一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法技术

本发明专利技术涉及一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，包括以下步骤：S1、样本数据选择；S2、样本数据分析；S3、确定储能额定功率；S4、确定储能额定容量；S5、确定储能初始状态。本发明专利技术的平滑新能源出力波动的储能优化配置方法应用于储能优化配置，经济性好，计算量小，计算速度快，能有效平滑新能源出力波动。

An optimal allocation method of energy storage to smooth the fluctuation of new energy output

The invention relates to an energy storage optimal configuration method for smoothing the output fluctuation of new energy, which comprises the following steps: S1, sample data selection; S2, sample data analysis; S3, determining the rated power of energy storage; S4, determining the rated capacity of energy storage; S5, determining the initial state of energy storage. The energy storage optimal configuration method for smoothing the fluctuation of new energy output of the invention is applied to the optimal configuration of energy storage, with good economy, small calculation amount, fast calculation speed, and can effectively smooth the fluctuation of new energy output.

【技术实现步骤摘要】
一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法
本专利技术涉及储能优化配置
，具体涉及一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法。
技术介绍
随着传统化石能源资源的日渐枯竭，世界各国对于可再生新能源的利用和发展愈发重视。而随着新能源并网规模不断增大，新能源出力的波动性和间歇性等特点对电网的安全稳定运行造成了较大冲击。而储能装置凭借其快速调节充放电功率的能力成为了目前解决新能源出力波动问题的有效手段之一，储能配置容量越大，新能源出力波动平滑效果越好，但是储能配置所需的成本也会大大增加，因此迫切需要研究一种能够协调两者利益矛盾的储能优化配置方法。由此可见，研究储能优化配置方法对于提高储能建设经济效益和增强新能源并网下的电网运行可靠性具有非常重要的意义。目前，常用于储能优化配置的方法主要由差额补偿法、波动平抑分析法、经济特性优化法等。差额补偿法是指通过储能出力来补偿新能源实际输出功率与目标输出功率之间的差额，并据此确定储能的优化配置结果，该方法虽然计算简单，但是没有考虑到实际运行过程中储能容量的动态变化，配置结果不够经济。波动平抑分析法主要根据储能系统对波动功率的平抑效果进行储能系统容量的优化配置，但补偿频率范围不精确，配置结果难以收敛。经济特性优化法主要是通过建立目标函数和约束条件，将储能系统容量作为其中的优化变量进行优化求解，目前并没有标准统一的目标函数和求解算法，且需要建立多种约束条件，计算过程复杂，计算速度慢。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有的储能优化配置方法不够经济，计算过程复杂以及计算速度慢的问题，提供了一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，经济性好，计算量小，可有效平滑新能源出力波动。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，包括以下步骤：S1：样本数据选择；S2：样本数据分析；S3：确定储能额定功率；S4：确定储能额定容量；S5：确定储能初始状态。本专利技术首先对新能源出力的样本数据进行选取，然后对样本数据进行频谱分析，获取新能源出力的波动频率范围，其次，考虑并网联络线功率波动约束，根据已确定的波动频率范围采用试频法来选取低通滤波截止频率，得到经滤波和修正的并网联络线功率及储能充放电功率，最后考虑充放电平衡约束和储能荷电状态约束，依次确定优化后的储能配置结果，包括储能额定功率、额定容量和初始荷电状态，本专利技术的平滑新能源出力波动的储能优化配置方法应用于储能优化配置，具有经济性好，计算量小，计算速度快以及能有效平滑新能源出力波动的特点。进一步的，在步骤S1中的样本数据选择是指对新能源出力的典型样本数据进行选择，样本数据选择包含样本数据采样周期和样本数据长度选择两部分，根据香农采样定理，不失一般性，选择样本数据采样周期为5min；对于样本数据长度的选择，若储能用于平滑短时功率波动，样本数据长度可选择1h；若储能用于平滑长时功率波动，样本数据长度可选择1d；若新能源出力季节性波动较大，可选取不同季节(夏、冬)的典型日数据；若日数据随机性也较大，可将时间长度延长至1周或1月；有的储能只在特定的季节使用(如丰水季、枯水季)，则可选取新能源的季节数据，大大提高了整个配置方法的准确性。进一步的，在步骤S2中，通过离散傅里叶变换对样本数据进行频谱分析，得到新能源出力的幅频特性如下式所示：上式中，N为采样总数；i为时域中的采样各点；δ为频域中的采样各点；e为自然对数的底数；j为虚数单位；π为圆周率；由以上幅频特性可得到新能源出力功率波动的主要频率范围[wmin，wmax]，wmin，wmax分别为波动频率范围的下限值和上限值，提高了配置方法的科学性。进一步的，在步骤S3中，确定储能额定功率的具体步骤如下：S3.1：确定一阶低通滤波的截止频率，采用一阶低通滤波原理，选择既能满足波动要求，储能容量又尽量小的截止频率，以储能放电功率为正，充电功率为负，可得到储能装置补偿功率、并网联络线功率与新能源出力功率的关系式如下：上式中，PL为新能源并网的联络线功率；PDG为新能源出力功率；PS为储能补偿功率；ωcut为一阶低通滤波器截止频率；s为复频率；将s＝jω代入关系式，得幅频特性如下所示：上式中，ω为新能源出力功率波动频率；在新能源出力功率波动频率范围[wmin，wmax]内，采用试频法确定截止频率ωcut；从低频开始逐渐向高频试，直到滤波后输出的联络线功率波动率小于并接近功率波动约束条件时，输出此时对应的截止频率即为最终较为理想的值，功率波动约束条件表达式如下所示：上式中，PFt表示在t时间段的联络线功率波动率；分别表示t时间段内最大与最小联络线功率；PN为新能源出力的额定功率；PFmax为功率波动率的最大限值，为使功率曲线在满足平滑波动要求的同时提高储能配置的经济性，选取PFmax值为8％，在每一个连续时间段T内，计算式如下所示：上式中，分别为每1个连续时间段T内的最大与最小输出功率；k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；S3.2：确定储能额定功率，储能额定功率为储能所需补偿功率绝对值的最大值，其计算式如下所示：上式中，PSN为储能额定功率；PS[i]为在第i个采样点下考虑充放电效率的储能实时补偿功率，储能补偿功率需要满足充放电量均衡的约束，即在整个运行周期内，储能净充放电电量之和为0，其约束表达式如下所示：整个储能优化配置方法的经济性好，减少了计算量，简化了计算过程，提高了计算速度，也提高了整个方法的精确度。进一步的，在步骤S4中，确定储能额定容量的具体步骤如下：S4.1：计算储能实时充放电量，储能实时充放电量的计算式如下所示：上式中，E[i]为储能在i时间段的充放电量，正值为放电量，负值为充电量；Ts为样本数据采样周期，除以3600是将时间换算成小时，得到的电量单位为kW·h；S4.2：计算储能额定容量，储能额定容量EN的计算式如下所示：上式中，SOCmax和SOCmin为储能荷电状态(SOC,stateofcharge)的最大限值和最小限值。进一步的，在步骤S5中，储能的初始状态SOC0由如下计算式求得：只要将储能初始状态调整至SOC0，即可满足整个采样周期内的充放电需求，具有较高的经济性，而且精确度高，科学性高，能有效平滑新能源出力波动。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术首先对新能源出力的样本数据进行选取，提出了样本采样周期和样本数据长度的确定方法，然后，采用离散傅里叶变换对样本数据进行频谱分析，获取新能源出力的波动频率范围，其次，考虑并网联络线功率波动约束，根据已确定的波动频率范围采用试频法来选取低通滤波截止频率，得到经滤波和修正的并网联络线功率及储能充放电功率，最后考虑充放电平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：样本数据选择；/nS2：样本数据分析；/nS3：确定储能额定功率；/nS4：确定储能额定容量；/nS5：确定储能初始状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：样本数据选择；
S2：样本数据分析；
S3：确定储能额定功率；
S4：确定储能额定容量；
S5：确定储能初始状态。


