一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及光伏电站设计技术领域，特别是涉及一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.目前，新能源装机呈现爆发式增长，大量集中式或者分布式光伏电站接入电网。光伏电站的设计包括光伏组件的容量、逆变器的容量、设备的接线等，由于受到辐照资源、组件和直流设备成本、环境温度、电价水平、土地费用、限光率、弃光率等多种因素的影响，光伏电站在实际运行工作中会有一些损耗，导致光伏组件的输出功率达不到标称功率，从而造成逆变器容量浪费。针对此现象，可以采用光伏组件超配设计的方式来提高光伏系统综合利用率、在满足所需功率的情况下尽可能地减少所需系统配置从而有效提高光伏电站效率。
3.当前光伏电站的超配设计方式主要包括两种：(1)补偿超配，以系统不会出现限功率为原则增大系统容配比；(2)主动超配，以系统单位光伏上网电量所需规模最小为目标增大系统容配比，但会出现逆变器限功率的情况，光伏电站系统将会损失一部分能量，但是综合系统配置与产出、系统单位电量所需规模将会达到最低。适度地增加容配比可以在提高光伏电站逆变器效率的同时，提升光伏电站的发电效率。
4.光伏电站的超配设计策略包括：(1)直流侧增容，根据交流侧统计电站装机容量，在满足超配设计安装面积要求的情况下增加组件的安装容量。(2)交流侧减容，根据直流侧统计电站装机容量，采取措施降低箱式逆变器的容量以减少逆变器配置。(3)直流侧增容结合交流侧减容，将上述两种方式结合使用。但传统的光伏电站容配比配置方法仅针对光伏组件以及逆变器，并没有考虑储能设备对光伏电站容配比配置的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质，基于光伏组件的储能配置，提升光伏电站容配比，以提高光伏电站整体的发电量。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.第一方面，本发明提供一种光伏电站容配比主动超配方法，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件和逆变器，方法包括：
8.获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量；
9.根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率；
10.构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束；
11.基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型；
12.对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；
13.基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比。
14.可选地，所述光伏系统转换效率的计算公式为：
15.η1＝p
in_max
/p
v1_max
；
16.其中，η1表示初始光伏组件的光伏系统转换效率，p
v1_max
表示初始光伏组件的最大出力，p
in_max
表示逆变器的最大输出功率。
17.可选地，所述优化后光伏组件的储能约束条件包括储能功率约束和储能容量约束；
18.所述储能功率约束为：
[0019]-p
st
≤p
t
(t)≤p
st
；
[0020]
所述储能容量约束为：
[0021][0022]
其中，p
t
(t)表示优化后光伏组件的储能实时出力，p
st
表示优化后光伏组件的储能功率，e
st
表示优化后光伏组件的的储能容量，max()表示取最大值函数。
[0023]
可选地，所述光伏电站还包括储能组件；
[0024]
所述光伏规模优化模型中的目标函数为：
[0025][0026]
其中，obj表示目标值，min表示求最小值函数，p
n2
表示优化后光伏组件的光伏容量，p
st
表示优化后光伏组件的储能功率；q1(t)表示未受到逆变器容量限制的每小时光伏上网电量，q2(t)表示调用储能所增加的每小时光伏上网电量；
[0027][0028]
q2(t)＝η1η2p
t
(t)p
t
(t)≥0；
[0029]
η1表示初始光伏组件的光伏系统转换效率，η2表示储能组件的储能转换效率，p
x
(t)表示优化后光伏组件的实际出力，p
v1
表示初始光伏组件的额定输出功率；
[0030][0031]
p
n1
表示初始光伏组件的光伏容量，po(t)表示初始光伏组件的光伏典型日出力时间序列，po(t)＝{p
o1
,p
o2
,p
o3
,...p
o23
,p
o24
}，p
o1
表示光伏典型日第一采样时出力，p
o2
表示第二采样时出力，p
o3
表示第三采样时出力，p
o23
表示第二十三采样时出力，p
o24
表示第二十四采样时出力，d表示典型日的光伏等效天数。
[0032]
可选地，所述优化后光伏组件的优化规模参数包括所述优化后光伏组件的实际出
力、光伏容量、储能功率和储能容量；
[0033]
对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数，具体包括：
[0034]
采用cplex求解器或gurobi求解器，对所述光伏规模优化模型求解。
[0035]
