金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析.pdf

水 力 发 电第 卷第 期 年 月 .金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析章雅雯 毛玉鑫 陶湘明 李基栋 朱燕梅 胡 杨(四川大学水利水电学院 四川 成都 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 四川 成都 中国长江电力股份有限公司 湖北 宜昌 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 四川 成都 四川农业大学水利水电学院 四川 雅安)摘 要:把握水风光电源的多维发电特性及多能源之间的互补规律 对于优化配置调节性电源 促进新型电力系统的健康发展意义重大 聚焦四川电网金沙江、雅砻江、大渡河三江流域 研究水风光清洁能源发电特性 基于数理统计、相关分析等方法研究了流域内部以及跨流域间水风光出力互补规律 结果表明:大渡河水电丰枯出力差异最大 雅砻江流域水电年利用小时数最大 金沙江流域水电年发电量最大 大渡河流域风光利用小时数最高 金沙江流域光伏最稳定 但风电波动最大 三江流域内部水风光具有互补性 三江跨流域之间 水风光单一电源具有同步性 不同电源两两具有互补性关键词:水风光清洁能源 出力互补特性 金沙江 雅砻江 大渡河 跨流域 新型电力系统 .中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:四川省科技支撑计划资助项目()作者简介:章雅雯()女 重庆人 硕士研究生 研究方向为水电运行管理及电力市场.第 卷第 期章雅雯等:金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析 .0引言金沙江、雅砻江、大渡河流域水能资源丰富是我国重要的水电基地和“风光水储一体化”基地研究三江流域水风光互补性 对于把握水风光电源的多维发电特性及多能源之间的互补规律 优化“风光水储一体化”基地配置 推动新型电力系统建设意义重大风、光等新能源受风速、太阳辐射、地理位置等环境气象因素影响而具有发电不可控的特点需要依赖调节性电源来平抑风光波动 保证风光电源的安全并网 水风光互补是一种重要的清洁的能源互补方式 国内外诸多学者已经对水风光能源的互补性开展了研究 并取得了初步研究成果 朱非林等针对龙羊峡水电站及其近区风光资源的出力互补性开展了定量分析 周清平等聚焦乌江流域对水风光一体化互补特性进行了定性分析 韩柳等结合西北电网风光水火电源的实际运行数据开展了多电源出力相关性研究 以上学者针对某一流域或某电站开展了水风光等多电源互补性规律研究 但尚未有人聚焦大电网 分析流域水风光发电及互补性 且尚未涉及不同流域之间的横向比较本研究聚焦四川电网金沙江、雅砻江、大渡河三江流域水风光清洁能源 开展水风光多时间尺度发电特性分析 研究流域水风光能源多元组合多时间尺度互补规律 探讨跨流域多能源互补性1研究方法对于含有多种电源的发电系统 为量化各电源之间的互补能力 可以通过相关性强弱判断互补性强弱 两个随机变量之间的关联程度强弱可用相关系数表述 相关系数约大 则关联程度越强 反之关联程度越弱 意味着互补性越强 目前 相关系数主要有、等 种考虑到各相关系数的优缺点和适用性不同 本研究以上 种方法及总相关系数 种指标度量水风光互补性 各方法可以相互印证 线性相关系数 线性相关系数可表示为 ()()()()()式中 为相关系数、分别为 个在时间尺度间隔 下的时间序列、分别为序列、的平均值式()只能反应变量和变量之间的线性相关性当 时 我们称序列、之间没有相关性 当 时 我们称变量、之间为正相关性 当)()()为和谐概率()()为不和谐概率假设()是样本中所得的观测值 那么这一系列向量的 秩相关系数可表示为()式中 为和谐观测对数 为不和谐对数 秩相关系数对于线性关系的随机变量和服从正态分布的非线性变量的描述 采用线性相关系数有较好效果 若变量为非线性、或服从非正态分布 采用线性相关系数来描述就会存在比较大的误差 本研究所分析对象为风电场、光伏电站和水电站出力它们都具有非线性出力的特点 且光伏出力与正弦波相似 不符合线性或者正态性假设 这时 如果再用线性相关系数表述其相关性便缺少可信度 为更准确可靠地描述水风光多电源间的出力相关性可使用 秩相关系数 秩相关系数可定义如下:假设抽取样本 都是从容量为 的一元总体中获得 然后将此样本中的()变成秩化向量 记为 表示第 个秩统计量 其中 把 的总称叫做秩统计量 用公式表达 秩相关系数 为 ()()()()()式中 和 分别是、的位次、分别表示、的平均位次 水 力 发 电 年 月 .