一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法技术

本发明专利技术提供一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，包括如下步骤：S1、对新能源输出功率样本数据进行选取；S2、对样本数据分析及建模；S3、确定滤波的频率范围并选择截止频率；S4、确定储能系统ESS的额定功率；S5、储能额定容量选择和建模。该方法根据频谱分析的结果确定低通滤波的截止频率，使补偿更准确，既能满足波动要求，又使容量尽可能小。

An Energy Storage Allocation Method for Smoothing Power Fluctuation of New Energy Output

The invention provides an energy storage configuration method for smoothing the fluctuation of new energy output power, including the following steps: S1, selection of sample data of new energy output power; S2, analysis and modeling of sample data; S3, determination of frequency range of filtering and selection of cut-off frequency; S4, determination of rated power of ESS of energy storage system; S5, selection and modeling of rated capacity of energy storage. This method determines the cut-off frequency of low-pass filter according to the results of spectrum analysis, so that compensation is more accurate, not only can meet the fluctuation requirements, but also make the capacity as small as possible.

【技术实现步骤摘要】
一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法
本专利技术涉及配电网
，具体涉及一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，电力系统已经逐渐发展成为集中式发电、远距离输电的大型电网，由于能源、环境、经济多方面要素影响，传统的火力发电的煤、石油能燃料日益耗尽，亟须新的清洁能源的引入，既保证的能源供给的同时保证排放的气体不污染环境，引入光伏、风能发电无疑是很好的选择，随着国家对于清洁能源的大力倡导，新能源形式正大批量接入电力系统，随着电力系统规模的不断扩大和系统复杂性的增加，电力系统的频率特性也越来越复杂，对电力系统频率的控制变得异常困难；而光伏和风力发电自身的随机性，不确定性，给电网的安全可靠运行带来了越来越多的挑战。中国专利数据库于2012年10月3日公开了一件专利名称为“风光储联合发电系统有功协调控制方法”的专利申请，其专利号为：ZL201210167984.3，该方法通过发挥风能、光能、储能资源的优势互补，有效利用储能系统对电能存储和释放，合理调整风、光等可再生能源，实现风光储联合发电系统的输出功率类似常规电源一样跟踪调度指令。但该方法需要配置电池储能系统，将新能源联合发电系统组建为一个可调度的发电单元，建设成本高，在大规模新能源并网模式下的应用推广受到一定的限制。上海电机学院硕士论文《风光储联合并网发电系统中电池储能单元的平滑控制策略研究》提出了基于模糊控制的SOC主动调节控制策略，但模糊控制的工程实现过程过于复杂，控制精度及动态品质差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，根据频谱分析的结果确定低通滤波的截止频率，使补偿更准确，既能满足波动要求，又使容量尽可能小。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，包括如下步骤：S1、对新能源输出功率样本数据进行选取；S2、对样本数据分析及建模；S3、确定滤波的频率范围并选择截止频率；S4、确定储能系统ESS的额定功率；S5、储能额定容量选择和建模。进一步的，所述步骤S1中对新能源发电系统的功率波动采祥周期为5min，选取片段长度为12h。进一步的，平滑波动的目标是使并网输出有功功率波动满足一定要求：在某时间段内功率波动小于设定值，功率输出波动率定义如下：假定在t时间段内功率波动率用Ft表示则有式中:Pn为新能源额定功率，kW；ΔPt为t时间段内最大功率变化量，Ptmax、Ptmin分别为t时间段内最大与最小输出功率，kW；判断目标功率输出是否满足要求，需要保证波动率不超过设定值Ftup，即：Ft≤Ftup式2根据波动约束条件，求每一个连续时间段t内的最大与最小输出功率为:Ptmax(i)＝max[P(i:i+T/Ts)]式3Ptmin(i)＝min[P(i:i+T/Ts)]式4式中：Ptmax、Ptmin分别为每1个连续时间段t内的最大与最小输出功率；i＝1，2，……，(N-T/Ts)表示从第1个采样数据开始每1个连续的时间段起点，其中T/Ts取整；Ts为样本数据采样周期；N为采样点数；根据式1，计算每一个连续时间段t内的功率波动率，从而得到整个数据周期内的最大功率波动率；对样本数据进行离散傅里叶变换，得到幅频特性：其中，k＝0,1,……,N-1；根据幅频特性，得到功率波动的主要频率范围[ωL,ωH]，ωL，ωH分别为波动频率范围的下限值和上限值。进一步的，在步骤S3中采用一阶低通滤波，以储能放电功率为正，充电功率为负，变量关系为式中：Pv(s)为新能源的输出功率；Pline(s)为并网联络线功率；PE(s)为储能补偿的功率；ωc为滤波器截止频率；将s＝jω代入式6，得幅频特性为储能的补偿容量与补偿频段直接相关，截止频率ωc越小，储能补偿的频率范围就越大，整体的平滑效果越好，但是所需储能容量也越大；在确定系统截止频率时，采用试频法，从低频开始逐渐向高频试；若滤波后得到的联络线功率波动率远远小于约束条件，则配置的储能容量偏大，可将截止频率向高频取；若得到的联络线功率波动率大于约束条件，则需将频率向低频取；当波动率小于并接近约束条件时，为理想的截止频率值。进一步的，确定储能系统ESS的额定功率首先考虑充放电效率，考虑充放电效率的储能功率为式中：n＝1,2,……,N。PE(n)为储能实际充放电功率；PEO(n)为经低通滤波得到的储能参考充放电功率；ηd为放电效率；ηc为充电效率；N为采样数据个数；其次考虑充放电量均衡，储能的充放电功率要保证储能能够连续稳定运行，即在整个运行周期内，不会出现储能不足或过剩的情况；因此，在整个周期内，储能运行过程中应满足净充(放)电电量为0，根据E＝PT可知能量的平衡即体现在功率的平衡上，将储能补偿功率值进行纵坐标的平移，同时将联络线输出功率也进行相反方向的平移，公式如下：P′E[n]＝PE[n]-ΔP式11P′line[n]＝Pline[n]-ΔP式12式中：n＝1，2，……，N；ΔP为平移量；P′E[n]、P′line[n]分别为平移后的储能补偿功率和联络线功率，得知平移后的联络线波动率是不变的；在整个周期内，储能所需补偿功率绝对值的最大值即为储能应具备的最大充放电功率，即储能的额定功率PEN＝max{|P′E[n]|}式13。进一步的，容量确定首先需要充放电量计算，储能的充放电电量为：其中，n＝0，1，2，……，N；电量单位为kW·h；额定容量计算如下：储能系统的剩余能量变化可用荷电状态SOC来表示，计算方法为式中：S为实时荷电状态；S0为初始荷电状态；EN为储能额定容量；充电时E[n]为负，剩余能量增加，SOC增大；放电时E[n]为正，剩余能量减小，SOC降低；储能的初始SOC和能量应能满足：在该SOC下，最大正能量波动时SOC不低于低限值，最大负能量波动时SOC不高于高限值；根据式14求得最大正能量波动值为max{E[n]}，最大负能量波动值为min{E[n]}；设储能系统荷电状态最大和最小允许值分别为Smax和Smin，可得：取满足条件的最小EN，可得：解得：进一步的，对储能初始状态确定，通过式17中两式相等求得初始荷电状态：通过储能参考功率值求得储能的最大正能量波动值和最大负能量波动值，给定SOC的最大最小范围后，得到储能的最小额定容量，并求得储能初始状态；将储能调整在该初值状态后，即可满足整个周期内的充放电需求。本专利技术的有效效果如下：(1)该方法根据频谱分析的结果确定低通滤波的截止频率，使补偿更准确，既能满足波动要求，又使容量尽可能小。(2)补偿功率的计算考虑了储能充放电损耗及充放电电量均衡的约束，得到的补偿功率更真实可靠。(3)储能容量和初始状态的计算考虑了荷电状态的限制，使储能不会过充过放。附图说明图1为本专利技术一阶低通滤波原理图；图2为本专利技术实施例二中某光伏电厂的光伏出力曲线图；图3为本专利技术实施例二中某光伏电厂的光伏出力频谱图；图4为本专利技术实施例二中某光伏电厂的光伏出力频谱图局部放大图。图5为本专利技术实施例二中某光伏电厂的光伏出力、联络线功率及储能功率波形图。图6为本专利技术实施例二中某光伏电厂的储能能量和SOC变化波形图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、对新能源输出功率样本数据进行选取；S2、对样本数据分析及建模；S3、确定滤波的频率范围并选择截止频率；S4、确定储能系统ESS的额定功率；S5、储能额定容量选择和建模。

