本發(fā)明涉及一種抽水蓄能電站容量配置方法，尤其涉及一種含風電電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站容量配置方法，屬于電能輸送分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于風電出力的難預(yù)測性和反調(diào)峰的特點，風電的大規(guī)模接入給電網(wǎng)規(guī)劃和運行帶來很大的挑戰(zhàn)。尤其是風電的反調(diào)峰特性，對風電并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)峰容量以及調(diào)峰機組的靈活性提出新的要求。為滿足風電接入系統(tǒng)供電可靠性的要求，使得風電能夠有效的接入電網(wǎng)，必須進一步在風電接入系統(tǒng)內(nèi)規(guī)劃或引入新的調(diào)峰容量。目前，對于含風電電力系統(tǒng)的調(diào)峰問題的研究大都集中于系統(tǒng)的調(diào)峰運行特性分析和調(diào)峰充裕度評估、儲能系統(tǒng)控制策略等方面。因此，基于含風電電力系統(tǒng)調(diào)峰需求的儲能電源優(yōu)化配置問題還需進一步深入的研究。
儲能電源根據(jù)儲能容量和反應(yīng)速度的不同，可分為快速響應(yīng)儲能和大容量儲能。由于成本較高或者容量較小，快速響應(yīng)的新型儲能目前還難以在電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用。大容量儲能中的抽水蓄能電站，由于建設(shè)成本適中、技術(shù)成熟等特點在現(xiàn)代電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等方面發(fā)揮著極其重要的作用。因此，在具有建設(shè)條件的電網(wǎng)，大力發(fā)展抽水蓄能電站，并從含風電系統(tǒng)的調(diào)峰角度研究抽水蓄能容量的優(yōu)化配置是十分必要的。此外，電力工業(yè)是我國氣體污染物排放較多的行業(yè)之一，隨著全球性環(huán)境污染以及我國大規(guī)模霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)，在儲能電源配置問題中考慮環(huán)境效益對我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，而目前此領(lǐng)域的研究均未完全考慮這些因素，在抽水蓄能電站容量的合理配置上，沒能有效的兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，使得抽蓄電站的目標配置容量難以達到經(jīng)濟和環(huán)保的綜合要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對目前所采用傳統(tǒng)計算方法無法準確的獲取抽水蓄能電站容量的最佳配置，而且現(xiàn)有的抽水蓄能電站容量配置方法沒能同時兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，環(huán)境效益沒納入容量配置的考慮范圍，環(huán)境效益不佳的缺陷和不足，現(xiàn)提供一種算法科學，建立了抽水蓄能電站對系統(tǒng)調(diào)峰的環(huán)境效益貢獻度和經(jīng)濟效益貢獻度兩個指標，建立了考慮環(huán)境效益貢獻度的抽水蓄能電站容量配置模型，對抽水蓄能電站容量配置的計算精確度得到了提高，模型除了考慮抽水蓄能給系統(tǒng)帶來的運行成本效益和容量成本效益等經(jīng)濟效益外，還充分考慮了給系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都達到了最佳的一種含風電電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站容量配置方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種含風電電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站容量配置方法，其特征在于包括以下步驟：
a、首先輸入輸入系統(tǒng)的負荷l、常規(guī)機組參數(shù)、風電出力以及其它基本數(shù)據(jù)；
b、隨后初始化抽水蓄能電站的配置容量cs＝0，即配置抽水蓄能電站之前的系統(tǒng)，作為基準方案，并建立抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的環(huán)境效益貢獻度指標：
式中，ηenv的物理意義為系統(tǒng)生產(chǎn)單位電力節(jié)省的環(huán)境費用，即系統(tǒng)單位發(fā)電量的環(huán)境成本收益，g為氣體污染物的種類數(shù)，eg、δg分別為第g類氣體污染物的減排量和單位排放量的環(huán)境費用，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量，
