光伏电站与水电站联合运行系统及运行方法

摘要

本发明提供一种光伏电站与水电站联合运行系统，采用下述方法建立：首先测量并分析光伏发电的出力特性；其次结合光伏发电的出力特性与水电站的发电特性，根据水量平衡理论分析建立联合运行系统对水电站下游电站的影响；再次分析该系统对电网的影响；再次计算接入水电站的光伏电站的规模，分析联合运行系统中水电站的水轮发电机组运行情况；最后组成联合运行系统。本发明还提供一种联合运行系统的运行方法，通过制定用水电站补偿光伏电站的控制方法、制定AGC、AVC控制方法和水量平衡试验方法，运行该联合运行系统。本发明利用水电站调节能力强且调节快速等特点，对波动性大的光伏电站进行补偿，使联合运行系统能为电网提供稳定的供电。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电站和水电站运行技术，具体是一种光伏电站与水电站联合运行系统及其运行方法。

背景技术

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将光能转化为电能的一种发电方式。光伏发电具有安全可靠、无污染、无枯竭危险等特点，而且光伏电站既不需要消耗燃料，可以进行全网供电或就地发电供电，是优势非常明显的发电方式。但是由于光伏发电受昼夜、季节、天气等因素的影响较大，其发电出力具有随机性、波动性、间歇性，易造成电力系统不稳定，甚至断电的可能。因此，如何消除或降低光伏发电的波动性，使其能够稳定的为用户输出用电是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是光伏电站发电波动性大、不稳定的问题。

本发明提供一种光伏电站与水电站联合运行系统，所述联合运行系统采用下述的方法建立：

S1.测量并分析出力特性：测量待建立光伏电站地区的光辐射数据，分析所述地区的光辐射特性，得到所述地区的光伏发电的出力特性和天气对光伏发电的影响规律；

S2.水量平衡分析：将所述地区的水电站的发电特性与S1步骤中中得到的光伏发电的出力特性结合，根据水量平衡理论，分析建立光伏电站与水电站联合运行系统对所述水电站的下游电站的发电和用水情况的影响；

S3.电网影响分析：分析所述光伏电站与水电站联合运行系统的弃光情况、对其他新能源消纳及调峰能力的影响、对所述水电站所处流域的水量调度及其下游梯级水电站的发电影响；

S4.光伏电站接入规模：根据所述水电站的电气参数计算接入到所述水电站的所述光伏电站的规模，对所述水电站的水轮发电机组及其附属设备进行诊断性试验，分析所述水轮发电机组及其附属设备在所述光伏电站与水电站联合运行系统中的运行情况；

S5.组成所述光伏电站和水电站联合运行系统：根据上述分析，将所述光伏电站接入所述水电站，并设置用于同时监控所述光伏电站和所述水电站的计算机监控模块，用于协调控制光伏电站的智能控制设备，组成所述光伏电站和水电站联合运行系统。

进一步地，所述联合运行系统包括：所述水电站、所述光伏电站、计算机监控模块、数据采集模块、控制模块，其中所述计算机监控模块同时监控所述光伏电站和所述水电站的运行情况，所述数据采集模块从所述光伏电站和所述水电站中采集实时数据并传输给所述计算机模块，所述控制模块根据所述计算机监控模块的指示发出控制命令。

进一步地，所述控制模块包括AGC控制模块和AVC控制模块，所述AGC控制模块和所述AVC控制模块分别独立运行。

本发明还提供一种上述联合运行系统的运行方法，根据光伏电站的出力特性和水电站的发电特性，制定利用所述水电站发电补偿调节所述光伏电站发电的控制方法，制定AGC控制方法、制定AVC控制方法和水量平衡试验方法，通过上述方法运行所述联合运行系统。

进一步地，所述AGC控制方法为：使所述光伏电站按照实时光照条件发电，得到所述光伏电站的实时有功，用下达的发电计划实时总有功减去所述光伏电站的实时有功，得到剩余有功，AGC控制模块将所述剩余有功分配到所述水电站的水轮发电机组之间，使所述水轮发电机组根据所述剩余有功发电。

与现有的独立运行的光伏电站相比，本发明将光伏电站与水电站联合协调运行，利用水电站的水库库容大，调节能力强，水电机组启动迅速、调节灵活、负荷响应快等特点，对易受外界环境因素影响而波动的光伏电站发电情况进行快速补偿调节，从而充分利用光伏发电优势的同时，又能避免光伏发电的随机波动，使得光伏电站与水电站联合运行系统能够为电网提供稳定的供电，满足电网对频率、电压的质量要求，提供优质电能。

附图说明

图1是实施例中青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站互补出力曲线图。

图2是实施例中青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统3月15日的发电曲线图。

图3是实施例中青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统3月22日的发电曲线图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，应当理解的是，这些具体实施方式仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定。

本实施例以青海共和园区光伏电站-龙羊峡水电站的联合运行系统为例，提供一种光伏电站与水电站联合运行系统，该联合运行系统采用下述的方法建立：

S1.测量并分析出力特性：测量青海共和园区的光辐射数据，分析该地区的光辐射特性，得到该地区光伏电站的出力特性和天气对光伏发电的影响规律。

其中，光辐射数据通过该地区的光伏测量站得到，光伏测量站的数据例如可以是光强、温度。该光伏电站是分布式并网光伏电站或集中式并网光伏电站，在本实施例中，该光伏电站为320MWp集中并网光伏电站。可以理解的是，能够建立光伏电站的地区并不局限于青海共和园区，只要该地区光辐射条件能够满足太阳能转变成电能，为用户提供供电需求即可。

