CN114462902B - 考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,属于分布式发电调度技术领域,当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果;本发明克服了储能侧储能方式单一的局限性,提升了电力消纳能力,优化了电网调度的结构和成本。
Description
技术领域
本发明涉及分布式发电调度技术领域,特别涉及一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术,并不必然构成现有技术。
基于清洁能源的发电技术目前已有很多研究成果,成果普遍指出风力发电和光伏发电依赖自然环境条件,具有波动性、间歇性、不确定性以及反调峰性,仅依靠单一种类的清洁能源进行发电会导致电网运行充满不稳定因素,尽管如此,调研还指出普遍情况下光伏出力和风电出力之间具有良好的发电互补优势,采用分布式并网逻辑构建发电网络,可以大幅降低传统发电模式的污染水平,提高发电效率,因此,采用分布式的清洁能源发电技术优势明显。
但同时,分布式的清洁能源发电技术也会带来弃风弃光、供需调度不协调等电力消纳问题。目前常用的储能技术主要分为电化学储能、电磁储能、物理储能、相变储能等。现有技术通常只考虑把较为单一的储能方式运用到电网中,详细关注储能侧出力的研究较少,考虑小区域和跨区域不同场景下电力综合调度问题的成果不多,储能侧还存在成本高、储能供需不平衡等问题,导致电力消纳能力没有完全因地制宜地发挥效用,储能侧出力的灵活性较差。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,克服了储能侧储能方式单一的局限性,重点分析了储能侧的出力发电作用,基于储能侧出力综合考虑小区域和跨区域不同场景下的发电调度问题,提升了电力消纳能力,优化了电网调度的结构和成本。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明第一方面提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法。
一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,包括以下过程:
当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;
当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;
当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果。
本发明第二方面提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度***。
一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度***,包括:
光热储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;
水势储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;
混合处理优化模块,被配置为:当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果。
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法中的步骤。
本发明第四方面提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明克服了储能侧储能方式单一的局限性,重点分析了储能侧的出力发电作用,基于储能侧出力综合考虑小区域和跨区域不同场景下的发电调度问题,一定程度上弥补了分析储能侧发电出力作用的研究空白,考虑的发电调度场景更全面,提升了电力消纳能力,优化了电网调度的结构和成本。
2、本发明建立了一种清洁能源分布式并网发电的出力特征表达式,描述了光热和水势两种储能的特性,给出了每日入网的发电总出力和约束条件,指出了储能侧出力的重要性并建立了储能侧的成本-发电量关系函数,最后基于储能侧出力利用优化法实现了在小区域和跨区域不同场景下电力供需平衡的调度。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的发电供电***整体结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的仅考虑光热-水势储能侧出力的局部发电结构图。
图3为本发明实施例1提供的考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1:
如图1、图2和图3所示,本发明实施例1提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,包括以下过程:
:基于同一区域环境下光伏发电、风力发电和天然水力发电出力的同期历史数据,分别分析三种发电技术在每日不同时间段的发电出力特征,在不考虑储能环节的条件下确立清洁能源分布式并网互补出力发电的离散赋权模型:
:计算光热储能发电出力。
光热储能的原理是利用集光镜场吸收太阳辐射的热,热传导至储热器进行钙熔盐内热反应(钙循环反应)将太阳能存储为热能。当有发电需求时,将热能传导至蒸汽机产生蒸汽,从而利用汽轮发电机发电。
光热储能出力在发电需求小的情况下经济效益理想,发电需求大的情况下经济效益水平显著下降。
(1)根据光热储能特性,构建光热储能出力每日的对数加权运营成本模型:
式中,为光热储能出力对数加权后的每日成本,为以自然数为底的对数函数。依次是光-热转换额定容量,热-热传导额定容量及发电额定容量。依次是光-热转换效率,热-热传导效率以及热-电转换效率,依次是单位容量下光-热转换成本,热-热传导成本及热-电转换成本。
(2)考虑每日的光热储能总量:
(3)考虑日内采样时段k内的光热储能发电出力:
:计算水势储能的发电出力。
水势储能的原理是在发电出力富集时,多余的电能将供给到抽水储能***,抽水机将下游蓄水池的水抽到上游蓄水池,从而将富余电能转化为水的势能储存。当有发电需求时,上游蓄水池的储水被释放,通过水力发电***进行发电。
水势储能出力适用于发电需求高的场合,在发电需求小的情况下经济效益水平显著下降。
(1)根据水势储能特性,构建水势储能出力每日的指数加权运营成本模型:
式中,为水势储能出力指加权后的每日成本,为自然数e的指数函数。依次是电-势转换额定容量,势-势传导额定容量及发电额定容量。依次是电-势转换效率,势-势传导效率以及势-电转换效率。依次是单位容量下的电-势转换成本,势-势传导成本及势-电转换成本。