第二方面，本发明提供一种光伏电站容配比主动超配系统，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件和逆变器，系统包括：
[0036]
数据获取模块，用于获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量；
[0037]
转换效率计算模块，用于根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率；
[0038]
约束条件构建模块，用于构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束；
[0039]
规模优化模型构建模块，用于基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型；
[0040]
模型求解模块，用于对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；
[0041]
容配比计算模块，用于基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比。
[0042]
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行光伏电站容配比主动超配方法。
[0043]
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现光伏电站容配比主动超配方法。
[0044]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0045]
本发明公开一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质，根据逆变器的最大输出功率和初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率；在原有光伏电站的基础上，结合储能出力的技术特性与光伏逆变器出力特性，按照主动超配的方式以系统单位光伏上网电量所需规模最小为目标，对增加了安装容量的光伏组件的储能容量和储能功率进行约束，从而构建得到光伏规模优化模型，求解后得到优化规模参数，进而计算优化后光伏组件的容配比，实现科学化、高效化地解决在光伏电站配置储能情况下的容配比计算，从而提高光伏电站整体的发电量。
附图说明
[0046]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]
图1为本发明光伏电站容配比主动超配方法的流程示意图；
[0048]
图2为本发明光伏电站容配比主动超配系统的结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
目前光伏电站容配比设计仅面向光伏组件以及逆变器进行容量配置，但随着储能技术的发展，越来越多的光伏电站中将配置储能，由于储能具有“能量时移”的特性以及优良的调节性能，可以将原有光伏出力超出逆变器容量限值的部分进行存储，在光伏出力较小时再将能量释出。
[0051]
基于此，本发明提供一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质，针对原有的光伏电站，在进一步配置储能后，可以安装新的光伏组件，从而进一步提升光伏电站的容配比。
[0052]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0053]
实施例一
[0054]
如图1所示，本发明提供一种光伏电站容配比主动超配方法，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件、储能组件和逆变器，方法包括：
[0055]
步骤100，获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量。其中，预设条件为公知的光伏组件所处的标准条件(stc)，定义为：大气质量am＝1.5，光照强度为1000w/m2，温度在25℃。
[0056]
步骤200，根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率。所述光伏系统转换效率的计算公式为：
[0057]
η1＝p
in_max
/p
v1_max
；
[0058]
其中，η1表示初始光伏组件的光伏系统转换效率，p
v1_max
表示初始光伏组件的最大出力，p
in_max
表示逆变器的最大输出功率。
[0059]
根据所述初始光伏组件的最大出力和初始光伏组件的光伏容量p
n1
，计算初始光伏组件的光伏阵列转换效率，计算公式为：p
v1_max
/p
n1
。
[0060]
步骤300，构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束。
[0061]
假设优化后光伏组件的光伏容量为p
n2
，优化后光伏组件的储能功率为p
st
，优化后光伏组件的的储能容量为e
st
，优化后光伏组件的储能实时出力为p
t
(t)。
[0062]
优化后光伏组件的实际出力p
x
(t)可表示为：
[0063][0064]
其中，po(t)表示初始光伏组件的光伏典型日出力时间序列，t∈(1,24)，po(t)＝
{p
o1
,p
o2
,p
o3
,...p
o23
,p
o24
}，p
o1
表示光伏典型日第一采样时出力，p
o2
