[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

说明书

本发明属电力规划领域，尤其是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，可用于海上风电平抑和消纳，步骤如下：S1.针对变速机组提出一种基于综合特性曲线的双工况最优效率跟踪方法；S2.建立海水抽蓄电站水头变幅随机扰动模型；S3.以最大化投资主体静态收益为目标，考虑市场和技术约束，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优化模型并求解，计算最佳容量。本发明提出了一种基于综合特性曲线的最高效率跟踪方法，结合海水抽蓄电站尾水位季节性随机波动的特点，建立联合系统模型。本方法综合考虑风蓄联合系统和主网双方利益，在电网电源规划方案设计方面有较强的实用性。

技术领域

本发明属于电力系统规划领域，涉及一种抽水蓄能电站的容量优化配置的方法，尤其是一种适用于海上风电平抑，基于双工况最优效率跟踪的可变海水抽水蓄能电站容量优化配置方法。

背景技术

现有的抽水蓄能电站容量优化研究成果已有很多，且较为成熟，但这些抽水蓄能电站都是采用传统定速抽水蓄能机组，而关于含变速机组的抽水蓄能电站的容量优化配置方法研究极少，特别是如果将其与海上风电平抑问题相结合，组成一个联合运行的海岛微电网应用场景。因此提出一种含变速机组的海水抽水蓄能电站的容量配置方法显得十分必要和迫切。

具体来讲，首先现有的抽水蓄能电站容量配置方法都是针对常规定速机组的。抽水蓄能电站作为一个大容量储能系统，其核心设备定速抽水蓄能机组的响应速度相较一般储能(如电化学储能、飞轮储能等)而言更慢，在功率响应速率方面存在劣势。无论是水轮机工况还是水泵工况，定速机组机械转速都必须为同步速，而无法改变。而且在抽水工况下，定速机组的输入功率不能够随外部负载的变化而改变，适应性差，这都给电网的功率调节带来一定程度困难。随着大功率变流器技术的飞速进步，相应的可变速机组也逐渐显现出取代定速机组的发展趋势。可变速机组具备功率响应速度极快、机械转速变化(适应)范围宽和抽水工况下可随负载调节(自动跟踪)的优点。在电站的容量优化规划领域，发明一种含可变速机组的容量配置方法将显得十分必要。

其次，传统上解决风电波动问题的方法之一是配置一定容量的储能电池，但是现阶段受制于技术和成本因素，储能电池容量还无法做到足够大(一般不超过10MW)，且随之带来的环境污染和安全问题也无法忽略。大量研究已经证明，现阶段最适合电网大容量储能应用的依旧是具有悠久历史的抽水蓄能电站。抽水蓄能电站与风电场组成联合运行系统，可以平抑风电送出功率的波动，为电网调度带来方便，也为风电运营商带来更多的经济效益。正由于变速机组区别于定速机组具备更加优良的电网调节性能，因此将其应用于海上风电平抑和消纳领域将具有很大的发展前途。建设一定容量的海水抽水蓄能电站能很大程度上解决海上风电的消纳和波动问题，因此对于工程应用也具有重要意义。

发明内容

本发明在充分考虑海上风电消纳的前提下，提出一种基于双工况最优效率跟踪的变速海水抽水蓄能容量优化配置方法。该方法能够保证在一定约束条件下(如联络线功率波动约束、变速机组出力约束)，得到抽水蓄能电站的最优容量值，以确保微电网投资主体(海上风电场与海水抽水蓄能电站)总体收益最大化。

相较于常规的定速机组的配置方法，本方法充分考虑的变速机组的复杂性，同时又满足规划需求而进行一定程度地精简，最后的机组模型能够取得复杂度和精度两者的平衡。其次，本发明充分利用变速机组的优良特性，将其推广至海上风电平抑和消纳领域，为海上风电消纳问题提供一种全新的解决方案。

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：