[发明专利]一种基于双工况最优效率跟踪的变速海水抽蓄电站容量优化方法

权利要求书

1.一种基于双工况最优效率跟踪的变速海水抽蓄电站容量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.基于综合特性曲线外特性法的双工况最优效率跟踪方法建立变速抽蓄机组最优效率跟踪模型；

S2.分析并建立海水抽蓄电站水头变幅随机扰动模型；

S3.以联合体投资主体静态收益最大化为目标函数，综合考虑分时电价、联络线功率波动率等约束，建立含变速机组的海水抽蓄电站与海上风电联合运行系统模型并求解，得到含变速机组的海水抽蓄电站最佳容量，具体是：

S3-1.建立以联合体投资主体静态收益最大化为目标函数：

抽蓄电站运行效益主要是利用系统峰谷差，由抽水和发电的电价差产生的静态效益；同时风蓄联合运行系统还必须考虑风电上网限制，允许一定程度的弃风，综合考虑风蓄联合系统和主网双方的利益，即同时确保联合体年经济效益最大和联络线送出功率的稳定性；以联合运行系统年经济效益最大为目标函数，有

式中：K为年运行天数；为联合运行系统电量收益；为变速海水抽蓄电站容量收益；为电站初建成本；为电站运维成本；为风电场弃风惩罚成本；

下面对目标函数maxf的各组成成分作进一步阐述，有：

式中：T为一个调度周期的时段数；Δt为每个时段的时长；和分别为第d天t时段海上风电场的实际送出功率平均值和上网分时电价；P_t^d(d)和C_t(t)分别为抽蓄电站的发电功率和上网分时电价；和C_p(t)为抽蓄电站抽水功率和购电电价；

式中：C_EI为抽蓄电站容量电价；N为装机容量；

式中：C_EC为抽蓄电站总投资额；L为电站使用寿命；

式中：C_EO为电站年运维成本；

式中：k_p为单位弃风惩罚费用；为弃风功率；

S3-2.综合考虑分时电价、联络线功率波动率等约束，建立含变速机组的海水抽蓄电站与海上风电联合运行系统模型，具体说明如下；

1)变速海水抽蓄电站约束，主要包括水库能量平衡约束、库容约束、水头(扬程)约束和机组出力约束等：

E(0)＝E(T)

E^min≤E(t)≤E^max

V_Δ＝f(Z_z)-f(Z_s)

Z_s≤H_s(t)+H_r(t)≤Z_z

x(t)+y(t)≤1

式中，P_t(t)、P_p(t)分别为t时刻的发电和抽水工况机组出力和入力；分别为t时刻发电和抽水工况下水泵水轮机能达到的最大运行效率；E(t)为t时刻上水库蓄能电量；V_Δ、Z_z、Z_s分别为上水库调节库容、正常蓄水位和死水位；f(·)为水位库容曲线；H_s(t)为t时刻以静止海平面为基准的工作水头(扬程)；H_r(t)为由海浪引起的水头变化附加值；x(t)、y(t)为布尔变量以确保电站不会同时处于发电和抽水两种状态；

2)海上风电-变速海水抽蓄联合系统约束

海上风电和变速海水抽蓄捆绑运行，由同一通道接入主网；值得注意的是，抽水功率可以来自两个途径：主网或海上风电场；对风蓄联合体投资主体而言，只有向主网购电是需要付费的，在联合体内部，由风电大发时供给抽水功率是免费的，但有可能需要承担更大的弃风惩罚成本；该约束主要包含了联合系统功率约束、海上风电场约束和联络线传输容量约束：

P_l(t)＝P_t(t)-P_w(t)-[P_p(t)-P_pw(t)]

P_w(t)+P_pw(t)＝P_wg(t)

0≤P_w(t)≤P_wg(t)

0≤P_pw(t)≤P_wg(t)y(t)

-P_l^max≤P_l(t)≤P_l^max

P_l^max＝αP_l^rated

式中，P_l(t)为t时刻联合系统联络线功率，P_w(t)、P_pw(t)分别为t时刻上网功率和用于抽水的功率；P_wg(t)、分别为t时刻海上风电实发功率和最大可发功率；P_l^max为联络线功率最大允许值；P_l^rated为联络线断面稳定极限，其值受系统调峰、热稳及暂稳等因素综合制约；α为输电线路功率安稳系数，一般来说，当α小于90％时认为此断面是稳定的；β为联络线功率波动率。