考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法

本发明涉及集群微网功率调节，具体涉及一种考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术：

1、库容水电是一种利用上游水库储存水量，通过控制水流释放来发电的水电站。在一个库容水电、光伏、储能装置构成的微网中，由于负荷的不断变化，库容水电需要及时调整发电功率，才能实现微网内部的发电与负荷平衡，减少微网对主网的影响。库容水电在调节发电功率的过程中，要综合考虑当前水库蓄水位以及储能装置的荷电状态，在保障用电需求的情况下，尽可能多地向主网输送光伏、水电产生的清洁电能。当前对集群微网的调控方法针对普通的水电站设计，多对光伏电站进行调控，没有考虑库容水电站在发电用电关系上的调节作用。

2、当前的微网调控方法没有考虑库容水电的调节特点，库容水电可以通过调节放水量达到控制发电量的目的，同时水库蓄水位需要控制在一定范围内，才能保证发电需求以及机组安全。此外，库容水电的调控需要考虑微网中储能装置的荷电情况，保障微网对负荷变化的应对能力。将库容水电、储能与微网电能调控统一起来有利于对绿色能源的充分利用，提高经济效益，于是目前亟待提出一种考虑库容水电蓄水位以及储能荷电状态的库容水电发电功率调控方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法、装置、计算机设备和存储介质，在实现发电与用电平衡的同时保证库容水电的水量处于合理范围。

2、最大功率跟踪法能够根据光照环境调整工作点，在包括库容水电、光伏、储能装置的集群微网中，为了最大限度利用清洁能源，光伏电站应通过最大功率跟踪法实现最大限度利用光能，光伏发电作为微网中发电的重要部分，其光伏电池板、逆变器等元件成本较高，为了最大程度减少对这些元件的损害，在集群微网调控中始终通过最大功率跟踪法以最大光能利用率发电，记为该发电功率大小为，定义全年发电功率平均大小为。

3、用表示微网中的用电功率，记微网内的平均用电功率为，在微网中，为了应对负荷变动带来的发电与用电不平衡情况，需要及时对发电功率、电能分配进行调控。

4、主网能够向微网输送电能，也能够接收微网产生的过剩电能。主网与微网间的传输功率受到线路的限制，记主网与微网间电能传输功率的最大值、最小值分别为、。

5、储能装置的调控响应速度快，在调控中能够迅速补充发电，也能够作为负荷储存一定电量。受到成本、技术等限制，微网中的储能配置容量较小，在微网中起到短时间、小程度的调节作用，为了保持微网对负荷变动的抵抗能力，要求微网的储能荷电状态保持在理想荷电状态附近。

6、为了节约能源，响应绿色发展的号召，应在保证微网内部用电平衡的前提下，尽可能多的将微网中的光伏、水电产生的电量传输到主网，尽量减少主网对微网的供电量。

7、本发明第一方面公开了一种考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法，包括以下步骤：

8、s1、定义集群微网中储能相关参数：

9、定义微网的储能荷电状态：，微网的储能荷电状态soc用来描述微网中的储能情况，其中，表示第i台储能设备当前储存的电量，表示第i台储能设备的额定电能容量；

10、定义理想荷电状态，设计理想荷电状态下储能装置储存的能量与储能装置中剩余能量容量之比等于微网中平均用电量与平均发电量之比，得到：，为了保持微网对负荷变动的抵抗能力，要求微网的储能荷电状态尽可能保持在理想荷电状态附近，于是定义正常荷电状态区间，其中，和分别表示正常荷电状态区间的最小值、最大值，，用表示微网中的用电功率，记微网内的平均用电功率为，在集群微网调控中始终以最大光能利用率发电，记为该发电功率大小为，定义光能全年发电功率平均大小为，用表示当前微网中库容水电站的发电总功率，记水流量为河川平均径流时库容水电站的总发电功率为，

11、储能荷电状态过高或过低会影响储能装置使用寿命，使微网减小甚至失去对负荷变动的适应能力，面临经济损失和安全风险，于是定义荷电状态限制区间，其中，和分别表示荷电状态限制区间的下限和上限，；定义储能装置的额定发电功率为，额定充电功率为。