2.根据权利要求1所述的平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，其特征在于，在步骤S1中的样本数据选择是指对新能源出力的典型样本数据进行选择，样本数据选择包含样本数据采样周期和样本数据长度选择两部分。


3.根据权利要求1所述的平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，其特征在于，在步骤S2中，通过离散傅里叶变换对样本数据进行频谱分析，得到新能源出力的幅频特性如下式所示：



上式中，N为采样总数；i为时域中的采样各点；δ为频域中的采样各点；e为自然对数的底数；j为虚数单位；π为圆周率；由以上幅频特性可得到新能源出力功率波动的主要频率范围[wmin，wmax]，wmin，wmax分别为波动频率范围的下限值和上限值。


4.根据权利要求1所述的平滑新能源出力波动的储能优化配置方法，其特征在于，在步骤S3中，确定储能额定功率的具体步骤如下：
S3.1：确定一阶低通滤波的截止频率，采用一阶低通滤波原理，选择既能满足波动要求，储能容量又尽量小的截止频率，以储能放电功率为正，充电功率为负，可得到储能装置补偿功率、并网联络线功率与新能源出力功率的关系式如下：






上式中，PL为新能源并网的联络线功率；PDG为新能源出力功率；PS为储能补偿功率；ωcut为一阶低通滤波器截止频率；s为复频率；将s＝jω代入关系式，得幅频特性如下所示：



上式中，ω为新能源出力功率波动频率；
在新能源出力功率波动频率范围[wmin，wmax]内，采用试频法确定截止频率ωcut；从低频开始逐渐向高频试，直到滤波后输出的联络线功率波动率小于并接近功率波动约束条件时，输出此时对应的截止频率即...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世龙，宋双商，刘上嘉，阳细斌，林清华，王彦波，曾挺，郑华，敖进财，谢涛，古耀全，谢其锋，唐晓军，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司阳江供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44