由秩的定义可知 ()代入式()可得 ()()式中 为第 个数据对的位次值之差可以看出 当两个向量完全相等时 其值为 此时两个向量为完全的正相关 当两个向量完全相反时 其值为 此时两个向量为完全互补 总相关系数此外 还有借助互信息的相关性度量方式 即总相关系数 计算式为()()总相关系数 是两变量间的共有信息 共有信息越多 相关关系越强表 “三江”流域水电梯级年内发电特性水电站不同典型年的丰枯出力比丰水年平水年枯水年不同典型年的年利用小时数/丰水年平水年枯水年平均大渡河 雅砻江 金沙江 2案例分析 流域水风光资源概况四川省是中国第二大水能资源储量地 约占全国水资源总量的 水力资源技术可开发量和全年发电量分别为 亿 和 亿 金沙江、雅砻江、大渡河 个流域富集四川省 的水能资源 其技术可开发利用量分别为 万、万、万 共计 万 除水能资源“三江”流域风光能源储量也相当丰富 风电和光伏分别占新能源总规划的 和 风光规划规模总计 万 风电和光伏分别为 万、万 从各流域来看 雅砻江 流 域 资 源 量 最 为 丰 富 光 伏 资 源 占 比 为 风电资源占 风光占三江总风光资源 金沙江流域有着仅次于雅砻江的风光资源 光伏、风电、风光资源各占三江总资源的、其中金沙江的风光资源主要分布在金沙江下游 大渡河流域的风光资源属于三江中最少的 仅占三江风光资源的 四川省主要流域光伏、风电占比分别如图、所示图 四川省主要流域光伏规划规模占比图 四川省主要流域风电规划规模占比 流域水风光发电特性分析 水电发电特性大渡河、雅砻江、金沙江三个流域梯级水电总装机容量依次为 万、万 和 万 丰、平、枯 典 型 年 多 年 平 均 出 力 分 别 为 万、万 和 万 年平均发电量依次为 亿、亿 以及 亿 除此之外 大渡河流域丰水期(月 月)以及枯水期(月翌年 月)平均出力分别是 万 和 万 雅砻江流域丰水 期 及 枯 水 期 平 均 出 力 分 别 为 万、万 金沙江流域丰水期和枯水期平均出力分别为 万、万“三江”流域水电梯级水电站典型年发电特性指标据统计如表 所示 梯级电站出力特征曲线如图 所示根据表 中数据分析可得 综合而言 大渡河第 卷第 期章雅雯等:金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析 .图 “三江”流域水电站出力表 “三江”流域风光电站出力特性指标流域电源最大出力系数最小出力系数出力系数极差出力波动指标年利用小时数/金沙江光伏 风电 雅砻江光伏 风电 大渡河光伏 风电 流域丰枯出力比最大 金沙江流域次之 雅砻江流域最小 同流域而言 丰水年丰枯出力比最大 枯水年丰枯出力比最小由图 可知 大渡河流域水电出力年内波动最大 出力系数峰谷差为 出力最大出现在 月最小值出现在次年 月 雅金沙流域水电年内出力波动性较大 但丰、平、枯出力变化趋势一致 系数峰谷差为 出力最大值出现在 月 最小值出现在次年 月雅砻江流域水电年内出力曲线较为平缓 波动性最小 出力系数峰谷差为 出力最大值出现在 月 最小值出现在 月 风光发电特性统计金沙江、雅砻江、大渡河“三江”流域风电出力特性指标如表 所示 统计“三江”流域风光出力特性 绘制出力系数曲线如图 所示图 “三江”流域典型风光电站出力特性曲线根据图 可知 综合而言“三江”流域风电出力波动强于光伏出力 流域内光伏出力变化不大 风电出力波动剧烈 风电出力最稳定的是大渡河流域出力系数峰谷差为 出力最小值出现在 月出力最大值出现在 月 其次是雅砻江流域 峰谷差为 出力最小值出现在 月 最大值出现在 月 最后是金沙江流域 峰谷差为 出力最小值出现在 月 最大值出现在 月 风电年利用小时数最大的是大渡河流域 金沙江流域次之 雅砻江流域最少 光伏出力最稳定的是金沙江流域峰谷差为 出力最大值出现在 月 最小值出现在 月 其次是大渡河流域 峰谷差为 出力最大值出现在 月 最小值出现在 月 最后是雅砻江流域 峰谷差为 出力最大值出现在 月 最小值出现在 月 光伏年利用小时数最多的是大渡河流域 其次是雅砻江流域 金沙江流域最少 流域内水风光互补性分别对“三江”流域水风、水光、风光出力相关性进行分析得、相关系数 同时 利用 系数计算“三江”流域总相关系数 如表 所示对表中数据进行分析 大渡河、雅砻江、金沙江三个流域的水风、水光相关系数整体呈现负值即具有互补性 而风光相关系数整体呈现正值 具有同步性综合而言“三江”流域内部水风光多种电源之间水风、水光两两具有互补性 风光之间具有同步水 力 发 电 年 月 .