利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送輸電瓶頸的優(yōu)化配置方法
【專利摘要】本發(fā)明針對因輸電瓶頸造成風電集中外送能力受限問題，建立了應(yīng)用于輸電線路上的儲能系統(tǒng)綜合效益評估體系，提出了一種利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送輸電瓶頸的優(yōu)化配置方法，其特點是，包括分析輸送通道受阻原因及棄風量計算、基于全壽命周期理論的儲能系統(tǒng)及輸電線路數(shù)學模型、儲能系統(tǒng)收益、輸電工程收益和儲能系統(tǒng)綜合效益最大的儲能系統(tǒng)功率計容量優(yōu)化配置等內(nèi)容。該方法綜合考慮風電波動性、輸電線路容量、電網(wǎng)用電負荷、輸電工程成本、儲能系統(tǒng)成本、輸電收益及儲能系統(tǒng)收益等因素，以儲能系統(tǒng)綜合效益最大化為目標,為松弛風電集中外送輸電瓶頸提供有效手段。
【專利說明】利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送輸電瓶頸的優(yōu)化配 置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送輸 電瓶頸的優(yōu)化配置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國風能資源豐富，風電的"爆炸式"發(fā)展，風電裝機容量快速增加，風電多集中在 東北、華北、西北及內(nèi)蒙古地區(qū)，這些地方風電裝機容量大，現(xiàn)已形成一定風電集中外送規(guī) 模，風電集中外送能力與外送通道緊密相關(guān)。然而風電外送通道建設(shè)滯后，輸電功率不斷增 力口，但輸電容量并未改變，使得輸電功率超過原來規(guī)劃建設(shè)的輸電容量，最終導(dǎo)致較大程度 的棄風，對包括風電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電發(fā)展產(chǎn)生不利影響，使得火電廠繼續(xù)使用非可 再生能源燃煤發(fā)電，沒有充分利用可再生能源的優(yōu)勢，對社會也造成極大損失，對環(huán)境治理 及節(jié)能減排帶來不便，加重霧霾影響。2011年，"三北"地區(qū)限電比例都接近20%。2013年 全國"棄風"電量162. 31億千瓦時，經(jīng)濟損失約75億，相當于159萬噸煤炭消費量。由風 電集中外送輸電瓶頸引起的棄風問題日益嚴重，現(xiàn)已成為電力行業(yè)關(guān)注的焦點。
[0003] 隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，儲能系統(tǒng)趨于成熟，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于風電場中。在風電出力 較大，出現(xiàn)棄風現(xiàn)象時，儲能可將部分風電進行吸收，并且在風電出力較小時，將儲存的能 量進行釋放，起到松弛輸電瓶頸作用，有效解決風電集中外送輸電瓶頸問題，提高風電接納 能力。大規(guī)模儲能的應(yīng)用可彌補輸電通道建設(shè)滯后風電電源建設(shè)造成的損失，能夠延緩輸 電建設(shè)，為輸電建設(shè)贏得時間。然而，現(xiàn)配置大規(guī)模儲能系統(tǒng)價格比較昂貴，因此，有必要綜 合考慮輸電工程成本，儲能系統(tǒng)成本，輸電收益，儲能系統(tǒng)收益，建立以綜合效益最大化為 目標，給定輸電線路輸電能力時的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送 輸電瓶頸的優(yōu)化配置方法，該方法綜合考慮輸電工程成本，儲能系統(tǒng)成本，輸電收益，儲能 系統(tǒng)收益，建立儲能系統(tǒng)全壽命周期成本模型，以綜合效益最大化為目標，最終確定確定儲 能系統(tǒng)最優(yōu)配置容量及容量。
[0005] 解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外 送輸電瓶頸的優(yōu)化配置方法，其特征是，它包括以下步驟：