還建立抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的經(jīng)濟效益貢獻度指標：
式中，ηeco的物理意義為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本，即對系統(tǒng)電力生產(chǎn)經(jīng)濟性的改進程度，beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益；
c、然后基于凈負荷lnet做電力電量平衡，基于系統(tǒng)的邊際發(fā)電成本確定運行周期內(nèi)抽水蓄能電站的抽水/發(fā)電功率；
d、再基于運行周期內(nèi)抽水蓄能電站的抽水/發(fā)電功率，計算系統(tǒng)的運行成本、常規(guī)機組容量替代收益，結(jié)合抽水蓄能電站的投資成本，還考慮了給系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益，建立考慮環(huán)境效益貢獻度的抽水蓄能電站容量配置模型，模型的目標是在滿足系統(tǒng)各種約束條件的前提下充分利用可再生能源，使得系統(tǒng)配置抽水蓄能后的凈收益最大，抽水蓄能電站容量配置模型的目標函數(shù)為：
式中，ηeco、ηenv分別為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本和環(huán)境費用，beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量，δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用，cs是抽水蓄能電站的配置容量；
e、判斷已有的抽水蓄能電站配置容量方案的凈收益指標，是否已出現(xiàn)拐點而能確定出最最大值，是則下一步，否則令cs＝cs+δc，并轉(zhuǎn)向c步驟；
f、最后輸出最大凈收益指標對應(yīng)的抽水蓄能電站配置容量方案及相應(yīng)的系統(tǒng)指標，即為抽蓄電站的目標配置容量。
所述b步驟中氣體污染物考慮電力生產(chǎn)所排放的三種氣體：so2、nox、co2，則ηenv轉(zhuǎn)化為：
δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用。
所述b步驟中抽水蓄能電站經(jīng)濟效益beco的計算方法如下：beco＝δ(fcon+fls+fws)+bc,con-fs
其中，δ代表相對于配置抽水蓄能電站前系統(tǒng)運行成本的減少值，bc,con是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量相應(yīng)的經(jīng)濟收益，fcon、fls、fws和fs分別是常規(guī)機組運行費用、失負荷費用、棄風懲罰費用和抽水蓄能費用，
δccon是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量，icon、gcon、ncon分別是常規(guī)機組單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，r是折舊率，
is、gs、ns分別是抽水蓄能電站單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，
nu為系統(tǒng)中常規(guī)機組的臺數(shù)，
所述計算失負荷費用、棄風懲罰費用ol,i(t)和cl,i(t)的計算方法如下：
式中，γ為單位缺電量的損失費，ρ為單位棄風電量的懲罰費用，ensw.l,i(t)、enaw.l,i(t)分別為典型風電出力pl′w,i對應(yīng)的t時刻系統(tǒng)缺電量和棄風電量。
所述c步驟中還具體包括以下步驟：1、系統(tǒng)凈負荷lnet＝l-pl'w,i；2、令抽水蓄能電站的初始抽水/發(fā)電功率ps＝0，基于凈負荷的電力電量平衡結(jié)果，找出系統(tǒng)的邊際發(fā)電成本的最大值、最小值及對應(yīng)的時段：mcg1、t1和mcg2、t2；3、令ps,t1＝ps,t1+δp,ps,t2＝ps,t2-δp(ps正值代表發(fā)電，負值代表抽水蓄能)，基于考慮抽蓄電站抽水/發(fā)電功率后的等效凈負荷做電力電量平衡；4、記在時段t1、t2的mcg分別為mcg1’、mcg2’；找出mcg(leq)中大于mcg1’的時段，抽水蓄能電站發(fā)電，使得等效負荷相應(yīng)時段的邊際發(fā)電成本等于mcg1’；在mcg(leq)中找出小于mcg2’的時段，抽水蓄能電站抽水，使得等效負荷相應(yīng)時段的邊際發(fā)電成本等于mcg2’；5、判斷是否出現(xiàn)max(|ps|)>ps,max，“是”則下一步，“否”返回步驟3；6、最后結(jié)合抽蓄電站的庫容約束修正ps。
本發(fā)明的有益效果是：
1.本發(fā)明基于環(huán)境經(jīng)濟學原理，建立了抽水蓄能電站對系統(tǒng)調(diào)峰的環(huán)境效益貢獻度和經(jīng)濟效益貢獻度兩個指標，并根據(jù)這兩個指標建立了考慮環(huán)境效益貢獻度的抽水蓄能電站容量配置模型，對抽水蓄能電站容量配置的計算精確度得到了提高，模型除了考慮抽水蓄能給系統(tǒng)帶來的運行成本效益和容量成本效益等經(jīng)濟效益外，還充分考慮了給系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都達到了最佳。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
