风光互补发电系统并网调度策略研究

风光互补发电系统并网调度策略研究

景观互补发电系统可以弥补lan和gas独立系统的不足，降低独立系统的成本成本。因此，景观互补发电系统越来越受到重视。近年来,国内外对其发电技术做了较多研究,形成了中小规模的发电系列,并成功应用于实际中。由于风能和光能的间歇性,使发电系统的蓄能技术成为研究的热点。以往系统大多采用蓄电池,但由于对蓄电池容量要求很高,且需定期更换,因此供电质量一般难以保证。随着国民经济的快速发展,迫切需要寻求一种适合大规模并网的蓄能方式。基于抽水蓄能技术的风光互补发电系统能较好地满足需求,风力电站与光伏电站将风能和太阳能转换为高品位的电能,利用抽水蓄能电站实现调峰填谷、调频、蓄电、供电等。鉴此,本文通过仿真模拟,探讨分析了风光互补发电系统的并网调度策略。1其他子系统组成抽水蓄能技术风光互补发电系统由风力电站、光伏电站、水电站、水泵站、上下水库等子系统组成(图1)。该系统利用光能、风能和水能互补开发,利用抽水蓄能达到调峰填谷、调节和蓄电作用。1.1平均风速分布蒙特卡罗法是一种以概率统计理论为指导,通过对随机数的数学模拟和统计分析求取实际问题近似解的数值方法。大量实测数据表明,风速一般均为正偏态分布,风力愈大,分布曲线越平缓,大部分地区风速的分布近似服从威布尔函数,其概率密度函数为:p(x)=kc(vc)k−1exp[−(vc)k](1)p(x)=kc(vc)k-1exp[-(vc)k](1)式中,k为形状参数,一般取k=2;c为尺度参数,表示该地区年平均风速大小;v为风速。1.2光伏发电系统模型风光互补发电系统利用水能、风能及光能发电供给负载,任一时刻各子系统必须满足能量供需平衡原理。风力电站输出功率与风速的关系为:PW(t)=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪0PRVf−VfminVR−VfminPR0Vf<VfminVfmin≤Vf<VRVR≤Vf<VfmaxVfmax≤Vf(2)ΡW(t)={0Vf<VfminΡRVf-VfminVR-VfminVfmin≤Vf<VRΡRVR≤Vf<Vfmax0Vfmax≤Vf(2)式中,PR为风机额定输出功率;Vf为运行风速;Vfmin为风机启动风速;VR为风机额定风速;Vfmax为风机截止风速。光伏电站输出功率为:PS(t)=ηSYS(t)(3)式中,ηS为光伏电站发电系数;Y为光伏电站有效装机容量;S(t)为可利用太阳能。水电站输出功率为:PP(t)=ηGqU(t)(4)式中,ηG为水电站发电系数;qU(t)为水电站发电用水量。风光互补发电系统总负荷为:PD(t)=PSD(t)+PWD(t)+PP(t)(5)式中,PSD(t)为光伏电站送入电网的功率;PWD(t)为风力电站送入电网的功率。风力电站功率平衡关系为:PW(t)=PWD(t)+PWP(t)+PWO(t)(6)式中,PWP(t)为风力电站供给水泵站抽水的功率;PWO(t)为风力电站弃用的功率。光伏电站功率平衡关系为:PS(t)=PSD(t)+PSP(t)+PSO(t)(7)式中,PSP(t)为光伏电站供给水泵站抽水的功率;PSO(t)为光伏电站弃用的功率。1.3水质递推公式光伏电站供给泵站抽取的水量为:qS(t)=ηPPSP(t)(8)式中,ηP为水泵站抽水系数。风力电站供给泵站抽取的水量为:qW(t)=ηPPWP(t)(9)上水库水量递推公式为:Q(t+1)=Q(t)+∫t+1tqIN(t)dt+∫t+1tqS(t)dt+∫t+1tqW(t)dt-∫t+1tqU(t)dt-∫t+1tqO(t)dt(10)式中,Q(t+1)为t+1时刻上水库蓄水量;Q(t)为t时刻上水库蓄水量;qIN(t)为水源入库水量;qU为水电站发电用水量;qO(t)为上水库弃用水量。2pdminpdpd干部风光互补发电系统并网运行时,送入电网的功率为PD(t),并网的功率限制为PDmin≤PD(t)≤PDmax。PDmax为并网功率的上限,PDmin为并网功率的下限。