[发明专利]一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法

权利要求书

1.一种基于图形分析法的光伏调节能力需求分析的方法，其特征是，它包括的内容有：

1)建立光伏系统模型

光伏模型以P_PV,day(t)表示，其中t为时间，每天的光伏随时间变化而变化，

则每日光伏生产的总电量：

其中t_start,day为光伏每日有效出力的起始时刻，t_end,day为光伏每日有效出力的结束时刻，同时定义光伏最大出力时间点为t_max,day；

光伏系统的出力模型为式(2)：

式中：f_PV为光伏系统的功率降额因数，表示光伏系统实际输出功率与额定条件下输出功率的比值，用于计及由于光伏板表面污渍和雨雪的遮盖以及光伏板自身老化等引起的损耗，取0.9；Y_PV为光伏阵列容量，kW；I_T为实际光照度，kW/m²；I_S为标准测试条件下的光照度，取1kW/m²；α_p为功率温度系数，％/℃；T_cell为当前光伏电池的表面温度，℃，根据当前环境温度进行估算；T_cell,STC为标准测试条件下的光伏电池温度，取25℃；

2)建立传统机组模型

传统机组模型设为火电机组，以约束的形式建立火电机组模型；

(1)火电机组的发电功率约束：

火电机组的出力P_th(t)应当保证在上下限之间；

(2)火电机组功率平衡约束：

∑P_th(t)＝L(t) (4)

火电机组出力总时间应当与负荷需求相匹配；

(3)最小启动时间约束：

t_off-t_on≥t_min.on (5)

火电机组启动后需要运行一段时间后才可以停机，即停机时间减去启动时间应当大于等于机组最小启动时间；

(4)最小停机时间约束：

t_on-t_off≥t_min.off (6)

火电机组停机后需要等待一段时间后再启动，即启动时间减去停机时间应当大于等于机组最小停机时间；

(5)爬坡率约束

式中r_d与r_u分别为向上爬坡率和向下爬坡率；

3)建立负荷模型

负荷模型以P_load,day(t)表示，其中t为时间，每天的负荷随时间变化而变化，则每日负荷的总电量为：

4)确定评价指标

当使用光伏系统对负荷供电时，光伏供给负荷后多余的电量，E₁部分为弃光部分，这部分光伏无法向负荷供电，只能采取弃光措施；E₂部分为供电不足部分，由于夜间和凌晨光伏不出力或出力不足，导致这部分电力无法由光伏供给，因此属于光伏供电不足的部分，需要由其他电源补足；E₃部分为光伏供给负荷部分；

以下给出E₁与E₂定义式：

(a)弃光部分E₁统计模型

弃光部分E₁是由于光伏与负荷不匹配产生的多于电量，是能够通过储能将其转移到其他需要供电的时间，因此E₁部分亦称为光伏自身可调节部分E_self。

为统计E₁部分面积，现定义其计算式为：

弃光部分由于每日的光伏和负荷情况不同，因此每日的S_E1均不相同，若按照每日统计部分，则其统计量矩阵S_n1表示为：

其中T为天数，n为天数最大值；

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S_sea1表示为：

(b)供电不足部分E₂统计模型

供电不足为光伏无法供给负荷的电量，供电不足部分是由于光伏无法出力或出力不足导致无法满足负荷需求而导致无法向负荷供电的部分，当E₂＞E₁，即使使用转移光伏弃光电量的手段，也无法单独使用光伏满足负荷需求，也即E_else＝S_E2-S_E1为需要使用其他电源供给负荷的部分，即使E₂＜E₁，也能够通过其他电源向供电；

为统计E₂面积，现定义其计算式为：

同(a)，由于供电不足每日情况不同，其统计量矩阵S_n2表示为：

其中T为天数，n为天数最大值；

若按照每季节统计弃光量，则其统计量矩阵S_sea2表示为：

根据式(14)，即能够给出要用到的评价指标：

(c)装机充裕度

定义装机充裕度为：

其中P_z为光伏装机容量，P_loadmax为负荷出力峰值，当装机充裕度等于1时，光伏装机容量与负荷出力峰值相等；

(d)功率充裕度

功率充裕度定义为：

其中P_pvmax为光伏实际出力峰值，装机充裕度和功率充裕度能够反映由于季节时间的变化导致的光伏出力下降造成的影响，采用装机充裕度与功率充裕度的差来判断季节因素影响程度；

(e)电量充裕度

定义电量充裕度为：

即光伏可发电量除以负荷需求电量，若当k_e＝1时，即为光伏可发电量等于负荷需求总电量，此时若通过足够容量的电量转移设备即可实现光伏+储能供给全部负荷的功能，

(f)弃光度

定义弃光度为：

即光伏弃光电量除以光伏供电电量，由于不考虑利用储能系统，因此使用弃光度指标辅助定义电量充裕度指标，得出传统电源对于负荷供电的比例。

(g)光伏最大出力时间点

定义光伏有效出力时间段∑t_PV，为每日光伏能够产生出力的时刻t_start.PV到每日光伏停止出力的时刻t_end.PV，根据季节和天气不同，定义光伏最大出力时间点为t_max,day，是光伏每日出力最大的时刻；

5)对调节能力需求分析

含光伏电力系统的调节能力需求问题，实际上就是E₁与E₂面积关系的问题，弃光部分与供电不足部分的关系直接影响到电力系统的调节能力需求，在不依靠外界能量转移装置转移弃光部分E₁的情况下，则供电不足部分E₂全部需要从外界获取调节能力以保证供电，此时电量充裕度k_e就有了意义；

①k_e＝1时,表示弃光电量与供电不足电量相等，此时通过能量转移系统转移电量能够保证该系统100％由光伏供电，也就是此时电力系统中负荷完全由光伏+能量转移系统的模式承担，而不需要从外界索取调节能力；

②k_e1时,增加光伏配置能够直接减轻系统调节能力需求；

③k_e1时,增加光伏配置不能减轻系统调节能力需求,也无法供给其他负荷；

6)对合理度评价

针对某个给定的光伏系统配置，按照弃光部分E₁与供电不足部分E₂部分的统计数据，能够得到E_else＝S_E1-S_E2的统计数据：

(I)当E_else＝0时

即代表此时的光伏系统E₁与E₂部分面积相等，也就是光伏在外界能量转移装置的作用下完全能够供给所有负荷的需求，不需要外界电源的供电，也不会产生弃光；

(II)当E_else＞0时

代表此时光伏系统E₁部分面积小于E₂，也就代表此时光伏系统在外界能量转移装置的作用下不能完全供给负荷需求，负荷会出现失电情况，需要外界电源供给；

(III)当E_else＜0时

代表此时光伏系统弃光部分E₁部分面积大于供电不足部分E₂，也就代表此时光伏系统在外界能量转移装置的作用下完全供给负荷需求后，还会产生一定量弃光；

定义两个计量指标：

(IV)合理度等级C_level与合理度C_r

当E_else满足式(19)时，此时的光伏系统配置在C_level等级下是合理的：

-E_load,daymax×(1-C_level)E_elseE_load,daymax×(1-C_level) (19)

其中E_load,daymax是全年每日负荷电量的最大值，根据统计数据得到全年的统计量，得出E_else全年满足C_level等级的数量，全年按照365天计算，则E_else应总计有365个数值，则C_r＝(E_else∈C_level)/∑E_else为当前合理度等级下的合理度；

(V)失电率

当E_else＜0时，认为此时负荷处于失电状态，记此时的E_else数量，定义失电率为

综合合理度C_r与失电率C_f，能够确定光伏系统配置的合理性。