性 大渡河流域光伏年利用小时数最大 雅砻江流域次之 金沙江流域最小 金沙江流域光伏最稳定风电波动最大表 “三江”流域出力相关系数分析方法流域水光水风风光大渡河 雅砻江 金沙江 大渡河 雅砻江 金沙江 大渡河 雅砻江 金沙江 总相关系数 大渡河 雅砻江 金沙江 跨流域水风光互补性分别对“三江”流域进行水风、水光、风光出力跨流域相关性分析可得、相关系数 通过 系数计算“三江”流域总相关系数 结果如表 所示表 雅砻江大渡河跨流域出力相关系数大渡河(水电)法法法总相关系数 大渡河(风电)法法法总相关系数 大渡河(光伏)法法法总相关系数 雅砻江(水电)雅砻江(风电)雅砻江(光伏)表 金沙江大渡河跨流域出力相关系数大渡河(水电)相关系数相关系数相关系数总相关系数 大渡河(风电)相关系数相关系数相关系数总相关系数 大渡河(光伏)相关系数相关系数相关系数总相关系数 金沙江(水电)金沙江(风电)金沙江(光伏)对表中数据进行分析 就单一电源而言 三江流域两两之间的水电、风电、光伏相关系数为正值具有同步性对多电源进行分析 查表中数据可得 大渡河流域水电与金沙江流域的风电、光伏以及雅砻江流域的风电光伏相关系数均为负值 两两之间具有互补性 大渡河流域风电与雅砻江流域的水电、光伏以及金沙江流域的水电光伏相关系数也均为负值两两之间也具有互补性 同样也可分析验证大渡河流域光伏与雅砻江、金沙江流域水电和风电之间的互补性对金沙江流域和雅砻江流域多电源进行分析可得 金沙江流域水电与雅砻江流域的风电、光伏之间具有互补性 金沙江流域风电与雅砻江流域水电具有互补性 与雅砻江流域光伏则具有相关性 金沙江流域光伏与雅砻江流域水电之间具有互补性与雅砻江流域风电之间具有同步性综合而言“三江”流域跨流域单一电源间具有同步性 对多电源进行分析“三江”流域之间水风、水光、风光电源两两具有互补性3结语本文依据水风光中长期和短期尺度的历史发电出力曲线 建立互补性评价指标体系研究水风光多种能源之间的发电互补性 通过对四川省金沙江、雅砻江、大渡河“三江”流域案例分析计算 验证了流域内水风光多种能源之间发电互补性 得出以下结论:第 卷第 期章雅雯等:金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析 .表 雅砻江金沙江跨流域出力相关系数金沙江(水电)相关系数相关系数相关系数总相关系数 金沙江(风电)相关系数相关系数相关系数总相关系数 金沙江(光伏)相关系数相关系数相关系数总相关系数 雅砻江(水电)雅砻江(风电)雅砻江(光伏)()大渡河梯级水电站丰枯出力比最大 金沙江梯级电站次之 雅砻江流域水电站最小 雅砻江流域水电年利用小时数最大 大渡河流域次之 金沙江流域最小 金沙江流域年发电量最大 雅砻江流域次之 大渡河流域最小()大渡河流域风电年利用小时数最大 金沙江流域次之 雅砻江流域最小 大渡河流域光伏年利用小时数最大 雅砻江流域次之 金沙江流域最小 金沙江流域光伏最稳定 风电波动最大()“三江”流域内部水风光多电源之间具有互补性 跨流域之间 水电、风电、光电同一电源之间具有同步性 而多种电源之间具有互补性参考文献:陈刚 曹雪娟 王钰睫.多能互补在大渡河的实践与探索.水力发电 ():.朱燕梅 邹祖建 黄炜斌 等.金沙江上游典型电站水光风互补运行研究.水力发电学报 ():.黄显峰 格桑央拉 吴志远 等.水光互补能源基地的多时间尺度优化调度.水力发电 ():.朱非林 樊宇堃 刘为锋 等.龙羊峡地区水风光出力互补特性研究/.中国农村水利水电:.:./.周清平 赵乔 张艳青 等.乌江流域水风光一体化互补特性及运行研究().红水河 ():.韩柳 庄博 吴耀武 等.风光水火联合运行电网的电源出力特性及相关性研究.电力系统保护与控制 ():.杨茂 马剑 李大勇 等.基于熵权综合关联度数据挖掘的风电功率实 时 预 测 研 究 .太 阳 能 学 报 ():.张永蕊 阎洁 林爱美 等.多点数值天气预报风速和辐照度集中式修正方法研究.发电技术 ():.谢荻雅 黄炜斌 陈仕军 等.基于市场偏差考核的梯级水电调度模型研究.水电能源科学 ():.韩杰 沈泽昊 石松林 等.雅砻江和大渡河干旱河谷植被物种多样性比较:气候、地形与空间的影响.生物多样性():.吕盼 徐龙秀 周专 等.基于风光出力相关性的新能源容量配比研究.通信电源技术 ():.邹执寰.四川省重点流域水电开发的区域经济发展综合影响分析.成都:四川省社会科学院.(责任编辑 高 瑜)广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广广告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告告目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次次水电水利规划设计总院封二基康仪器股份有限公司前插 北京华科同安监控技术有限公司前插、北京中水科海利工程技术有限公司前插、北京中元瑞讯科技有限公司前插 南京科明自动化设备有限公司前插 北京世纪合兴起重科技有限公司前插 公益广告封三北京木联能工程科技有限公司封四