一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法技术

本发明专利技术涉及了一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，首先，从经济学角度分析储能系统的充放电特性，考虑不同控制方式对储能系统寿命影响；其次，采用分层‑分区控制方式对风储电站进行协调控制，上层根据电网调度需求，考虑分时电价政策对集中式储能和整个风电场级进行协调功率控制，下层考虑区域内分布式储能和多台风电机组间的协调功率控制；最后，采用改进遗传算法对分层优化控制模型求解，实现风储电站中储能系统及风机出力的合理分配。

A Hierarchical Optimal Control Method for Wind Storage Power Station Considering Energy Storage Life

The present invention relates to a hierarchical optimal control method for wind storage power plants considering energy storage life. Firstly, the charging and discharging characteristics of the energy storage system are analyzed from an economic point of view, and the influence of different control modes on the life of the energy storage system is considered. Secondly, a hierarchical and zonal control mode is adopted to coordinate the control of the wind storage power plants. According to the dispatching demand of the power grid, the upper level considers the time-sharing tariff policy for centralization. The coordinated power control is carried out between the energy storage system and the whole wind farm level, and the coordinated power control between distributed energy storage and multiple typhoon generators is considered in the lower level. Finally, the improved genetic algorithm is used to solve the hierarchical optimal control model to realize the rational distribution of the energy storage system and the output of the wind turbine in the wind storage power station.

【技术实现步骤摘要】
一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法
本专利技术涉及种适用于风储电站分层优化控制方法，属于风储电站协调控制领域。
技术介绍
目前，随着分布式能源并网规模的不断扩大，对电网的安全稳定带来了重大的挑战。以风电场为例，其为配电网提供无功、电压支撑，调频调压，有效的延缓了电网升级等，但由于风速存在着随机性和波动性特点，一定程度上限制了风能利用率，因此在风电场中需要并入大规模储能系统，有效的减少了大规模风电并网引起的运行风险问题。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，其充分考虑电网调度需求及分时电价政策对整个风电场出力的影响，有效的平抑风电场的功率波动，提高配电网对风电的接纳能力，增加风电场并网运行的经济性和可靠性，具有一定的工程应用价值。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，包括以下步骤：步骤1、对双馈风力发电系统进行解耦控制，其发电机输出的有功功率及无功功率为：其中，Xm分别为双馈风电机组的电动势，励磁感抗、电抗；Xσs,Xs分别为双馈风电机组的定子电压、电流、漏抗及电抗；s为转差率；Xσr,Xr分别为双馈风电机组转子电压、电流、漏抗及电抗；步骤2、根据计算得定子的有功及无功功率输出为：其中，Us为定子电压的有效值，IsP,IsQ为定子电流的有功功率、无功功率；当不考虑定子侧电阻作用，简化风力发电机组有功及无功功率输出关系为：步骤3、为了快速平抑风功率波动，快速跟踪电网调度运行中风电场发电计划偏差，将储能系统的模型等效为：其中，EES_k为储能系统k容量；iES_k为充放电电流；U0为储能系统电压初始值；U1为储能系统电压的线性分量；B为指数对应系数；t为储能系统充放电时间；步骤4、将分层控制思想应用到风储电站的调控中，下层-分区控制时以储能系统寿命损耗及区域内网络损耗最小为优化目标；步骤5、上层-场级控制以并网运行时以总网络损耗为优化目标，实现风储电站经济优化运行，计算风电场并网后整个网络的有功功率损耗PW_t和无功网损QW_t；步骤6、在考虑储能寿命对风储电站调控影响后，考虑分层调控的方式，计算总体的多目标函数；步骤7、采用改进遗传算法对风储电站进行调控，根据自适应权重及自适应罚函数来优化多目标函数。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤4分为：步骤4-1、计算储能系统网络损耗对区域调控的影响：区域x内n台风机并入储能系统后，各个区域并网点输出的有功功率Pb_x及无功功率Qb_x为：其中，Pw_n和Qw_n为区域x内n台风电机组功率输出；Pw_n和Qw_n为QM_x为区域x负荷输出的有功功率及无功功率；φx为区域x接入点相位的偏差值；PEs_k和QES_k为区域x储能系统输出功率值；考虑区域级网络损耗最小的优化目标为步骤4-2、计算储能系统寿命损耗对区域调控的影响：储能系统寿命为其总寿命损耗的倒数，由于放电深度的不同，每次循环充放电储能系统寿命损耗值不同，由于储能系统自身容量及充放电深度的限制，需要考虑其寿命损耗成本；步骤4-3、考虑储能系统过放现象对需求偏差的影响：用电高峰期会出现供电不足情况，若此时未对储能系统进行合理监控，可能会出现过放的现象，为了有效的提高储能系统的运行寿命，尽量减少过放现象的产生，以需求偏差最小为优化目标，具体的表达式为：其中，PL_x为区域x内负荷需求量；PES_k_max和PES_k_min为储能系统输出功率上下限；Δt为储能系统充放电时间间隔；步骤4-4、考虑储能系统过充现象对需求偏差的影响：储能系统容量能完全消纳风电时，若此时未对储能系统进行合理监控，此时会出现过充现象，为了有效的提高储能系统的运行寿命，尽量减少过充现象的产生，以需求偏差最小为优化目标，具体的表达式为：作为本专利技术的另一种优选方案，所述步骤5中有功功率损耗PW_t和无功网损QW_t分别为：无功网损QW_t分别为：其中，Xxy为第x,y条母线间馈线的感抗值；Rxy为第x,y条母线间馈线的阻抗值；Ux,Uy为第x，y节点对应的电压值；φx,φy为第x,y节点对应的相位角；考虑场级网络损耗最小的优化目标为：作为本专利技术的另一种优选方案，所述步骤6的多目标函数为：f＝min[a1(c1f1+c2f2+c3f3)+a2f4](12)式中，a1,a2和,c1,c2,c3为权重系数，且满足a1+a2＝1，c1+c2+c3＝1。与现有技术相比本专利技术有益效果。(1)在对风储电站调控时，考虑储能系统寿命损耗对调控的影响，实现了风储电站中储能系统及风机出力的合理分配，在延长储能寿命的同时提高了电网对风电的消纳能力，使得整个风电场运行经济性显著提高。(2)本专利技术采用风储电站分层-分区域控制方法对风电机组、风电场、分布式及集中式储能进行分层调控，风电场快速响应上层调度中心调度指令，通过分解调度指令并逐层响应的方式，有效的减少储能机组寿命损耗的同时，提高了风储电站调度的准确度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本专利技术保护范围不仅局限于以下内容的表述。图1是风储电站并网示意图图2是风储电站分层-分区控制流程图图3是改进遗传算法求解流程图具体实施方式如图1-3所示，本专利技术根据风储电站储能调控的特点，提出一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，首先，从经济学角度分析储能系统的充放电特性，考虑不同控制方式对储能系统寿命影响；其次，采用分层-分区控制方式对风储电站进行协调控制，上层根据电网调度需求，考虑分时电价政策对集中式储能和整个风电场级进行协调功率控制，下层考虑区域内分布式储能和多台风电机组间的协调功率控制；最后，采用改进遗传算法对分层优化控制模型求解，实现风储电站中储能系统及风机出力的合理分配，在延长储能寿命的同时提高电网对风电的消纳能力，使得整个风电场运行经济性显著提高。如附图1所示，本专利技术提出一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，风储电站分层控制主要包括上层-场级控制和下层-分区控制，前者主要协调风电场并网后集中式储能、负荷、区域风储系统之间功率分配；后者主要考虑分时电价政策协调风电机组与储能之间调控，规划风储电站分层优化控制过程，下层调控的目标为区域网损最小，储能电池过充、过放的能量偏差最小，上层调控的目标为满足电网调度需求的同时兼顾下层调控需求的同时减少网络损耗，通过设置权重系数设置有功损耗无功损耗比重，实现了风储电站中储能系统及风机出力的合理分配，在延长储能寿命的同时提高了电网对风电的消纳能力，使得整个风电场运行经济性显著提高。一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，计算步骤如图2所示，具体为：步骤1、对双馈风力发电系统进行解耦控制，其发电机输出的有功功率及无功功率为：其中，Xm分别为双馈风电机组的电动势，励磁感抗、电抗；Xσs,Xs分别为双馈风电机组的定子电压、电流、漏抗及电抗；s为转差率；Xσr,Xr分别为双馈风电机组转子电压、电流、漏抗及电抗。步骤2、根据计算得定子的有功及无功功率输出为：其中，Us为定子电压的有效值，IsP,IsQ为定子电流的有功功率、无功功率。当不考虑定子侧电阻作用，简化风力发电机组有功及无功功率输出关系为步骤3、计算储能系统的电压与容量关系为：其中，EES_k为储能系统k容量；iES_k为充放电电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，其特征在于，包括：步骤1、对双馈风力发电系统进行解耦控制，其发电机输出的有功功率及无功功率为：

