风光储最佳容量配比的研究

摘 要：本文通过分析风力发电及光伏发电对电网造成的不利影响，提出了风光储联合发电系统的概念，并阐述该系统的原理与特点。之后，给出了风光储联合发电系统的最佳容量配比算法，并通过工程实例对该算法进行了验证。通过对风光储容量配比的计算分析，可以合理的确定风电单元，光伏单元，储能单元三者之间的最佳容量配比，从而有效的提高该系统的经济性与实用性。

关键词：风光储联合发电系统;最佳容量;配比分析

中图分类号：TK81 文献标识码：A

1 绪论

由于风能和光能波动性、间歇性和随机性的特点，风、光独立运行系统很难提供连续稳定的能量输出，[1]因此，大规模建设风力发电和光伏发电对当地电网的安全稳定运行势必会产生较大的负面影响。[2]如果在风、光互补的基础上加入储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，[3]同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电系统的功率输出特性，缓解风电、光电等可再生能源的间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。[4]

2 风光储发电系统的组成

风光储发电系统由以下各部分组成：风力发电单元，光伏发电单元，能量储存单元。

风力发电的特点为夜间发电量较高，白天发电量较低，光伏发电的特点是只有白天发电，因而，这两种形式的能源具有一定的互补性。同时，在加入了储能单元后，使输出更为稳定，更为可靠。

风能和光伏发电方法在能量收集方面相互补充，具有各自的特点。风光联合发电可以有效提高风电和光伏发电的稳定性和可靠性。

风光储系统的应用可以使不稳定的能源变成稳定的具有较高价值的产品，增加电网对可再生能源的吸收接纳程度，[5]同时，整个系统作为较稳定的能源输出形式，相较于单一形式的新能源，对电网是更优的选择。

3 风光储容量配比的研究

3.1 风光储容量配比的计算方法

3.1.1 确定基础参数（风电单元）

在计算风光储系统的配比容量时，应以三种能源形式中的一种，作为确定性参数，进行计算。考虑到三种能源形式中，通常以风电容量为最大，因而，将风电单元容量作为基础参数，求解光伏和储能容量。

3.1.2 计算直接输出参数（光伏单元）

在基础参量（风电单元）确定后，对另一个直接输出能源（光伏单元）的容量进行计算：

由风速和辐射变化情况及风机和光伏组件逐时输出曲线，采用目标求解的方式，计算风电机组及光伏组件的全年输出总功率，其中，求解目标为总功率的标准差为最小值，计算公式如下：

上式中：

Pa为全年输出总功率;

P1为单机风电机组容量（确定值）;

P2为单个光伏组件容量（确定值）;

m为风电机组台数（确定值）;

n为光伏组件块数（求解值）。

通过牛顿迭代算法，以总功率标准差作为最小值求解目标，可得出n的最优值。

由此，可得出以风电容量（P1×m）为基础的最佳光伏配比容量（P2×n）。

3.1.3 求解储能单元容量参数

在计算得到确定的风光容量后，将风光容量进行叠加，之后再进行平滑处理，处理后的运算值与原始叠加值的差值，即为储能容量参数，具体公式如下：

Pt=Pi-（Pw+Ps）

Pt为储能容量;

Pw为风电容量;

Ps为光伏容量;

Pi为平滑处理后风电光伏总容量;

曲线符合正态分布，考虑置信区间为90%或95%，可最终确定储能容量参数。

3.2 实例分析

以某风电场为例，对上述风光储容量配比计算进行实例分析。

该地区70m高度代表年年平均风功率密度为469.3W/m2，区域年太阳辐射量可达4914.08MJ/m2。

由风速和辐射变化情况及风机和光伏组件逐时输出曲线，采用目标求解的方式，计算风电机组及光伏组件的全年输出总功率。

首先确定风机参数容量为3MW，即P1=3MW，設定m=1，P2=310W，以Pa的标准差最小为目标，求得n=831，取整为830，因而，光伏容量参数为0.2573MW。

将风光容量进行叠加，之后再进行平滑处理，考虑置信区间为90%或95%，可得储能容量为0.5639MW和0.6607MW，结合经济性，取置信区间为90%的计算结果。

最终配比参数如下：

风电：光伏：储能=3MW：0.2573MW：0.6607MW。

4 结论

风光储能系统是综合利用风能、光能、储能装置的电站系统，可以避免单一不稳定能源对电网的不利影响，整个系统作为较稳定的能源输出形式，相较于单一形式的新能源，对电网是更优的选择。

通过对风光储容量配比的计算分析，可以合理的确定风电，光伏，储能单元三者间的容量，为该系统提供更充分的理论依据，提高该系统的经济型与实用性，满足此类项目的平稳处理要求，提升不稳定能源点对电网较好的接入需求。

参考文献：

[1]吴翔.我国风力发电现状与技术发展趋势[J].中国战略新兴产业，2017（44）：225.

[2]王宗瑞，李昔真，苏则立.中国风光互补联合发电技术的现状与展望[J].节能，2017，36（08）：4-7+2.

[3]杨军峰，郑晓雨，惠东，杨水丽，罗卫华，礼晓飞.储能技术在送端电网中促进新能源消纳的容量需求分析[J].储能科学与技术，2018，7（04）：698-704.

[4]余寅，唐宏德，郭家宝.风光储一体化发电应用展望[J].华东电力，2010，38（12）：1891-1893.

[5]刘波，郭家宝，袁智强，陈文升，唐勇俊.风光储联合发电系统调度策略研究[J].华东电力，2010，38（12）：1897-1899.

作者简介：杨晓峰（1984-），男，内蒙古呼和浩特人，本科，中级工程师，毕业于华北电力大学，研究方向：新能源及通信。