參見圖1，本發(fā)明的一種含風電電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站容量配置方法，包括以下步驟：
a、首先輸入輸入系統(tǒng)的負荷l、常規(guī)機組參數(shù)、風電出力以及其它基本數(shù)據(jù)；
b、隨后初始化抽水蓄能電站的配置容量cs＝0，即配置抽水蓄能電站之前的系統(tǒng)，作為基準方案，并建立抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的環(huán)境效益貢獻度指標：
式中，ηenv的物理意義為系統(tǒng)生產(chǎn)單位電力節(jié)省的環(huán)境費用，即系統(tǒng)單位發(fā)電量的環(huán)境成本收益，g為氣體污染物的種類數(shù)，eg、δg分別為第g類氣體污染物的減排量和單位排放量的環(huán)境費用，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量，
還建立抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的經(jīng)濟效益貢獻度指標：
式中，ηeco的物理意義為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本，即對系統(tǒng)電力生產(chǎn)經(jīng)濟性的改進程度，beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益；
c、然后基于凈負荷lnet做電力電量平衡，基于系統(tǒng)的邊際發(fā)電成本確定運行周期內(nèi)抽水蓄能電站的抽水/發(fā)電功率；
d、再基于運行周期內(nèi)抽水蓄能電站的抽水/發(fā)電功率，計算系統(tǒng)的運行成本、常規(guī)機組容量替代收益，結(jié)合抽水蓄能電站的投資成本，還考慮了給系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益，建立考慮環(huán)境效益貢獻度的抽水蓄能電站容量配置模型，模型的目標是在滿足系統(tǒng)各種約束條件的前提下充分利用可再生能源，使得系統(tǒng)配置抽水蓄能后的凈收益最大，抽水蓄能電站容量配置模型的目標函數(shù)為：
式中，ηeco、ηenv分別為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本和環(huán)境費用，beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量，δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用，cs是抽水蓄能電站的配置容量；
e、判斷已有的抽水蓄能電站配置容量方案的凈收益指標，是否已出現(xiàn)拐點而能確定出最最大值，是則下一步，否則令cs＝cs+δc，并轉(zhuǎn)向c步驟；
f、最后輸出最大凈收益指標對應(yīng)的抽水蓄能電站配置容量方案及相應(yīng)的系統(tǒng)指標，即為抽蓄電站的目標配置容量。
所述b步驟中氣體污染物考慮電力生產(chǎn)所排放的三種氣體：so2、nox、co2，則ηenv轉(zhuǎn)化為：
δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用。
所述b步驟中抽水蓄能電站經(jīng)濟效益beco的計算方法如下：beco＝δ(fcon+fls+fws)+bc,con-fs
其中，δ代表相對于配置抽水蓄能電站前系統(tǒng)運行成本的減少值，bc,con是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量相應(yīng)的經(jīng)濟收益，fcon、fls、fws和fs分別是常規(guī)機組運行費用、失負荷費用、棄風懲罰費用和抽水蓄能費用，
δccon是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量，icon、gcon、ncon分別是常規(guī)機組單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，r是折舊率，
is、gs、ns分別是抽水蓄能電站單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，
nu為系統(tǒng)中常規(guī)機組的臺數(shù)，
所述計算失負荷費用、棄風懲罰費用ol,i(t)和cl,i(t)的計算方法如下：
式中，γ為單位缺電量的損失費，ρ為單位棄風電量的懲罰費用，ensw.l,i(t)、enaw.l,i(t)分別為典型風電出力pl′w,i對應(yīng)的t時刻系統(tǒng)缺電量和棄風電量。
