一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法

摘要

本发明是一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法，其特点是，包括的内容有：建立光伏系统模型、建立传统机组模型、建立负荷模型、确定评价指标、对调节能力需求分析和对合理度评价。利用这种方法能够对于给定地区和给定负荷的系统配置的光伏容量是否合理正确的评价，为光储电站的调峰能力建设提供指导。具有方法科学合理，适用性，效果佳的优点。

说明书

技术领域

本发明属于调峰领域，尤其涉及一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法。

背景技术

由于光伏发电具有的波动性和间歇性，会导致光伏系统出力不稳定，光伏发电受到光照资源的影响严重。光伏出力的特性会造成例如弃光严重，并网困难等问题，就需要寻求另外的解决办法。

解决光伏系统的固有问题的办法，一方面可以通过光伏系统与其他传统机组的配合发电来解决，例如光伏和火电机组或水电机组配合发电，另一方面在光伏系统上配置储能系统也能有效解决这一问题。

光伏发电面临的主要问题实际上是光伏发电量的时序不可转移问题。利用传统电源在光伏无法发电时段进行补充发电自然是可行的办法，但这无法真正解决光伏发电面临的问题，也会造成大量的光照资源浪费，同时消耗更多的不可再生资源，不符合环保性的要求。想要真正解决光伏发电目前面临的问题，可以通过配置储能系统，实现光伏发电时序转移，因此首先要合理的分析光伏特性，并对光伏发电能力做出准确有效的定性定量描述。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的基于图形分析法的光伏调节能力需求分析方法。利用这种方法能够对给定地区和给定负荷的系统配置的光伏容量给出正确是否合理的评价，据此能够初步确定光伏系统的容量配置范围，并且分析局域电网的光伏特性以及光伏配置合理性。

实现本发明目的所采取的技术方案是：一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法，其特征是：它包括的内容有：

1)建立光伏系统模型

光伏模型以P

则每日光伏生产的总电量：

其中t

光伏系统的出力模型为式(2)：

式中：f

传统电源模型

传统机组建模假设为火电机组，以约束的形式建立火电机组模型；

(1)火电机组的发电功率约束：

火电机组的出力P

(2)火电机组功率平衡约束：

∑P

火电机组出力总时间应当与负荷需求相匹配；

(3)最小启动时间约束：

t

火电机组启动后需要运行一段时间后才可以停机，即停机时间减去启动时间应当大于等于机组最小启动时间；

(4)最小停机时间约束：

t

火电机组停机后需要等待一段时间后再启动，即启动时间减去停机时间应当大于等于机组最小停机时间；

(5)爬坡率约束

式中r

2)负荷模型

负荷模型以P

3)评价指标

当使用光伏系统对负荷供电时，光伏供给负荷后多余的电量，E

以下给出E

(a)弃光部分E

弃光部分E

为统计E

弃光部分由于每日的光伏和负荷情况不同，因此每日的S

其中T为天数，n为天数最大值；

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S

(b)供电不足部分E

供电不足为光伏无法供给负荷的电量，供电不足部分是由于光伏无法出力或出力不足导致无法满足负荷需求而导致无法向负荷供电的部分，当E

为统计E

同(a)，由于供电不足每日情况不同，其统计量矩阵S

其中T为天数，n为天数最大值；

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S

根据式(14)，即能够给出要用到的评价指标：

(c)装机充裕度

定义装机充裕度为：

其中P

(d)功率充裕度

功率充裕度定义为：

其中P

(e)电量充裕度

定义电量充裕度为：

即光伏可发电量除以负荷需求电量，若当k

(f)弃光度

定义弃光度为：

即光伏弃光电量除以光伏供电电量，由于不考虑利用储能系统，因此使用弃光度指标辅助定义电量充裕度指标，得出传统电源对于负荷供电的比例。

(g)光伏最大出力时间点

定义光伏有效出力时间段∑t

4)调节能力需求分析

含光伏电力系统的调节能力需求问题，实际上就是E

①k

②k

③k

5)合理度评价

针对某个给定的光伏系统配置，按照弃光部分E

(I)当E

即代表此时的光伏系统E

(II)当E

代表此时光伏系统E

(III)当E

代表此时光伏系统弃光部分E

定义两个计量指标：

(IV)合理度等级C

当E

-E

其中E

(V)失电率

当E

综合合理度C

本发明的一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法，由于采用建立光伏系统模型、建立传统机组模型、建立负荷模型、确定评价指标、对调节能力需求分析和对合理度评价的内容。利用这种方法能够对于给定地区和给定负荷的系统配置的光伏容量是否合理正确的评价，为光储电站的调峰能力建设提供指导。具有方法科学合理，适用性，效果佳的优点。