[0006] 1)輸送通道受阻原因及棄風量計算
[0007]風電輸送通道是指用于輸送風電場輸出的風電功率到用電負荷較大較集中的地 區(qū)進行消納的輸電線路，影響風電輸送通道的因素有風電的波動性，輸電線路容量以及電 網(wǎng)用電負荷變化。
[0008] 風電實際功率大于輸電通道容量或者電網(wǎng)允許接納風電功率時，出現(xiàn)棄風量，Pwind > P_pt > PliM，或P_pt > Pwind > Pline時，棄風功率為風電輸出功率與輸電通道容量之差， Pline Pwind Paccept ，或 Pwind〉Pline〉Paccept 時，棄風功率為風電輸出功率與電網(wǎng)允許接納 風電功率之差，
[0009] 其中，pwind為風電實際功率，PliM為輸電通道容量，t為電網(wǎng)允許接納風電功 率，Q E為儲能系統(tǒng)提高的風電外送電量，其計算方法為： η
[0010] ^/. =Σ^(/)Χ77χΔ/ ⑴ /-1

【權(quán)利要求】
1. 一種利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)松弛風電集中外送輸電瓶頸的優(yōu)化配置方法，其特征是， 它包括以下步驟： 1) 輸送通道受阻原因及棄風量計算 風電輸送通道是指用于輸送風電場輸出的風電功率到用電負荷較大較集中的地區(qū)進 行消納的輸電線路，影響風電輸送通道的因素有風電的波動性，輸電線路容量以及電網(wǎng)用 電負荷變化， 風電實際功率大于輸電通道容量或者電網(wǎng)允許接納風電功率時，出現(xiàn)棄風量，Pwind > Paccept > > Pline時，棄風功率為風電輸出功率與輸電通道容量之差， PliM > Pwind > Pa_pt，或Pwind > Pline > Pa_pt時，棄風功率為風電輸出功率與電網(wǎng)允許接納 風電功率之差，其中，Pwind為風電實際功率，PliM為輸電通道容量，Pa_ pt為電網(wǎng)允許接納風 電功率，qe為儲能系統(tǒng)提高的風電外送電量，其計算方法為： {) = ^/^(/) X 7/ΧΔ/ (1) ?-1 (2) /=1 Ο < \sigH[P (〇]| + |.s7'xr/?[P, {t)]\ < 1 式中，n為儲能壽命周期；Pd為儲能放電功率，MW ;P。為儲能充電功率，MW ; η為儲能能 量轉(zhuǎn)換功率；sign為符號函數(shù)；Be為儲能系統(tǒng)功率，麗；Ce為儲能系統(tǒng)容量，MWh ; 2) 基于全壽命周期理論建立儲能系統(tǒng)及輸電線路數(shù)學模型 LCC成本總體上包括投資費用和運行維持費用兩大類，投資費用主要指設(shè)備購置的投 資成本1C ;運行維持費用可細分為：運行成本OC、檢修維護成本MC、故障成本FC和退役處 置成本DC，由各階段成本即可構(gòu)成LCC成本： LCC = IC+OC+MC+FC+DC (3) 采用LCC凈年值（NAV)來計算電網(wǎng)建設(shè)項目全壽命周期成本，為方便計算，只對儲能系 統(tǒng)成本按照LCC來計算，輸電線路成本按照靜態(tài)回收考慮來計算器成本，凈年值是通過資 金等值換算將項目凈現(xiàn)值分攤到壽命期內(nèi)各年，從第1年到第n年的等額年值， 其計算公式為： NAV = LCCXi(l+i)n+[(l+i)n-l] (4) 按照LCC成本，給出儲能系統(tǒng)各部分分解成本計算公式： 1C發(fā)生在設(shè)備購置當年，即計算周期的起始年為基準年，主要有設(shè)備購置費和安裝調(diào) 試費用構(gòu)成，故有： IC = ICp+ICi (5) ICp = cpXBe+ccXCe (6) 安裝調(diào)試費用IQ與儲能購置費用ICP相比，費用較少，為方便計算，可忽略不計， 式中：icp為儲能購置費用；ICi為安裝調(diào)試費用；(^為儲能功率價格，元/MW;Be為儲能 系統(tǒng)功率，麗；c。為儲能系統(tǒng)容量價格，元/MWh ;(；為儲能系統(tǒng)容量，MWh， 運行成本0C 儲能系統(tǒng)的運行成本由設(shè)備能耗費用和巡視人工費用，為方便計算，用設(shè)備能耗費用 近似代替0C OC = (Pc-Pd) X 8760 X a (7) 式中，Pd為儲能放電功率，MW ;Ρ。