一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法及系统

本发明涉及抽水蓄能电站，具体而言，涉及一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法及系统。

背景技术：

1、由于新能源具有波动性、随机性和间歇性的特点，如果直接引入电网，会对电网的运行和管理造成巨大的负担。目前将新能源系统引入储能，在负荷需求谷段时将多余的电量储存起来，在负荷需求峰段时提供给电网，起到削峰填谷的作用，为了进一步提升新能源发电的经济性，由新能源发电技术有机结合而成的抽水蓄能电站被视为实现该目标的重要手段，抽水蓄能在保障全球电力系统安全运行和促进新能源大规模发展方面重要性日益突出。

2、目前在小容量互补发电系统以及抽水蓄能与单一新能源子系统互补发电系统中，一般选择蓄电池为储能单元与其互补发电；对于容量较大的新能源系统，一般选择启停速度快、容量大、无污染的抽水蓄能电站与其互补发电。

3、针对于以蓄电池为储能单元的小容量互补发电系统以及抽水蓄能与单一新能源子系统的互补发电系统，虽然目前已有一定的研究与应用，但同时对三者进行互补发电利用的研究较少，传统计算方法无法准确地获得由光伏、风电和抽水蓄能电站相结合的混合能源系统的容量配置方法，缺少将传统的水能与光能、风能相结合的能源利用方式。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法及系统，来解决现有技术中传统计算方法无法准确地获得由光伏、风电和抽水蓄能电站相结合的混合能源系统的容量配置问题。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，包括与处理模块连接的双层规划模块，所述双层规划模块包括成本计算模块、收益计算模块、上层优化模块和下层优化模块；

4、成本计算模块，用于获取光伏发电成本、风力发电成本和抽水蓄能成本，构建总成本计算函数，所述总成本计算函数为上层目标函数；

5、收益计算模块，用于获取光伏发电收益、风力发电收益和抽水蓄能收益，构建总收益计算函数，所述总收益计算函数为下层目标函数；

6、上层优化模块，用于获取光伏发电、风力发电和抽水蓄能的总成本与年运行收益的比值最小时的容量配置方案，将容量配置方案传输至下层优化模块；

7、根据容量配置方案更新各主体容量配置投入成本，结合下层优化模块传递的收益结果求解得出投入成本回收年限，并与上层目标函数的结果进行对比，得出更优化的容量配置方案；

8、下层优化模块，用于获取容量配置方案，并根据全年电价信息通过算法优化每一小时中光伏发电、风力发电和抽水蓄能的运行行为获得最大的售电收益，并将该收益结果返回给上层优化模块；

9、处理模块，用于重复执行上层优化模块和下层优化模块的计算过程，得出满足层优化模块和下层优化模块的最优容量配置结果。

10、在本发明的一实施例中，所述双层规划模块还包括；

11、

12、式中：和分别是上层优化模块和下层优化模块的决策变量；和分别是上层目标函数和下层目标函数；

13、为上层优化模块的约束函数，为下层优化模块的约束函数。

14、在本发明的一实施例中，所述上层目标函数包括；

15、

16、式中，为混合能源系统在最大化经济效益时的投入成本回收年限；为光伏板的总成本；为风机的总成；为抽水蓄能电站的总成本;为一年内混合能源系统通过优化运行所获得的售电收益。

17、在本发明的一实施例中，所述下层目标函数包括；

18、

19、式中，为一年内混合能源系统通过优化运行所获得的最大售电收益，为时刻的电价；为光伏电站上网售卖的输出电量；为风机上网售卖的输出电量；为抽水蓄能电站的输入电量；为一年的天数，365天；为一天中的小时数，24小时。

20、在本发明的一实施例中，所述上层优化模块还包括第一约束条件，所述第一约束条件包括光伏电池数量约束、风机输出功率约束、抽水蓄能电站上游库容容量约束和抽水蓄能电站装机容量约束。

