向角度设定为八个方向，根据各方向的风向特点，获得风向角的相关系数。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供一种可再生能源发电配电网规划方法，与现有技术中在规划电网线路时忽略了可再生能源发电具有相互约束或相互促进的特点相比，本申请提供的发电配电网规划方法，以各可再生能源电站的额定容量、电站的距离和距离相关系数、电站间的风向相关性为考虑因素，确定了水电站、光伏电站和风力电站的发电出力的相关系数比例，进而对可再生能源输送的容量进行了优化，减少了输送线路的投资，提高了发电配电网规划的经济性，降低了输送的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种可再生能源发电配电网规划方法的流程图。

具体实施方式

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种可再生能源发电配电网规划方法的流程图。参见图1，该方法包括如下步骤：

S101：分别获取水电站，光伏电站和风力电站的额定容量，该水电站，光伏电站和风力电站的个数为一个或多个。

需要说明的是，本实施例中，水电站、光伏电站和风力电站发电的最大功率等于发电站的额定功率。可再生能源电站包括有一个或多个水电站，一个或多个光伏电站，一个或多个风力电站。且水电站为无调节水库的径流式水电站。水电站、光伏电站以及风力电站的数量在本申请中不做限制。

S102：分别获取水电站与光伏电站、风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的电站距离及距离相关系数。

由于在较为相对集中的区域内，水电站、光伏电站、风力电站间的发电特性具有一定的相关性，因而两电站间的距离对发电特性具有一定的影响。具体的，如刮风下雨时，光伏电站的发电功率会有所降低，而水电站的发电功率有所增加，风力电站的发电功率也有所增加。那么若水电站与光伏电站的距离越近，总的发电功率就越小；水电站与风力电站的距离越近，总的发电功率就越大，风力电站与光伏电站的距离越近，则总的发电功率越小。

S103：分别获取风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的风向角相关系数。

风力发电的发电功率与风力电站间风向的角度有较大的关系，因此不同的风向角度下，风力电站与水电站，风力电站与光伏电站的总的发电功率不同。

S104：基于额定容量、电站距离、距离相关系数和风向角相关系数，计算水电站，光伏电站和风力电站的发电比例系数。

水电站、光伏电站和风力电站间的发电特性具有较强的相关性，而该相关性与电站的发电容量、电站间的相互距离和风向角度均有较大的关系，因此将发电站的额定容量、电站间的距离及距离相关系数、电站间的风向角相关系数作为影响可再生能源出力特性的因素，对其发电相关性进行分析，获得水电站、光伏电站和风力电站发电出力的相关比例系数。充分的考虑了可再生能源发电出力的具有相互约束或相互促进的特点，提高了送出容量优化的准确性。

S105：根据发电比例系数，计算电网线路的送出容量。

与现有技术中，只考虑可再生能源的总输电容量相比，该发电的比例系数，考虑到了再生能源间发电的相互约束性和互促性，获得的送出容量较额定的送出容量较小，有利于减少线路输送的投资。

S106：根据所述送出容量，对发电配电网进行规划。

根据送出容量的大小，对电网输送的路线进行规划，使用较小的送出容量规划电网，有利于降低线路的成本，提高发电配电网线路规划的经济性。同时计算出优化的送出线路容量合理布局，能够有效地评估区域电网的新能源接入对网架的影响，确保新能源并网后***的稳定运行。

首先获取水电站、光伏电站和风力电站的额定容量，然后获取水电站与光伏电站、风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的电站距离及距离相关系数，最后获取风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的风向角相关系数。根据获得的额定容量、电站距离、距离相关系数和风向角相关系数，计算水电站、光伏电站和风力电站在发电输送出力的比例系数。根据各电站的比例系数，计算出电网线路需要输送的送出容量，基于该送出容量，对发电配电网输送线路进行规划。

可选的，计算电网线路的送出容量包括，根据如下公式计算电网线路的送出容量：

其中，H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，K₁为水电站的发电比例系数，K₂为光伏电站的发电比例系数，K₃为风力电站的发电比例系数，K₁，K₂，K₃的取值均在0-1之间。

i表示可再生能源电站中包括有i个水电站，i的取值为0，1，2，3…m。l表示可再生能源电站中包括有l个光伏电站，l的取值为0，1，2，3…n。p表示可再生能源电站中包括有p个风力电站，p的取值为0，1，2，3…j。