(2)考虑每日的水势储能总量:
(3)考虑日内采样时段k内的水势储能发电出力:
:在考虑储能环节的条件下,综合前面的步骤,确立清洁能源分布式并网互补发电出力的每日特征,可得分布式清洁能源每日入网的发电总出力为:
式(8)表征的每日入网的发电总出力满足下述基本的约束条件:
式(8)给出的每日入网的发电总出力Pd受实际供电需求调控,是来源于清洁能源的直接出力,是不可控出力;是来源于光热储能和水势储能的储能侧出力,是可控出力。针对不可控出力,可将其中的富余出力通过光热-水势综合储能的方法转换成可控出力,达到出力互补、出力可控的目的。因此,每日发电入网的总出力Pd可受实际发电需求调控,进而保证源荷两端供需平衡,保证电力调度合理。
:发电入网的总出力受实际供电需求调控,由步骤五分析可知供电需求来源可分为直接出力和储能侧出力。针对直接出力的研究,已有很多成熟的***结论,而储能侧出力的研究还不全面。在此只考虑供电需求来源中要求储能侧出力的部分,基于该部分首先描述光热-水势综合储能侧的每日总体成本,其次考虑储能侧成本和储能侧出力之间的函数关系。
(1)讨论成本问题。光热储能直接来源自太阳能,水势储能来自富余电力的转换。两者在储能规模上前者小、后者大。此外,光热储能依赖光照条件,水势储能依赖水流条件。综合上述特征以及步骤二和步骤三对两种储能特性的分析,初步建立光热-水势综合储能侧的每日总体成本模型:
(2)讨论储能侧成本和储能侧出力之间的函数关系。式(15)中,日内采样时段内的光热储能出力和水势储能出力分别来自式(4)和式(5),它们分别指出了两种储能方式的发电总出力是根据电网要求储能侧出力的发电量所确定的。因此,储能侧的成本和储能侧的发电量有直接关系,式(15)可等价表示为储能侧的成本-发电量关系函数:
其中,
S6:基于供电需求中要求储能侧出力的部分,综合考虑在小区域和跨区域不同场景下电力供需平衡的发电调度问题。
小区域是指分布式清洁能源互补并网发电侧所在的周边区域,由于发电侧所处区域较为偏远,因而小区域的负荷端供电需求小。跨区域是指发电侧并网后电力被输送到的城镇等发达区域,跨区域的负荷端供电需求很大。
同时采用光热储能和水势储能接入发电侧的直接目的,就是考虑到了小区域和跨区域负荷端规模差别过大所导致的单一储能出力不够或单一储能成本浪费的问题。在步骤二和步骤三中已提出,针对规模小的供电需求采用光热储能出力发电更经济,针对规模大的供电需求利用水势储能出力发电更实惠,而在大多数场景中,两者综合运用会有更好的经济效益。因此,在直接出力条件已满足电网要求的情况下,设立了三种利用储能侧的供电需求场景,并给出相应的调度方法:
场景①:仅在小区域有利用储能侧出力的供电需求,满足在所有采样时段内需要光热储能侧出力的总发电量不超过光热发电出力的上限阈值的条件,即;同时满足实际光热储能总量的条件。此场景下,仅利用光热储能出力,则,式(16)改写为:
场景②:仅在跨区域有利用储能侧出力的供电需求,满足所有采样时段内需要水势储能侧出力的发电量处于水势发电出力上限阈值的一定范围内的条件,即满足的条件;同时满足实际水势储能的条件。在此场景下,仅利用水势储能出力,则,式(16)改写为:
场景③:实际中场景①和②由于条件过于严苛不太可能出现,因此该场景囊括了除场景①和②的其它所有利用储能侧出力的供电需求情况。此场景下的基于光热-水势综合储能侧出力的发电调度问题是一个优化问题。利用式(17)储能侧的成本-发电量关系函数建立光热-水势综合储能侧成本最小的目标函数:
基于上述目标函数的牛顿法求解,可得到一种考虑光热-水势综合储能出力的分布式发电调度方法。
实施例2:
本发明实施例2提供了一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度***,包括:
光热储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;
水势储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;
混合处理优化模块,被配置为:当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果。
所述***的工作方法与实施例1提供的考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法相同,这里不再赘述。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory,RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,其特征在于:
包括以下过程:
当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;
当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果;
采用光热储能出力时的储能侧的成本和发电量关系函数为:
采用水势储能出力时的储能侧的成本和发电量关系函数为:
以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,包括:
其中,
5.如权利要求1所述的考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度方法,其特征在于:
预设范围的上限为水势发电出力上限阈值,预设范围的下限为第一系数与水势发电出力上限阈值的乘积。
6.一种考虑光热和水势综合储能出力的分布式发电调度***,其特征在于:包括:
光热储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量均小于或等于光热发电出力的上限阈值,且实际光热储能总量大于各个采样时段需要光热储能侧出力的发电量时,采用光热储能出力;
水势储能处理判断模块,被配置为:当各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量位于小于水势发电出力上限阈值的预设范围内,且实际水势储能大于各个采样时段需要水势储能侧出力的发电量时,采用水势储能出力;
混合处理优化模块,被配置为:当不符合上述条件的场景,以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,得到最优的光热出力和水势出力结果;
采用光热储能出力时的储能侧的成本和发电量关系函数为:
采用水势储能出力时的储能侧的成本和发电量关系函数为:
以光热和水势综合储能侧成本最小为目标,包括:
其中,
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