表示第二采样时出力，p
o3
表示第三采样时出力，p
o23
表示第二十三采样时出力，p
o24
表示第二十四采样时出力。所述光伏典型日出力时间序列是基于历史数据，采用k-means聚类算法确定的。所述历史数据为过去某一段时间(比如过去一年、两年，根据实际可以获取到的数据情况确定)光伏电站实际输出功率。
[0065]
具体来说，假设历史数据为某一年的数据，其中每天实际输出功率的时间尺度是1小时，则相当于输入至k-means聚类算法终的数据是365天*24小时的数据，每一天就有24维(24小时)；其次，把聚类个数设置成1，相当于从365天里面选1天能够代表最多数的情况，所选择这一天为典型日。典型日出力时间序列即为典型日内24小时的出力。
[0066]
所述优化后光伏组件的储能约束条件包括储能功率约束和储能容量约束；所述储能功率约束为：
[0067]-p
st
≤p
t
(t)≤p
st
。
[0068]
所述储能容量约束为：
[0069][0070]
其中，max()表示取最大值函数。
[0071]
步骤400，基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型。
[0072]
所述光伏规模优化模型中的目标函数为：
[0073][0074]
其中，obj表示目标值，min表示求最小值函数，q1(t)表示未受到逆变器容量限制的每小时光伏上网电量，q2(t)表示调用储能所增加的每小时光伏上网电量；
[0075][0076]
q2(t)＝η1η2p
t
(t)p
t
(t)≥0；
[0077]
η2表示储能组件的储能转换效率，p
v1
表示初始光伏组件的额定输出功率；d表示典型日的光伏等效天数，与光伏上网发电量相乘用以表示光伏电站总的光伏上网发电量。
[0078]
步骤500，对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；所述优化规模参数为对所述初始光伏组件进行超配配置的光伏规模参数。所述优化后光伏组件的优化规模参数包括所述优化后光伏组件的实际出力、光伏容量、储能功率和储能容量；
[0079]
步骤500，具体包括：采用cplex求解器或gurobi求解器，对所述光伏规模优化模型求解。
[0080]
在一个具体实施例中，还可以采用智能算法，如遗传算法、模拟退火、粒子群算法、
蚁群算法等对所述光伏规模优化模型求解。
[0081]
步骤600，基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比，具体计算公式为：p
n2
/p
in
，p
in
表示逆变器额定容量。
[0082]
综上，本发明在传统光伏电站容配比设计的基础上，考虑了储能设备的技术特性，从而进一步提升光伏电站容配比，增加了光伏组件的安装提升效率，提升了光伏电站整体的发电量。另外，本发明在考虑储能技术特性的基础上，还以系统单位光伏上网电量所需规模最小为目标实现了新的光伏电站容配比计算问题，提高了光伏电站逆变器利用效率。
[0083]
实施例二
[0084]
如图2所示，为了实现实施例一中的技术方案，以达到相应的功能和技术效果，本实施例提供了一种光伏电站容配比主动超配系统，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件和逆变器，系统包括：
[0085]
数据获取模块101，用于获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量。
[0086]
转换效率计算模块201，用于根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率。
[0087]
约束条件构建模块301，用于构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束。
[0088]
规模优化模型构建模块401，用于基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型。
[0089]
模型求解模块501，用于对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；所述优化规模参数为对所述初始光伏组件进行超配配置的光伏规模参数。
[0090]
容配比计算模块601，用于基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比。
[0091]
实施例三
[0092]
本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的光伏电站容配比主动超配方法。
[0093]
可选地，上述电子设备可以是服务器。
[0094]
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的光伏电站容配比主动超配方法。