为简化问题,假设PDmax和PDmin均为常数。上水库蓄水量上限为Qmax,安全水位为Qmin,蓄水量超过Qmax部分弃用。2.1pdmin与pdx风力电站输出功率专用于抽水蓄能,光伏电站与水力电站联合并网。①光伏电站输出功率大于PDmax。其并网电量为PDmax,剩余功率弃用。②光伏电站输出功率介于PDmin与PDmax之间。其发电量全部并网,若水库水量大于Qmin,则并网功率由水力发电补足达到PDmax值,若水库水量小于Qmin,则水电站不发电。③光伏电站输出功率小于PDmin。其发电量全部并网,并网功率由水电站补足达到PDmin。2.2张拉风力电站光伏电站输出功率专用于抽水蓄能,风力电站与水力电站联合并网。①风力电站输出功率大于PDmax。其并网电量为PDmax,剩余功率弃用。②风力电站输出功率介于PDmin与PDmax之间。其发电量全部并网,若水库水量大于Qmin,则并网功率由水力发电补足达到PDmax值,若水库水量小于Qmin,则水力电站不发电。③风力电站输出功率小于PDmin。其发电量全部并网,并网功率由水力发电补足达到PDmin。2.3水库水量计算风力电站和光伏电站输出功率均不直接并网而全用于抽水蓄能,利用蓄存的水能实现稳定的供电。①当上水库水量大于Qmin。水电站输出并网功率为PDmax,风光互补发电系统供给水泵站的功率以抽满上水库为目标,若功率有剩余则弃用。②当上水库水量小于Qmin时。水电站输出并网功率为PDmin,风光互补发电系统输出功率全部用于抽水蓄能。2.4弥补发电站功率风力电站和光伏电站输出功率中的一部分直接输送到电网,剩余部分用于抽水蓄能,当风光互补发电站的输出功率不足时,用水电补足。①风光互补发电站输出功率大于并网上限功率PDmax。超出部分用于抽水蓄能。②风光互补发电站输出功率介于PDmin与PDmax之间。若上水库水量大于Qmin,水力发电将总并网功率补足为PDmax;若上水库水量小于Qmin,水力电站不发电。3年分布曲线风光互补发电系统各子系统参数见表1。风能和太阳能的年分布曲线见图2和图3。风光互补发电系统按4种并网调度策略运行1年,上水库蓄水量变化曲线见图4,1000h内并网功率变化曲线见图5,运行结果见表2。4风电互补发电系统并网策略由表2可得出如下结论。(1)水泵站装机容量与上水库库容的选择关系到发电系统运行可靠性和经济性。由瞬时最大抽水功率可确定水泵站最小装机容量,上水库蓄水量瞬时最大值与最小值之差即为上水库所需最小库容。策略Ⅰ所需水泵站装机容量最小,策略Ⅲ所需水泵站装机容量最大。策略Ⅳ运行下,由于前半年风力电站和光伏电站输出功率较小且系统并网电量大,导致一定时期内水库水量大幅减小。策略Ⅳ所需上水库库容最大,策略Ⅱ所需上水库库容最小。(2)风光互补发电系统最大并网电量1597350kW·h、最小1492600kW·h,与独立的风电场和光电厂相比具有明显的经济效益,这种多能互补开发方式是解决能源短缺的一种有效途径。从并网总电量来看,策略Ⅳ最优,其原因在于系统将大部分风能和光能直接并网,但同时对电网的冲击较大,泵站装机容量和水库库容配备也较大。考虑到目前风电、光电并网技术的局限,大容量风电和光电直接并网可能对电网带来严重危害,策略Ⅳ较适合应用于大电网地区。(3)策略Ⅲ运行下风力电站和光伏电站输出功率全部用于抽水蓄能,利用蓄存的水能实现可靠的供电。其输出功率较大、并网电能质优,且水电具有发电启停方便、运行操作灵活、方便实现调峰和调频任务,但所需水泵站装机容量大。此策略适合于边远乡村、电网薄弱地区。(4)策略Ⅰ、策略Ⅱ运行下光伏电站和风力电站直接并网功率占总并网电量比例适中,符合当前风电、光电并网技术条件,并网功率也较理想。策略Ⅰ所需水泵站最小装机容量较策略Ⅱ小,上水库蓄水量变化曲线与并网功率分布较平滑;策略Ⅱ所需水库库容较策略Ⅰ小,光伏电站和风力电站直接并网电量占总并网电量比例较小。综合考虑上述因素,推荐策略Ⅱ为该风光互补发电系统调度策略,由表2可见其所需配备为:水泵站装机481.6kW,上水库库容50000m3-23218m3=26782m3,水电站装机185