可能的一种情况下，可再生能源电站中包括有一个水电站、一个光伏电站和一个风力电站，水电站发电的最大功率为H_max，光伏电站发电的最大功率为S_max，风力电站发电的最大功率为W_max，根据水电站、光伏电站和风力电站间具有的相关性，则可再生能源电站的送出容量为：

G＝k₁*H_max+k₂*S_max+k₃*W_max

(2)因此，当可再生能源电站中包括有多个水电站、多个光伏电站和多个风力电站时，式(2)就演变为式(1)。

可选的，计算水电站，光伏电站和风力电站的发电比例系数包括：根据如下公式计算水电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

i表示可再生能源电站中包括有i个水电站，i的取值为0，1，2，3…m。l表示可再生能源电站中包括有l个光伏电站，l的取值为0，1，2，3…n。p表示可再生能源电站中包括有p个风力电站，p的取值为0，1，2，3…j。il表示第i个水电站与第l个光伏电站，pi表示第p个风力电站和第i个水电站，pl表示第p个风力电站和第l个光伏电站。

需要说明的是，设定距离相关系数为0.9，对相关性的影响较大，设定的距离为10公里、20公里、50公里和100公里时，距离相关系数的取值为0.5、0.6、0.8和1。两电站间的风向角设定相关系数为0.1，相关性的影响较小，东北和西南风为相关性最强，相关系数为1，东、南、西、北次之，相关系数为0.9，东南和西北最弱，相关系数为0.8。

可能的一种情况下，可再生能源电站中包括有一个水电站、一个光伏电站和一个风力电站，对于水电站和光伏电站而言，由于下雨时光伏电站输出功率降低，但是水电发电量增加，因此两者相互距离与水电与光伏电站发电量总和负相关，即两者距离越近，两者输出功率总和越小。对于水电站和风电站而言，由于刮风下雨时水电和风电站发电量均增加，因此两者相互距离与两电站发电量总和正相关；并且两者距离越近，风力越大，两者输出功率总和越大，因此两者发电量之和也跟风向角正相关。因此根据以上陈述可得到：

其中，G′＝H_max+S_max+W_max，结合式(2)整理式(4)和(5)可得：

因此，当可再生能源电站中包括有多个水电站、多个光伏电站和多个风力电站时，式(4)和式(5)演变为：

其中，

结合式(1)整理式(4-1)和式(5-1)可得式(3)。

可选的，计算水电站，光伏电站和风力电站的发电比例系数包括，根据如下公式计算光伏电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

i表示可再生能源电站中包括有i个水电站，i的取值为0，1，2，3…m。l表示可再生能源电站中包括有l个光伏电站，l的取值为0，1，2，3…n。p表示可再生能源电站中包括有p个风力电站，p的取值为0，1，2，3…j。il表示第i个水电站与第l个光伏电站，pi表示第p个风力电站和第i个水电站，pl表示第p个风力电站和第l个光伏电站。

可能的一种情况下，可再生能源电站中包括有一个水电站、一个光伏电站和一个风力电站。对于水电和光伏电站而言，由于下雨时光伏电站输出功率降低，但是水电发电量增加，因此两者相互距离与水电与光伏电站发电量总和负相关，即两者距离越近，两者输出功率总和越小。对于光伏电站和风电站而言，由于刮风下雨时风电站发电量增加，但光伏电站发电量降低，因此两者相互距离与两电站发电量总和负相关。但风力越大，风电站发电量增加，因此两者输出功率总和越大，与风向角正相关。因此根据以上陈述可得到：

k₂S_max+k₃W_max＝(γL_sw+θ_sw)·G′

(8)其中，G′＝H_max+S_max+W_max，结合式(2)整理式(8)和(4)可得：

因此，当可再生能源电站中包括有多个水电站、多个光伏电站和多个风力电站时，式(8)演变为：

其中，

结合式(1)整理式(8-1)和式(4-1)可得式(7)。

可选的，计算水电站，光伏电站和风力电站的发电比例系数包括，根据如下公式计算风力电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数。

i表示可再生能源电站中包括有i个水电站，i的取值为0，1，2，3…m。l表示可再生能源电站中包括有l个光伏电站，l的取值为0，1，2，3…n。p表示可再生能源电站中包括有p个风力电站，p的取值为0，1，2，3…j。il表示第i个水电站与第l个光伏电站，pi表示第p个风力电站和第i个水电站，pl表示第p个风力电站和第l个光伏电站。

