【技术实现步骤摘要】
考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法
本专利技术涉及电网调频
，以日前调度为研究背景，在电力市场环境下，提出一种考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法。
技术介绍
近年来，以风电为代表的新能源装机迅速提高，但是风电出力随机性使得风电场无法精确跟踪发电计划，导致电源侧功率波动加剧，严重威胁电网频率安全，储能作为解决风电并网问题的有效手段，受国家政策支持，在辅助风电场跟踪发电计划、改善电网频率波动等方面均有突出表现。但是，现有研究一方面只单独考虑储能辅助风电场跟踪发电计划或参与调频，工作模式较为单一；另一方面只从技术角度制定相应控制策略，并未在电力市场环境下从经济最优角度制定储能出力，因而，研究考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法对储能在调频领域的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的缺点，提供一种考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，不仅提高风电场跟踪日前调度计划能力和电网频率安全性，同时还具有良好的经济效益。为实现上述目的所采用的技术方案首先构建了协调电网内部各发电资源发电量的日前调度计划形成过程，并利用区域电网调频模型计算调频极限，通过比较调频极限与等效负荷波动的大小来确定储能运行工况；其次提出了辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频相结合的储能控制策略，并在电力市场背景下建立风储运行模型，用来获得储能最优出力；最后采用Matlab进行算例仿真，分析所提方法和模型的有效性。本专利技术的技术方案是：一种考虑风电调度和调频极限的储能优化...
【技术保护点】
1.一种考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：利用储能辅助风电场跟踪日前调度计划并参与调频的策略，在电力市场环境下建立以风储电站利润最大为目标的风储运行模型，用来计算储能辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频的最优出力，具体包括以下步骤：/n1)日前调度计划和电网调频极限分析/n①利用风电场预测出力、负荷预测出力和火电机组出力的数据，制定风电场调度计划和火电机组调度计划，实现电网功率平衡；/n②电网调频极限分析/n引入调频极限来描述电网的极限调频能力，定义如下:在仅有传统电源参与调频的情况下，火电机组将电网频率维持在允许波动范围内所能承受的最大等效负荷波动即最大可承受等效负荷波动称为电网调频极限，记为
【技术特征摘要】
1.一种考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：利用储能辅助风电场跟踪日前调度计划并参与调频的策略，在电力市场环境下建立以风储电站利润最大为目标的风储运行模型，用来计算储能辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频的最优出力，具体包括以下步骤：
1)日前调度计划和电网调频极限分析
①利用风电场预测出力、负荷预测出力和火电机组出力的数据，制定风电场调度计划和火电机组调度计划，实现电网功率平衡；
②电网调频极限分析
引入调频极限来描述电网的极限调频能力，定义如下:在仅有传统电源参与调频的情况下，火电机组将电网频率维持在允许波动范围内所能承受的最大等效负荷波动即最大可承受等效负荷波动称为电网调频极限，记为
2)储能最优控制策略
①储能控制策略框架
Ⅰ按形成的风电场调度计划，计算电网调频极限，并判断等效负荷波动是否超过电网调频极限；
Ⅱ由判断结果选择储能的工作模式，制定储能控制策略；
Ⅲ以风储电站利润最大为目标函数，建立基于风储出力约束和频率安全约束的风储运行模型，通过求解风储运行模型得到储能最优出力；
②建立风储运行模型
Ⅰ目标函数
建立包括风储电站运行成本及其收入的目标函数；
Ⅱ约束条件
按储能主要目标不同，将风储运行模型的约束条件分为两种：以跟踪调度计划为主要目标时的约束和以保证电网频率安全为主要目标时的约束；