【技术特征摘要】
1.一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，其特征在于，包括：步骤1、对双馈风力发电系统进行解耦控制，其发电机输出的有功功率及无功功率为：其中，Xm分别为双馈风电机组的电动势，励磁感抗、电抗；Xσs,Xs分别为双馈风电机组的定子电压、电流、漏抗及电抗；s为转差率；Xσr,Xr分别为双馈风电机组转子电压、电流、漏抗及电抗；步骤2、根据计算得定子的有功及无功功率输出为：其中，Us为定子电压的有效值，IsP,IsQ为定子电流的有功功率、无功功率；当不考虑定子侧电阻作用，简化风力发电机组有功及无功功率输出关系为：步骤3、为了快速平抑风功率波动，快速跟踪电网调度运行中风电场发电计划偏差，将储能系统的模型等效为：其中，EES_k为储能系统k容量；iES_k为充放电电流；U0为储能系统电压初始值；U1为储能系统电压的线性分量；B为指数对应系数；t为储能系统充放电时间；步骤4、将分层控制思想应用到风储电站的调控中，下层-分区控制时以储能系统寿命损耗及区域内网络损耗最小为优化目标；步骤5、上层-场级控制以并网运行时以总网络损耗为优化目标，实现风储电站经济优化运行，计算风电场并网后整个网络的有功功率损耗PW_t和无功网损QW_t；步骤6、在考虑储能寿命对风储电站调控影响后，考虑分层调控的方式，计算总体的多目标函数；步骤7、采用改进遗传算法对风储电站进行调控，根据自适应权重及自适应罚函数来优化多目标函数。2.根据权利要求1所述的一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制方法，其特征在于，所述步骤4分为：步骤4-1、计算储能系统网络损耗对区域调控的影响：区域x内n台风机并入储能系统后，各个区域并网点输出的有功功率Pb_x及无功功率Qb_x为：其中，Pw_n和Qw_n为区域x内n台风电机组功率输出；Pw_n和Qw_n为QM_x为区域x负荷输出的有功功...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘霄，王涛，王春生，张明理，高靖，刘岩，韩震焘，赫鑫，程孟增，戴晓宇，王鹤霏，金宇飞，张子信，潘琪，贾博，吴卓航，李薇，马少华，颜宁，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21