【技术特征摘要】
1.一种平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、对新能源输出功率样本数据进行选取；S2、对样本数据分析及建模；S3、确定滤波的频率范围并选择截止频率；S4、确定储能系统ESS的额定功率；S5、储能额定容量选择和建模。2.如权利要求1所述的平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，其特征在于：所述步骤S1中对新能源发电系统的功率波动采祥周期为5min，选取片段长度为12h。3.如权利要求2所述的平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，其特征在于：在所述步骤3中，平滑波动的目标是使并网输出有功功率波动满足一定要求：在某时间段内功率波动小于设定值，功率输出波动率定义如下：假定在t时间段内功率波动率用Ft表示则有式中:Pn为新能源额定功率，kW；ΔPt为t时间段内最大功率变化量，Ptmax、Ptmin分别为t时间段内最大与最小输出功率，kW；判断目标功率输出是否满足要求，需要保证波动率不超过设定值Ftup，即：Ft≤Ftup式2根据波动约束条件，求每一个连续时间段t内的最大与最小输出功率为:Ptmax(i)＝max[P(i:i+T/Ts)]式3Ptmin(i)＝min[P(i:i+T/Ts)]式4式中：Ptmax、Ptmin分别为每1个连续时间段t内的最大与最小输出功率；i＝1，2，……，(N-T/Ts)表示从第1个采样数据开始每1个连续的时间段起点，其中T/Ts取整；Ts为样本数据采样周期；N为采样点数；根据式1，计算每一个连续时间段t内的功率波动率，从而得到整个数据周期内的最大功率波动率；对样本数据进行离散傅里叶变换，得到幅频特性：其中，k＝0,1,……,N-1；根据幅频特性，得到功率波动的主要频率范围[ωL,ωH]，ωL，ωH分别为波动频率范围的下限值和上限值。4.如权利要求3所述的平滑新能源输出功率波动的储能配置方法，其特征在于：在步骤S3中采用一阶低通滤波，以储能放电功率为正，充电功率为负，变量关系为式中：Pv(s)为新能源的输出功率；Pline(s)为并网联络线功率；PE(s)为储能补偿的功率；ωc为滤波器截止频率；将s＝jω代入式6，得幅频特性为储能的补偿容量与补偿频段直接相关，截止频率ωc越小，储能补偿的频率范围就越大，整体的平滑效果越好，但是所需储能容量也越大；在确定系统截止频率时，采用试频法，从低频开始逐渐向高频试；若滤波后得到的联络线功率波动率远远小于约束条件，则配置的储能容量偏大，可将截止频率向高频取；若得到的联络线功率波动率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世谦，宋晓凯，耿翠英，王文豪，娄北，林烽，张龙，郭建宇，刘洋，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网河南省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11