风电光伏联合系统光伏发电规划方法

风电光伏联合系统光伏发电规划方法

赵毓博

陕投关中新能源有限公司 陕西省渭南市白水县 715600

摘要：新能源的大规模集中并网是新能源大规模开发和应用的一种重要手段。新能源如风力发电、太阳能发电，其输出功率不稳定，能量密度较小，因此，在新能源的开发与应用中，要充分考虑到其整体波动对整个系统的影响。风能与太阳能发电在时空上相互补充，因此，人们普遍将风能与太阳能电力作为一种集约和运输方式。采用连续的输出曲线，来反映风力发电系统在加入不同的容量光伏后，其输出的变化情况；然后，本文在综合考虑了电网收入、输电建设成本等因素的影响下，提出了风-光伏联合系统的容量规划方法。

关键词：风电光伏联合系统；光伏发电；规划方法

1.风力发电、太阳能发电等技术的应用现状

中国迅速发展的经济使其对能源的需求日益增长。但是，由于矿产资源的限制，以及矿产资源的开发，难以满足高水平的经济运行需要。同时，人们对环境保护的认识和对洁净能源的需求加速了新能源的应用。因此，近几年来，风力发电、太阳能发电等技术的发展十分迅猛。

我国的太阳能、风力资源丰富、分布广泛、无污染，具有良好的应用前景。发展太阳能、风能等可再生能源，对稳定能源供应、优化能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放、促进经济转型等起着十分重要的作用。大部分风力发电站都位于距离负载中心较远的地方。本地的电力资源是有限的，很难从本地的大型电厂中吸取能量。所以，所产生的电能一般都要经过较长的传输线与地区电网相连，以便为负载中心提供电能。由于风力发电的能量密度较小，所以采用常规的方式来确定风电场的总容量，会造成风电资源的利用率很低，传输能力的分配也会出现问题。若传输能力比风力发电能力低，就有可能因为传输能力的不足而造成传输堵塞和风力发电的退出。太阳能、风力发电是一种能量密度较小的能源，但它们的时空分布和空间分布具有很强的互补性。若在现有的风电场基础上适当发展出一定规模的太阳能，就可以不需要扩大容量。

2.风电光伏联合系统功率的动态特性

风力-光电联合发电系统的功率变化主要取决于风力和光伏发电的输出，而这两种发电设备的容量也会对其产生较大的影响。在此基础上，利用太阳能发电系统的功率模式，可以对光伏发电系统在光伏发电能力下的输出功率进行估算。一般采用风力发电和风力发电的输出曲线来表示。连续输出曲线表示，光伏发电站和风力发电场按每年一次的产量进行排序，得到一条下降的曲线。

通常，太阳能发电和风力发电的连续输出曲线都是一条数据统计曲线。该方法不但能反映一定时期的电力负荷，而且能反映电力系统一年的产量。通过曲线的改变，技术人员可以对下一步的产量进行分析。从图3-1可以看出，当风力发电和太阳能发电系统具有不同的发电能力时，电力系统的连续输出特性。从图表中可以看到，在一年中，太阳能发电的最高功率是0.9531PU，而在今年，风力发电的最大功率只有0.7431PU，比太阳能发电要低得多。但是，在太阳能发电的发电时间只有4155个小时的情况下，风力发电的处理时间达到了8519个小时；与风力发电1447.4个小时相比，太阳能发电的年平均使用时间是1550.3个小时。与太阳能相比，今年风力发电的发电量比太阳能发电量低，其平均发电量只有太阳能发电量的一半。从表3-1可以看出，在光伏发电能力低于2000兆瓦时，其最大输出功率会逐步增大，但低于单一风力发电时的最大。随着太阳能发电装置的容量不断提高，其输出功率也在不断增长，并且在利用风能的情况下达到最大。随着太阳能发电能力的提高，将会制约传输线的容量，同时也会导致废电量的增多。在不改变输电线容量的前提下，废弃电能已经成为影响光伏发电的重要因素。

图1加入不同光伏容量时风电光伏联合系统的持续出力曲线

表1加入光伏以后系统最大值以及等效年利用小时数变化情况

4.风电光伏发电容量的统筹规划的办法

太阳能发电系统的发电能力越大，其传输效率越高，能耗越大。在不考虑光伏发电投资的情况下，只考虑了弃电损耗和输电成本的提高，从而使弃电所产生的损失得到了传输效益的补偿。研究人员对太阳能光伏系统的容量进行了全面的规划。根据目前的条件，建立风电厂，使传输收益最大化。收益公式由（1）式表示：

公式中：L-由于风和光照而导致的系统损耗；S-电力传输系统的投资费用；G-在整个生命周期中，传送系统的整体收益；B-系统传送收益；CPV-计划的光伏发电量。要获得最大的收益，就必须要满足风力发电系统所设计的光伏发电场的能力。在传输系统中，传输收益是指CPV，它符合传输系统传输功率的动态变化。计算公式如下：

公式中：K-每（kW.h）单位传输费用，传输线路T时刻；Gs-w-通过风力发电-光伏联合发电系统的持续输出曲线，可以得到一年的风力发电-光电联合发电系统的电力传输。计算公式如下：

公式：综合系统的全部输出时间；平面-传输线的能力；Tline-风轮机组合系统的电力输出超出了电力线的能力；P（T)DT型DT-DT综合式风能-太阳能一体化系统。通过公式（4）来计算传输装置的投资费用：

公式中：L-传输线的总长度，由于传输线容量的限制，导致的相关损耗与废弃电力的变化是一致的；KS-传输线的单位功率和长度；计算公式如下：

公式中：KP和kW-太阳能的损耗补偿单位，以太阳能和风能为单位计算；GP和GW–弃光和弃风，之和是综合系统的总弃电量，其计算公式如下：

5.风电光伏联合系统在实际送电的应用

5.1工程简介

例如，一个风力发电站的总装机容量是2650MW，传输线容量是1600兆瓦。有如下情况：①发电站的传输费用为Kr=0.06元/kW.h。②发射距离L=300公里。③电力线pline的容量为1600MW。④每（MW.1公里）输电线路的单位费用KS=15000元。⑤传输线的寿命t=25年.⑥因电力传输堵塞而导致的报废损耗，其补偿单位为：kW=0.6元/(kW.h),KP=0.95元/(kW.h）。

5.2风电光伏联合系统容量规划的办法

在目前的情况下，该实例中的风机联合系统的功率规划最优目标函数如下：

公式中：太阳能发电的标准价是0.85元/(kW.h)，高于风电.为了保证最大的传输效率，由于光照和功率的放弃，可以设定为风力发电的损失。在该计算实例中，按照式（7)，可以将风力发电联合系统中的光伏发电场的容量计算为560兆瓦。

5结语

总之，清洁能源的应用对中国的资源压力有很大的帮助。但是在新能源领域，电力系统之间存在着很大的差别，因此，如何提高电力系统的功率和传输效率，就成为电力系统中的一个重要问题。风力-太阳能联合发电系统的问世，使发电装置的传输效率得到了有效的提升，从而使新能源得到了更好的应用。

参考文献：

[1]张淑兴,马驰,杨志学,王尧,吴昊,任洲洋.基于深度确定性策略梯度算法的风光储系统联合调度策略[J/OL].中国电力:1-9[2022-09-09].

[2]何意,郭苏,彭怀午,段杨龙,宋国涛,阿依努尔·库尔班.风电-光伏-抽水蓄能-蓄电池联合发电系统容量及运行协同优化[J].西北水电,2021(03):6-10+17.

[3]张哲深.含高比例光伏电力系统中光储联合系统的优化控制[D].东北电力大学,2021.