S2.水量平衡分析：将龙羊峡水电站的发电特性与S1步骤中得到的光伏发电的出力特性结合，根据水量平衡理论，分析建立青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统对龙羊峡水电站的下游电站的发电和用水情况的影响。

S3.电网影响分析：分析青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统的弃光情况、对其他新能源消纳及调峰能力的影响、对龙羊峡水电站所处流域的水量调度及其下游梯级水电站的发电影响。

S4.光伏电站接入规模：根据龙羊峡水电站的电气参数计算接入到该水电站的青海共和园区光伏电站的规模。根据龙羊峡水电站电气系统设置及设备现状，定性分析该光伏电站的接入对该水电站的影响，并进一步对该水电站的水轮发电机组及其附属设备进行诊断性试验，分析水轮发电机组及其附属设备在青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统中的运行情况。其中，龙羊峡水电站的电气参数包括3309DL出线、330kV间隔。

S5.组成所述光伏电站和水电站联合运行系统：根据上述分析，将青海共和园区光伏电站接入龙羊峡水电站，并设置用于同时监控该光伏电站和该水电站的计算机监控模块，用于协调控制该光伏电站的智能控制设备，组成青海共和园区光伏电站和龙羊峡水电站联合运行系统。

其中，光伏电站与水电站之间不要求距离接近，只要二者能够接入同一电网即可。但在实际工程中，设计光伏电站与水电站联合运行系统时，应考虑二者所在的地区和经济效益等因素，选择处于适当地理位置的光伏电站与水电站进行联合。

其中，该联合运行系统不仅包括龙羊峡水电站、青海共和园区光伏电站、计算机监控模块，还包括数据采集模块和控制模块。计算机监控模块同时监控该光伏电站和水电站的运行情况，该数据采集模块从该光伏电站和该水电站中采集实时数据并传输给计算机监控模块，该控制模块根据计算机监控模块的指示发出控制命令。

在控制模块中，包括用于分配调节有功的AGC控制模块和用于分配调节无功的AVC控制模块，二者分别独立运行。

本实施例还提供一种青海共和园区光伏电站和龙羊峡水电站的联合运行系统的运行方法，该方法也适用于其他光伏电站和水电站的联合运行系统。该方法首先根据青海共和园区光伏电站的出力特性和龙羊峡水电站的发电特性，制定利用该水电站发电补偿调节该光伏电站发电的控制方法，然后制定AGC控制方法、制定AVC控制方法和水量平衡试验方法，通过这些方法运行所述联合运行系统。

其中，在该光伏电站与该水电站互相补偿出力时，采用固定调度曲线运行或水光总出力给定的控制方法。水光总出力是指水电站发电出力和光伏电站发电出力的总和。采用固定调度曲线运行的控制方法时，调度曲线确定，该光伏电站按照发电能力运行发电，该水电站按照该联合运行系统的实际运行情况对该光伏电站进行发电补偿调节，用于满足水光总出力要求。采用水光总出力给定的控制方法时，根据电网运行和水量调度需要，实时修改调度曲线和/或下达水光总出力调令，使水电站按照实时调令对该光伏电站进行发电补偿调节，用于满足水光总出力要求。如图1所示为青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站互补出力曲线图，其中，水光总出力曲线为①,光伏发电出力曲线为②，光伏电站与水电站互补出力曲线为③。

其中，AGC控制方法为：使青海共和园区光伏电站按照实时光照条件发电，得到该光伏电站的实时有功，用下达的发电计划实时总有功减去该光伏电站的实时有功，得到剩余有功，通过AGC控制模块将剩余有功分配到水电站的水轮发电机组之间，使水轮发电机组根据剩余有功发电。其中，水轮发电机组的控制方式以单机或者多机成组控制方式调节，优选以多机成组控制方式调节。

采用该联合系统的运行效果：

以2014年3月15日和3月22日青海共和园区光伏电站与龙羊峡水电站联合运行系统的运行情况为测试例，采用调节响应时间为8s、调节功率幅值为10MW的参数条件，该光伏电站按实时光照条件发电，该水电站的水轮发电机组以多机成组控制方式调节，补偿光伏发电与调度发电计划发电之间的差值。其中，3月15日为全天晴天，3月22日为有变化天气。

图2、图3中分别记录3月15日、3月22日该联合运行系统的发电情况，包括该光伏电站实际发电值1、全厂实发总有功值2、全厂负荷曲线值3、该水电站实际发电值4，其中全厂负荷曲线值即为调度发电计划的发电值。

由图2、图3可以看出，该光伏电站不论是晴天天气还是有变化的天气中发电，经过该光伏电站与该水电站的互补调节，该联合运行系统的全厂实发总有功值都与全厂负荷曲线值良好吻合，证明该联合运行系统的实际发电与调度发电计划吻合，该联合运行系统的调节能力良好。