12、s2、定义库容水电相关参数：

13、对于建成的库容水电，库容水电的死水位由库容水电性能、规模而决定，正常蓄水位指水库在正常运用情况下，允许为蓄水的上限水位，死水位指水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位；

14、定义防汛因子和防旱因子，增强库容水电水库对极端天气的适应能力，具体如下：

15、根据城市防汛预警和防旱预警标准，当出现不同级别的防汛预警和防旱预警时，；

16、库容水电是适应微网负荷变动的重要一环，库容水电运行时需要保持蓄水位在合理区间内以保证库容水电的调控能力，于是定义正常蓄水位区间，其中，和 分别表示正常蓄水位区间的下限和上限，为防汛因子，直接影响到正常蓄水位区间的上限从而起到防汛作用，时的正常蓄水位区间上限由库容水电性能、规模而决定，在与之间，且受到防汛因子和防旱因子的影响，取；

17、为了避免调控过程库容水电蓄水位触及死水位造成严重后果，定义库容水库的限制低水位作为调控过程调控限制，限制低水位位于死水位与正常蓄水位区间的下限之间，且受到防旱因子的影响，取；

18、在入库天然径流一定的情况下，库容水电站发电越均匀，对满足各综合利用部门要求的能力也愈强，水能利用率也越高，同时也有利于延长水电站设备的使用寿命，因此库容水电的发电尽可能地以河川平均径流量的发电功率运行，尽可能少地调节水电发电功率；

19、用表示当前微网中库容水电站的发电总功率，记水流量为河川平均径流时库容水电站的总发电功率为，记水电站正常运行时的最小发电功率以及最大发电功率分别为和；

20、s3、进行库容水电站调控：

21、在集群微网调控过程中，库容水电在正常情况下以功率运行，当河川径流大于平均值时，将多余水量存于水库，当河川径流小于均值时，从水库中放水补充发电，具体调控方法如下：

22、以一小时为采集间隔，采集库容水电蓄水位，当库容水电蓄水位处于正常范围内，即，对库容水电发电功率进行调节，调节方案由发电、用电负荷与储能的关系决定：

23、.采集当前光伏发电功率、库容水电发电功率以及用微网中的电功率，

24、（1）若发电量与用电量达到平衡，即，表示微网中的用电功率，根据储能装置状态对库容水电进行调控，具体为：若，则储能荷电状态过低，储能装置以额定充电功率充电，同时调节库容水电使得，直至时将库容水电回调到，同时储能装置停止充电；

25、（2）若发电量小于用电量，即，储能装置以额定发电功率发电,若，则储能装置发电足以使微网中发电量与用电量达到平衡，若储能装置荷电状态，则储能装置停止发电，调节库容水电以最大发电功率发电，当储能装置以及水力发电都不足以满足用电需求，则接入主网调取电能，于是库容水电的发电功率调节方法为：

26、（3）若发电量大于用电量，即，计算当前储能荷电状态，当储能荷电状态满足时，储能装置以额定充电功率充电，库容水电发电功率不改变，当储能荷电状态时，储能装置停止充电，微网将过剩电能以额定功率输入主网，当发电量与用电量满足时，降低库容水电发电功率至，否则库容水电发电功率保持为，于是库容水电调节方法为：

27、

28、当库容水电蓄水位处于异常范围内，即，

29、若库容水电蓄水位低于限制低水位，即时，此时水库蓄水量告急，调控库容水电以的功率运行；

30、若库容水电蓄水位大于，此时蓄水位过高，增大放水量使库容水电以功率运行。

31、本发明第二方面公开了一种考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节装置，用于执行考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法，所述库容水电发电功率调节装置包括：

32、集群微网中储能参数定义模块，用于定义包括库容水电、光伏、储能装置在内的集群微网中储能相关参数：

33、定义微网的储能荷电状态soc用来描述微网中的储能情况；

34、定义理想荷电状态socav：，定义正常荷电状态区间，其中，和分别表示正常荷电状态区间的最小值、最大值，用表示微网中的用电功率，记微网内的平均用电功率为，在集群微网调控中通过最大功率跟踪法使光伏始终以最大光能利用率发电，记该发电功率大小为，定义光能全年发电功率平均大小为，用表示当前微网中库容水电站的发电总功率，记水流量为河川平均径流时库容水电站的总发电功率为，