為儲能充電功率，MW ; α為風電成本電價 檢修維護成本MC 儲能系統(tǒng)的檢修維護可分為周期性的解體檢修，即大修和檢修維護，即小修兩大類，其 成本主要由檢修維護周期和單次的檢修維護費用決定，第η年的檢修維護成本可用下面公 式進行計算： MCn = n〇XMCn〇+nrXMCnr (8) 式中：MCn(l為單次大修費用；MCmS單次小修費用，其中，^和!^分別表示第η年是否 對儲能系統(tǒng)進行大小修或者小修，其取值由各自的檢修維護周期?；和?；決定，為0或1，具 體為：η能整除?；時，％取1，否則取0 的取值與％類似， 故障成本FC 儲能系統(tǒng)的故障成本包括故障檢修費用和故障損失費用，為計算方便，以故障損失費 用近似代替故障成本FC，故障損失費主要由停電損失費用決定，故第η年的故障成本可用 下面公式計算： FCn = λ XPFXtFX α (9) 式中：λ為儲能系統(tǒng)故障率；PF為故障時儲能系統(tǒng)損失功率：tF為儲能系統(tǒng)平均停止 工作時間；α為風電成本電價， 退役處置成本DC 儲能系統(tǒng)的退役處置成本主要包括設(shè)備的退役或報廢處理費和退役殘值，其中設(shè)備退 役殘值以負數(shù)計入，退役處理費可將投資成本中的安裝調(diào)試費安清理費率，取32%折算得 至IJ ;設(shè)備退役殘值可將投資成本中的設(shè)備處置費按一定比例，取5%折算得到，則儲能系統(tǒng) 的退役處置成本DC為： DC = 32% XICi+5% XICP (10) 按靜態(tài)回收考慮的輸電線路成本Cs計算 Cs = (KsPlineL)/Ts (11) 式中，L為輸電距離，Ks為單位容量、單位長度下的輸電工程造價；TS為輸電工程投資靜 態(tài)回收期； 儲能系統(tǒng)收Μ 儲能系統(tǒng)收益B，Be，Ce正比于壽命周期期限內(nèi)提高的風能接納量，其計算公式為 B = KeQe (12) 式中，KE為輸電企業(yè)外送單位風電電量的價格，QE為儲能系統(tǒng)提高的風電外送電量， 輸電工程收益 R = KrGw (13) 式中，&為輸電企業(yè)外送單位風電電量的價格；GW為不加儲能系統(tǒng)時每年輸電工程外 送的風電電量；GW的計算公式為 仏=ΣΙ,;Λ(_ (14) d=l ^wind 5 ^accept^^line >PKind r P\vind，Phn^^ Paccep.^^ Pwind / ? γΛ fD =1 (15) 1 Pune^accep^P.in^Pune ^accept 5 ^line^^wind^^accept 式中，dl為一天0點時刻d2為一天最后時刻，fp為可送出風電功率曲線， 替代火電出力效益 ^replace kfbQE (16) 式中，kf為單位質(zhì)量燃煤價格，b為火電廠標準煤耗率，QE為儲能系統(tǒng)提高的風電外送 電量節(jié)能減排效益 X% + 心 X% + ρ"β XjXρ￡.X" Hi) 式中：Bj為儲能系統(tǒng)節(jié)能減排效益，元；?。。2七。2義。分別為電網(wǎng)處理向外界排放的(3 〇2、 8〇2、氮氧化物產(chǎn)生的投資，元/1^;6。。2、6;3。 2、611。分別為火電機組生產(chǎn)單位電能的(3〇2、8〇2、氮 氧化物排放量，kg/MWh ; 輸電線路儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置 基于全壽命周期理論，綜合考慮儲能系統(tǒng)及輸電線路的經(jīng)濟效益，投資成本，以儲能系 統(tǒng)壽命周期η年內(nèi)綜合效益最大化為目標，構(gòu)建了一種風電外送儲能最優(yōu)配置，其目標函 數(shù)如下式所示： f = max {B+R+Breplace+BrCs-NAV} (18) 式中，f為儲能系統(tǒng)綜合效益，元，目標函數(shù)的最優(yōu)解即為總收益最優(yōu)的儲能系統(tǒng)配置。
【文檔編號】H02J3/28GK104300566SQ201410542512
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】嚴干貴, 李軍徽, 穆鋼, 王宗寶 申請人:東北電力大學