21、在本发明的一实施例中，所述下层优化模块还包括第二约束条件，所述第二约束条件包括抽水蓄能电站的运行功率约束、上有库容容量约束和进出水量约束。

22、第二方面，本发明提供了一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法，包括使用上述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统进行计算优化。

23、在本发明的一实施例中，所述计算优化包括；

24、s1：随机化初始主体，并令i=1，i为当前迭代次数，设置总迭代次数j；

25、s2：根据、更新粒子的速度和位置，并判断粒子位置是否位于约束条件，并将和的值传输至下层优化模块，计算得到下层目标函数；

26、s3：若是位于约束条件，则获取下层目标函数，计算上层目标函数，筛选出最小上层目标函数的值为；

27、s4：令i=i+1，并判断i是否小于j，若是则重新进行步骤s3，生成若干个，若否，则输出，为若干个的集合；

28、s5：若不位于约束条件，则进行步骤s4。

29、在本发明的一实施例中，所述计算得到下层目标函数包括；

30、获取、、电价、光照强度和风速的值；

31、根据今日电价售电收益最高规划光伏发电、风力发电和抽水蓄能的运行方式，获得一年中通过优化获得的收益结果；

32、并将收益结果传输至上层优化模块。

33、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

34、本发明所提供的系统及方法，主要包括了双层规划模块，所述双层规划模块包括成本计算模块、收益计算模块、处理模块、上层优化模块和下层优化模块，双层规划模块主要由两个各具目标函数和各自约束条件的主体构成，并且两个主体之间有着非协作方式的互相作用关系。上层目标函数在自身约束条件下将配置方案传递给下层优化模块，下层目标函数在具体配置方案的基础上对每个方案进行优化运行模拟，并将所得的优化结果传递给上层优化模块，再对上层优化模块的决策产生指导作用。结合风电、光电和抽水蓄能的相关数据，准确地获得由光伏、风电和抽水蓄能电站相结合的混合能源系统的容量配置方法，利用3种能源在时空分布上的差异实现其间的互补开发，而这样的能源利用方式适用于电网设施建设薄弱的偏远地区，并有利于当地的生态环境保护。

技术特征：

1.一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，包括与处理模块连接的双层规划模块，所述双层规划模块包括成本计算模块、收益计算模块、上层优化模块和下层优化模块；

2.根据权利要求1所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，所述双层规划模块还包括；

3.根据权利要求1所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，所述上层目标函数包括；

4.根据权利要求3所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，所述下层目标函数包括；

5.根据权利要求1所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，所述上层优化模块还包括第一约束条件，所述第一约束条件包括光伏电池数量约束、风机输出功率约束、抽水蓄能电站上游库容容量约束和抽水蓄能电站装机容量约束。

6.根据权利要求1所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统，其特征在于，所述下层优化模块还包括第二约束条件，所述第二约束条件包括抽水蓄能电站的运行功率约束、上有库容容量约束和进出水量约束。

7.一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法，其特征在于，包括使用如权利要求1-6任一所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化系统进行计算优化。

8.根据权利要求7所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法，其特征在于，所述计算优化包括；

9.根据权利要求8所述的一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法，其特征在于，所述计算得到下层目标函数包括；

技术总结
本发明涉及抽水蓄能电站技术领域，具体而言，涉及一种含多种新能源发电的抽水蓄能电站优化方法及系统，主要包括了双层规划模块，双层规划模块包括上层优化模块、下层优化模块、成本计算模块、收益计算模块和处理模块，结合风电、光电和抽水蓄能的相关数据，准确地获得由光伏和风电多种新能源和抽水蓄能电站相结合的混合能源系统的容量配置方法，利用3种能源在时空分布上的差异实现其间的互补开发，而这样的能源利用方式适用于电网设施建设薄弱的偏远地区，并有利于当地的生态环境保护。

技术研发人员：卢加兴,何炎骏,刘小兵,李佳睿,张川,潘园园,华红,阚能琪
受保护的技术使用者：西华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12