[0095]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0096]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种光伏电站容配比主动超配方法，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件和逆变器，其特征在于，方法包括：获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量；根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率；构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束；基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型；对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；所述优化规模参数为对所述初始光伏组件进行超配配置的光伏规模参数；基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比。2.根据权利要求1所述的光伏电站容配比主动超配方法，其特征在于，所述光伏系统转换效率的计算公式为：η1＝p
in_max
/p
v1_max
；其中，η1表示初始光伏组件的光伏系统转换效率，p
v1_max
表示初始光伏组件的最大出力，p
in_max
表示逆变器的最大输出功率。3.根据权利要求1所述的光伏电站容配比主动超配方法，其特征在于，所述优化后光伏组件的储能约束条件包括储能功率约束和储能容量约束；所述储能功率约束为：-p
st
≤p
t
(t)≤p
st
；所述储能容量约束为：其中，p
t
(t)表示优化后光伏组件的储能实时出力，p
st
表示优化后光伏组件的储能功率，e
st
表示优化后光伏组件的的储能容量，max()表示取最大值函数。4.根据权利要求3所述的光伏电站容配比主动超配方法，其特征在于，所述光伏电站还包括储能组件；所述光伏规模优化模型中的目标函数为：其中，obj表示目标值，min表示求最小值函数，p
n2
表示优化后光伏组件的光伏容量，p
st
表示优化后光伏组件的储能功率；q1(t)表示未受到逆变器容量限制的每小时光伏上网电量，q2(t)表示调用储能所增加的每小时光伏上网电量；
q2(t)＝η1η2p
t
(t) p
t
(t)≥0；η1表示初始光伏组件的光伏系统转换效率，η2表示储能组件的储能转换效率，p
x
(t)表示优化后光伏组件的实际出力，p
v1
表示初始光伏组件的额定输出功率；p
n1
表示初始光伏组件的光伏容量，p
o
(t)表示初始光伏组件的光伏典型日出力时间序列，p
o
(t)＝{p
o1
,p
o2
,p
o3
,...p
o23
,p
o24
}，p
o1
表示光伏典型日第一采样时出力，p
o2
表示第二采样时出力，p
o3
表示第三采样时出力，p
o23
表示第二十三采样时出力，p
o24
表示第二十四采样时出力，d表示典型日的光伏等效天数。5.根据权利要求4所述的光伏电站容配比主动超配方法，其特征在于，所述优化后光伏组件的优化规模参数包括所述优化后光伏组件的实际出力、光伏容量、储能功率和储能容量；对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数，具体包括：采用cplex求解器或gurobi求解器，对所述光伏规模优化模型求解。6.一种光伏电站容配比主动超配系统，应用于光伏电站，所述光伏电站包括初始光伏组件和逆变器，其特征在于，系统包括：数据获取模块，用于获取预设条件下，所述逆变器的最大输出功率、所述初始光伏组件的最大出力和光伏容量；转换效率计算模块，用于根据所述逆变器的最大输出功率和所述初始光伏组件的最大出力，计算光伏系统转换效率；约束条件构建模块，用于构建优化后光伏组件的储能约束条件；所述优化后光伏组件为对所述初始光伏组件增加安装容量后得到的光伏组件；所述储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束；规模优化模型构建模块，用于基于所述储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合所述光伏系统转换效率和所述初始光伏组件的光伏容量，构建光伏规模优化模型；模型求解模块，用于对所述光伏规模优化模型求解，以得到所述优化后光伏组件的优化规模参数；所述优化规模参数为对所述初始光伏组件进行超配配置的光伏规模参数；容配比计算模块，用于基于所述优化规模参数，计算所述优化后光伏组件的容配比。7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的光伏电站容配比主动超配方法。8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的光伏电站容配比主动超配方法。

技术总结
本发明公开一种光伏电站容配比主动超配方法、系统、设备及介质，涉及光伏电站设计技术领域，方法包括：根据逆变器的最大输出功率和初始光伏组件的最大出力计算光伏系统转换效率；构建优化后光伏组件的储能约束条件；储能约束条件用于对优化后光伏组件的储能容量和储能功率进行约束；基于储能约束条件，以系统单位光伏上网电量所需光伏组件规模最小为目标，结合光伏系统转换效率和初始光伏组件的光伏容量构建光伏规模优化模型；对光伏规模优化模型求解，得到优化后光伏组件的优化规模参数；基于优化规模参数，计算优化后光伏组件的容配比。本发明提升光伏电站容配比，以提高光伏电站整体的发电量。伏电站整体的发电量。伏电站整体的发电量。


技术研发人员：马啸远 孟中强 李飞 白韧祥 方婉竹 武文秀 黄婉 张亚云 苟斌
受保护的技术使用者：中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/20