附图说明

图1为光伏与负荷匹配关系图；

图2为调节能力需求分析方法架构图；

图3为装机充裕度与功率充裕度示意图；

图4为弃光度情况统计图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参照图1-图4，本发明的一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析方法，包括以下内容：

1.光伏系统模型

光伏模型以P

则每日光伏生产的总电量：

其中t

光伏系统的出力模型采用下式计算：

式中：f

2.传统电源模型

在本章中传统机组建模假设为火电机组，以下以约束的形式建立火电机组模型。

(1)火电机组的发电功率约束：

火电机组的出力P

(2)火电机组功率平衡约束：

∑P

火电机组出力总时间应当与负荷需求相匹配。

(3)最小启动时间约束：

t

火电机组启动后需要运行一段时间后才可以停机，即停机时间减去启动时间应当大于等于机组最小启动时间。

(4)最小停机时间约束：

t

火电机组停机后需要等待一段时间后才可以启动，即启动时间减去停机时间应当大于等于机组最小停机时间。

(5)爬坡率约束

式中r

3.负荷模型

负荷模型以P

4.评价指标

当使用光伏系统对负荷供电时，光伏和负荷的匹配情况如图1，其中E

以下给出E

(1)弃光部分(E

弃光部分如上所述，为光伏供给负荷后多余的电量，为图中E

为统计E

弃光部分由于每日的光伏和负荷情况不同，因此每日的S

其中T为天数，n为天数最大值。

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S

(2)供电不足部分(E

供电不足为光伏无法供给负荷的电量，为图中E

为统计E

同(1)，由于供电不足每日情况不同，其统计量矩阵S

其中T为天数，n为天数最大值。

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S

根据式(14)，即可给出本章所要用到的评价指标：

(1)装机充裕度

定义装机充裕度为：

其中P

(2)功率充裕度

功率充裕度定义为：

其中P

(3)电量充裕度

定义电量充裕度为：

即光伏可发电量除以负荷需求电量，若当k

(4)弃光度

定义弃光度为：

即光伏弃光电量除以光伏供电电量。由于本章节内不考虑利用储能系统，因此使用弃光度指标辅助定义电量充裕度指标，当电量充裕度取得一个较高数值后，可以利用弃光度分析此时光伏系统对负荷供电的比例，进而得出传统电源对于负荷供电的比例。

(5)光伏最大出力时间点

定义光伏有效出力时间段∑t

定义光伏最大出力时间点为t

5.调节能力需求分析方法

含光伏电力系统的调节能力需求问题，实际上就是E

(1)k

(2)k

(3)k

电量充裕度k

弃光度λ能够表示光伏自身供给负荷的能力(即不依赖能量转移装置)，当k

6)合理度评价方法

针对某个给定的光伏系统配置，按照E

(1)当E

即代表此时的光伏系统E

(2)当E

代表此时光伏系统E

(3)当E

代表此时光伏系统E

定义两个计量指标：

(1)合理度等级C

当E

-E

其中E

(2)失电率

当E

综合以上两个指标C

6.实例分析

本实例数据采用吉林省某地区(大致位置：经度44.5，维度125.5，海拔225m)全年负荷数据以及光伏数据，负荷最大值2934.51MW，最小值1206.91MW，全年总电量为1.78×10

表1光伏每日最大出力统计表

然后进行有效光照时间情况分析,表2为全年有效光照时长的统计表。

表2有效光照时间统计表

计算得到全年每日的当k

表3E

本发明实施例中的计算条件、图例、表等仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。