可能的一种情况下，可再生能源电站中包括有一个水电站、一个光伏电站和一个风力电站，对于水电和风电站而言，由于刮风下雨时水电和风电站发电量均增加，因此两者相互距离L与两电站发电量总和正相关。并且两者距离越近，风力越大，两者输出功率总和越大，因此两者发电量之和也跟风向角正相关。对于光伏电站和风电站而言，由于刮风下雨时风电站发电量增加，但光伏电站发电量降低，因此两者相互距离与两电站发电量总和负相关，但风力越大，风电站发电量增加，因此两者输出功率总和越大，与风向角正相关。

因此结合式(2)，式(5)和式(8)整理得到：

因此，当可再生能源电站中包括有多个水电站、多个光伏电站和多个风力电站时，根据式(1)、式(5-1)和式(8-1)整理可得到式(10)。

可选的，分别获取风力电站与光伏电站、水电站与风力电站间的风向角相关系数包括：将风力电站与光伏电站，水电站与风力电机间的风向角度设定为八个方向，根据各方向的风向特点，获得风向角的相关系数。该八个角度包括东、南、西、北、东北、东南、西南、西北，多角度的相关系数因素的考虑，可提高风力发电站发电出力相关系数的准确度，有利于送出容量计算的准确性。

本申请提供一种可再生能源发电配电网规划方法，与现有技术中在规划电网线路时忽略了可再生能源发电具有相互约束或相互促进的特点相比，本申请提供的电网规划方法，以各可再生能源电站的额定容量、电站的距离和距离相关系数、电站间的风向相关性为考虑因素。确定了水电、光伏和风电的发电出力的相关系数比例，进而对可再生能源输送的容量进行了优化，减少了输送线路的投资，提高了电网规划的经济性，降低了输送的成本。

需要说明的是，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (3)

1.一种可再生能源发电配电网规划方法，其特征在于，包括：

分别获取水电站，光伏电站和风力电站的额定容量，所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的个数为一个或多个；

分别获取所述水电站与所述光伏电站、所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的电站距离及距离相关系数；

分别获取所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的风向角相关系数；

基于所述额定容量、所述电站距离、所述距离相关系数和所述风向角相关系数，计算所述水电站，所述光伏电站和所述风力电站的发电比例系数，根据如下公式计算所述水电站的发电比例系数：

根据如下公式计算所述光伏电站的发电比例系数：

根据如下公式计算所述风力电站的发电比例系数：

其中，

H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，L_sh为水电站和光伏电站间的距离，α为水电站和光伏电站间的距离相关系数，L_wh为风力电站和水电站间的距离，β为风力电站和水电站间的距离相关系数，L_sw为风力电站和光伏电站间的距离，γ为风力电站和光伏电站间的距离相关系数，θ_pi为风力电站和水电站间的风向角相关系数，θ_pl为风力电站和光伏电站间的风向角相关系数；

根据所述发电比例系数，计算电网线路的送出容量；

根据所述送出容量，对发电配电网进行规划。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算电网线路的送出容量包括：

根据如下公式计算电网线路的送出容量：

其中，H_max为水电站发电的最大功率，S_max为光伏电站发电的最大功率，W_max为风力电站发电的最大功率，K₁为水电站的发电比例系数，K₂为光伏电站的发电比例系数，K₃为风力电站的发电比例系数，K₁，K₂，K₃的取值均在0-1之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别获取所述风力电站与所述光伏电站、所述水电站与所述风力电站间的风向角相关系数包括：

将所述风力电站与所述光伏电站，所述水电站与所述风力电机间的风向角度设定为八个方向，根据各方向的风向特点，获得风向角的相关系数。

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