所述c步驟中還具體包括以下步驟：1、系統(tǒng)凈負荷lnet＝l-pl'w,i；2、令抽水蓄能電站的初始抽水/發(fā)電功率ps＝0，基于凈負荷的電力電量平衡結(jié)果，找出系統(tǒng)的邊際發(fā)電成本的最大值、最小值及對應(yīng)的時段：mcg1、t1和mcg2、t2；3、令ps,t1＝ps,t1+δp,ps,t2＝ps,t2-δp(ps正值代表發(fā)電，負值代表抽水蓄能)，基于考慮抽蓄電站抽水/發(fā)電功率后的等效凈負荷做電力電量平衡；4、記在時段t1、t2的mcg分別為mcg1’、mcg2’；找出mcg(leq)中大于mcg1’的時段，抽水蓄能電站發(fā)電，使得等效負荷相應(yīng)時段的邊際發(fā)電成本等于mcg1’；在mcg(leq)中找出小于mcg2’的時段，抽水蓄能電站抽水，使得等效負荷相應(yīng)時段的邊際發(fā)電成本等于mcg2’；5、判斷是否出現(xiàn)max(|ps|)>ps,max，“是”則下一步，“否”返回步驟3；6、最后結(jié)合抽蓄電站的庫容約束修正ps。
本發(fā)明提供了一種含風電電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站容量配置方法，包括建立環(huán)境效益及經(jīng)濟效益指標、建立抽水蓄能電站容量配置模型，具體如下：建立的抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的環(huán)境效益貢獻度指標為：
式中，ηenv的物理意義為系統(tǒng)生產(chǎn)單位電力節(jié)省的環(huán)境費用，即系統(tǒng)單位發(fā)電量的環(huán)境成本收益。g為氣體污染物的種類數(shù)，eg、δg分別為第g類氣體污染物的減排量和單位排放量的環(huán)境費用，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量。
氣體污染物考慮電力生產(chǎn)排放的三種氣體：so2、nox、co2，則ηenv轉(zhuǎn)化為：
式中，δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用。
建立的抽水蓄能電站給系統(tǒng)調(diào)峰的經(jīng)濟效益貢獻度指標如下：
式中，ηeco的物理意義為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本，即對系統(tǒng)電力生產(chǎn)經(jīng)濟性的改進程度。beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益。
建立考慮環(huán)境效益貢獻度的抽水蓄能電站容量配置模型除了考慮抽水蓄能給系統(tǒng)帶來的運行成本效益和容量成本效益等經(jīng)濟效益外，還考慮了給系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益。模型的目標是在滿足系統(tǒng)各種約束條件的前提下充分利用可再生能源，使得系統(tǒng)配置抽水蓄能后的凈收益最大。抽水蓄能給系統(tǒng)帶來收益包括經(jīng)濟收益和環(huán)境收益，模型的目標函數(shù)：
式中，ηeco、ηenv分別為抽水蓄能電站給系統(tǒng)的單位電力生產(chǎn)節(jié)省的經(jīng)濟成本和環(huán)境費用，beco為考慮抽水蓄能電站的投資成本及給系統(tǒng)節(jié)省的運行成本和容量成本后的凈經(jīng)濟收益，eq為系統(tǒng)的總發(fā)電量，δes、δen、δec分別為配置抽水蓄能電站后系統(tǒng)減少的so2、nox、co2排放量，δs、δn、δc分別為三種氣體的單位排放量費用，cs是抽水蓄能電站的配置容量。
另外，計算抽水蓄能電站給系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟收益，綜合考慮抽水蓄能電站投資成本、系統(tǒng)的運行成本收益和替代的常規(guī)機組容量收益。系統(tǒng)的運行成本收益則包括減少的常規(guī)機組的燃料費用以及調(diào)峰不足導(dǎo)致的缺電損失費和棄風懲罰費用。利用以下公式計算抽水蓄能電站經(jīng)濟效益：
beco＝δ(fcon+fls+fws)+bc,con-fs
式中，δ代表相對于配置抽水蓄能電站前系統(tǒng)運行成本的減少值；bc,con是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量相應(yīng)的經(jīng)濟收益；fcon、fls、fws和fs分別是常規(guī)機組運行費用、失負荷費用、棄風懲罰費用和抽水蓄能費用。
計算抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量相應(yīng)的經(jīng)濟收益bc,con
δccon是抽水蓄能電站替代的常規(guī)機組容量，icon、gcon、ncon分別是常規(guī)機組單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，r是折舊率，
is、gs、ns分別是抽水蓄能電站單位容量的投資費用、固定年費率、壽命，
nu為系統(tǒng)中常規(guī)機組的臺數(shù)，