35、定义荷电状态限制区间，其中，和分别表示荷电状态限制区间的下限和上限；定义储能装置的额定发电功率为，额定充电功率为；

36、库容水电参数定义模块，用于定义库容水电死水位，死水位指水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位；

37、定义防汛因子和为防旱因子，定义正常蓄水位区间，其中，和分别表示正常蓄水位区间的下限和上限，定义库容水库的限制低水位；

38、用表示当前微网中库容水电站的发电总功率，记水流量为河川平均径流时库容水电站的总发电功率为，记水电站正常运行时的最小发电功率以及最大发电功率分别为和；

39、库容水电站调控模块，在集群微网调控过程中，库容水电在正常情况下以功率运行，当河川径流大于河川径流平均值时，通过减少放水量将多余水量存于水库，当河川径流小于河川径流平均值时，从水库中增加放水量补充发电。

40、本发明第三方面公开了一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法。

41、本发明第四方面公开了一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现上述考虑储能荷电状态及蓄水位的库容水电发电功率调节方法。

42、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

43、（1）本发明在光储微网调控方法的基础上，考虑了库容水电接入微网后的调节作用，相比于光伏调节，库容水电的调节能够通过放水量的调节控制发电量与用电量的平衡，同时考虑到微网中通常只有一个库容水电，而光伏发电数量多且随机分布，因此调节库容水电发电功率比调节光伏更简单，且库容水电可调节的发电功率范围更大，能够适应较大的负荷波动。相比于调节过程中涉及到的光伏设备重要组件，库容水电的相关组件成本较低且耐用程度高，调节库容水电经济效益更高。

44、（2）本发明对光伏始终用最大功率跟踪法控制，用库容水电的调节代替光伏调节，减少对光伏的调节可以最大限度的利用光能，同时优先利用储能装置进行调节，不仅响应快，还能减少对水电发电功率的调控，实现对绿色能源的最大程度利用。同时，减少对光伏的调节可以减少调控过程对光伏设备重要组件的损坏，延长光伏设备使用寿命。

45、（3）对于包括库容水电、光伏及储能装置的集群微网，本发明给出了库容水电正常蓄水位区间的计算方法，定义限制低水位，针对库容水电蓄水位在正常蓄水位区间内以及正常蓄水位区间以外两种情况给出不同的的库容水电发电功率调节规则，在库容水电蓄水位偏高时保持较大发电功率运行，在库容水电蓄水位偏低时保持较小库发电功率运行，能够减少库容水电蓄水位的大幅波动，使得库容水电蓄水位保持在安全范围的同时，对微网内负荷变动情况作出调整，有利于库容水电及微网的稳定运行。

46、（4）本发明在考虑库容水电蓄水位的同时，还考虑了微网内储能装置的荷电状态，保障库容水电、光伏、储能集群微网对电能的合理分配，给出了面对集群微网的储能装置荷电状态计算方法，定义了理想荷电状态，正常荷电状态区间，以及荷电状态限制区间，在电能调控中使储能装置的荷电状态趋于正常荷电区间，避免超出限制区间，保障微网发电量与用电量调控的短时间响应能力，通过储能装置的调节作用，实现对负荷变化的快速响应，有利于实现微网内部发电与用电的平衡。

47、（5）本发明给出了库容水电发电率的具体调节规则，相比于只考虑库容水电蓄水位的粗放式调节，本发明综合考虑储能荷电状态和库容水电蓄水位，能够将库容水电调节与集群微网的发电与用电情况联系起来，形成一体化的集群微网调控方法，调节过程平滑，发电功率始终保持在正常功率范围，在提高水能利用率的同时，减少对设备的磨损，延长设备的使用寿命。

48、（6）本发明在考虑发电量与用电量关系的过程中，考虑了主网与微网间输电线路的功率限制以及储能装置充电放电的额定功率限制，在微网并入主网时保持线路传输功率在安全范围内。

49、（7）本发明考虑了库容水电的防汛、防旱作用，定义了防汛因子和防旱因子，能够在收到防汛预警和防旱预警时对库容水电的正常蓄水位区间以及限制低水位进行调整，有效提高库容水电对极端天气的适应能力。

50、