水光蓄互补发电规划_刘俊勇_9787519869380

大力开发可再生能源已成为我国能源发展的重要战略举措，要求全面推进分布式光伏发电建设，推动多能互补、协同优化的新能源电力综合开发。但目前水光互补联合发电相关研究还处于起步阶段，也未形成成熟的建设体系。本课题组在梯级水光蓄互补电站容量配置及接入技术领域进行了多年的研究和探索实践，形成了大量的研究成果，以此汇编整理成书，希望能为从事该领域的研究人员提供帮助。
本书围绕互补发电理论、接入模式及电网支撑能力、并离网运行容量优化配置、系统规划软件开发四大关键问题，结合数据科学、电气工程和优化等领域技术针对分布式水光蓄联合发电系统互补规划理论和技术展开广泛研究。本书对梯级水光蓄互补系统容量配置及接入技术的理论、方法、应用进行了系统的研究与分析，既有理论上的创新，又具有很强的实用性和可操作性，是我国开展分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用的重要成果，对推动我国多能互补、新能源综合开发产生积极作用。

随着社会和经济的快速发展，人们对生活质量的要求也逐渐提高，环境日益恶化与化石能源不断枯竭已成为制约全球经济与社会发展的关键瓶颈问题。为解决这一问题，在广泛开展节约用能与提高化石能源利用效率的基础上，发展可再生清洁能源已成为世界各国能源发展的重要战略举措，未来将能有效替代会造成严重污染的化石燃料，以提供充沛的电能满足人们日常生活和社会发展需求。我国部分地区太阳能，水能等可再生能源资源丰富，但这些地区的电网与主网连接往往较弱，易出现窝电、弃光、弃水等问题，严重则会造成断网形成离网运行模式。因此，这些地区因地制宜，建立水光互补发电系统是一种提高可再生能源利用效率的有效方法。水光互补发电系统通常由多种可再生能源发电与储能装置组合，能有效解决单一可再生能源出力的间歇性、不稳定性等问题。我国水电发展迅速，受开发便利、发电成本低、国家和地方政策以及偏远地区用电需求的导向作用，大规模小型水电站群应运而生，其分布广泛并具有一定调节能力，为实现流域范围内小型水、光资源的互补提供了基础。另一方面，水电富集的西南各省，都逐步开展了小水电并网、调度、管理等工作。近年来部分生态友好性差、设备老化、效益低的小水电被关停，小水电整体的可调度性得到了进一步提高。因此，如何利用地区小型水电有限的调节能力，开展流域范围内水电、光伏的互补联合发电问题研究，对地区清洁能源的发展与消纳都具有重要的理论和实践意义。除此之外，抽水蓄能电站作为大容量储能系统具有优良的调控特性，可有效改善小水电和光伏电站的出力情况，将其引入水光互补发电系统将极大地改善系统性能。事实上，我国西南地区水能资源丰富、流域内存在很多的小水电站，流域附近也具有较为丰富的太阳能资源，已有的水电站为进一步建设抽水蓄能电站也提供了便利。因此，在这些地区建造由小水电、光伏发电和抽水蓄能电站组成的水光蓄多能互补发电系统能有效解决由丰枯平季节原因导致的水电发电过剩或不足，以及光伏发电具有的随机波动性、间歇性等缺点，有利于清洁能源协调发展，可支撑能源结构清洁化转型并促进清洁能源持续健康发展。目前国内分布式光伏与梯级小水电联合发电系统的研究还处于起步阶段，想要形成成熟的建设体系还有诸多难关需要攻克。分布式光伏与梯级小水电联合发电系统能够有效应用于能源领域，首先需要提出可靠的水光互补理论，通过科学的方法论证水光互补理论的有效性与先进性，以指导水光互补电站的建设；其次，应该全面考虑实际地理条件、资源情况、电力系统结构等因素解决水光蓄联合发电系统的容量配置问题与接入问题，实现联合发电系统的经济性、安全性、可靠性的建设目标。本书内容基于梯级水光互补电站容量优化配置及接入技术的研究课题，结合数据科学、电气工程和优化等领域技术，提出水光互补基础理论，并深入研究水光蓄互补发电系统的容量优化配置及其接入技术，聚焦分布式光伏与梯级小水电联合发电系统互补规划理论和技术，研究适应多时间尺度下梯级水光蓄资源的可调度能力和调控范围模型、水光蓄接入模式以及适应不同互补模式和运行条件的容量优化配置方法，开发梯级水光蓄互补电站规划软件。本书共分7章。第1章首先论述了当前全球能源发展方向以及发展水光互补发电系统的意义，并介绍了我国水光互补电站建设情况以及抽水蓄能电站发展情况，其次分析了水光互补发电系统的国内外研究现状，同时介绍了本书的研究内容体系，最后总结了本书规划理论研究的特色。第2章论述了水光互补规划理论，并分析了不同时间尺度下的规划目标以及规划指标体系，同时重点论述了不同时间尺度水光蓄模型，包括水光蓄物理模型、水光蓄不同时间尺度数字化模型等。第3章论述了水光蓄运行场景研究，基于长短期记忆网络和自编码机技术相结合的方法生成多时间尺度场景，并对供需匹配模式进行了分析，同时介绍了水光荷规划态多时间尺度电力电量特征提取方法，为后续的容量配置研究和接入模式及电网支撑能力研究奠定基础。第4章论述了并离网条件下水光蓄互补电站容量配置方法，分别建立了水光蓄并网容量配置优化模型、水光蓄离网多目标容量配置模型，提出了水光蓄并网、离网容量配置方法，同时介绍了相关模型求解算法以及优化流程，并对部分容量配置结果进行了验证分析。第5章着重探讨市场条件下的水光蓄系统容量配置，提出基于多目标分层优化模型的容量配置优化方法，深化水光蓄互补系统在市场条件下的容量配置研究。第6章论述了水光蓄接入模式及电网支撑能力研究，在前述研究内容所给出的场景、运行方式、容量配置等信息的基础之上，考虑网架结构实现水光蓄互补发电系统的接入优化，以及规划方案的评估优选，首先对水光蓄接入电网影响进行了分析，论述了水光蓄接入点优化方法，其次对水光蓄电网支撑能力进行了评估决策。第7章介绍了水光蓄互补规划软件技术，首先对规划软件所使用的技术进行了说明，其次介绍了水光蓄互补规划软件的相关功能，最后以小金县为例进行规划实例分析，验证本书研究内容的有效性。本书编写工作分工如下：第1章、第2章、第3章和第7章由四川大学刘俊勇、刘继春、杨晶显、张帅和国家电网有限公司四川省电力公司韩晓言编写，第4章和第5章由电子科技大学胡维昊、许潇、曹迪、张国洲、罗仕华编写，第6章由上海交通大学蒋传文、朱泽安和北京科诺伟业科技股份有限公司蒋玲编写。本书受到国家重点研发计划《分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范》项目中课题《梯级水光互补电站容量优化配置及接入技术》（课题编号：2018YFB0905201）资助。课题组在梯级水光蓄互补电站容量配置及接入技术领域进行了多年的研究和探索实践，形成了大量的研究成果，并汇编整理成此书，希望能为从事该领域的研究人员提供帮助。编者2024年5月

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