Ⅲ评价指标
根据储能辅助风电场跟踪调度计划和参与调频的两种工况，提出评价指标。
2.如权利要求1所述的考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：所述步骤1)的①利用风电场预测出力、负荷预测出力和火电机组出力数据，制定风电场调度计划和火电机组调度计划，实现电网功率平衡见式(1)：
其中，分别为t时刻风电场调度计划出力、火电机组调度计划出力、负荷预测出力，Pb，t为储能在t时刻的出力；为风电场在t时刻的实际出力，为风储电站在t时刻的总出力。
3.如权利要求1所述的考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：所述步骤1)的②电网调频极限分析，具体如下：
将风电波动视为负的负荷波动，与常规负荷波动共同构成等效负荷波动，记为ΔPequL,t；
由调频极限的定义可知，计算调频极限就是计算区域电网最大可承受等效负荷波动，具体计算方法如下:
电网频率偏差大小取决于等效负荷和火电机组的有功功率平衡程度，有功功率不平衡量与频率偏差的关系为:
其中，ΔPequL(s)为等效负荷波动，M为电网惯性时间常数，D为负荷阻尼系数，ΔPG(s)为机组调频出力，ΔF(s)为电网频率偏差，KG为机组单位调节功率，Tg为火电机组调速器时间常数ΔPG(s)，如式(3)所示:
其中ΔP1(s)为一次调频出力，ΔP2(s)为二次调频出力，FHP为汽轮机再热器增益；TRH为再热器时间常数；TCH为汽轮机时间常数，Gg(s)为机组传递函数，β0为电力系统偏差系数，Kp、KI为控制器比例积分参数，s为拉普拉斯算子。
将式(3)代入式(2)，整理得调频模型的传递函数H(s)如式(4)所示:
其中，Kd为火电机组调频死区对频率的影响系数；
等效负荷波动与频率偏差、传递函数的关系如式(5)所示：
当电网允许的频率波动范围为[-ΔF1(s),ΔF1(s)]时，电网可承受的等效负荷波动为:
因此当电网所允许的频率波动达到最大范围[-ΔF(s)max,ΔF(s)max]时，最大可承受等效负荷波动为:
由传递函数H(s)可画出区域电网幅频特性图，求得|H(s)|max，从而可由式(7)计算得电网最大可承受等效负荷波动标幺值即调频极限；
将标幺值换算为有名值，区域电网的调频极限如式(8)所示:
其中，Pbase为基准功率；为调频极限上限，等于最大可承受等效负荷波动上限；为调频极限下限，等于最大可承受等效负荷波动下限。
4.如权利要求1所述的考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：所述步骤2)的①之Ⅱ由判断结果选择储能的工作模式，具体为：
(a)当等效负荷波动不超过调频极限时，储能以跟踪调度计划为主要目标，通过充放电调整风电场实际出力与调度计划的偏差，使其精确响应调度计划；
(b)当等效负荷波动超过调频极限时，储能以保证电网频率安全为主要目标，强制储能参与调频，补充火电机组的调频功率缺额。
5.如权利要求1所述的考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：所述步骤2)的①之Ⅲ以风储电站利润最大为目标函数，建立基于风储出力约束和频率安全约束的风储运行模型，具体如下：
为了获得所提控制策略下储能用于跟踪调度计划和参与调频的最优出力，由式(2)中风电场调度计划形成风储电站联合出力约束，简称风储出力约束，由电网调频极限形成频率安全约束，以风储电站利润最大为目标函数，建立基于风储出力约束和频率安全约束的风储运行模型，通过求解模型得到储能最优出力；
储能出力、风储电站联网功率和风储电站总出力表达式如下:
用分别表示储能充、放电的0-1变量，二者关系如式(9)所示：
式(9)规定在同一时间，储能只能工作在充电状态或放电状态；
储能在t时刻的出力Pb，t如式(10)所示：
其中，分别为储能在t时刻的充电功率、放电功率、向下调频功率、向上调频功率；
t时刻风储电站的实际联网功率如式(11)所示：
t时刻风储电站实际联网和参与调频的总功率如式(12)所示:
式(9)-(12)中的通过求解风储运行模型获得。
6.如权利要求1所述的考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法，其特征是：所述步骤2)的②风储运行模型之Ⅰ目标函数，具体如下：
风储联合运行的目标函数包括两部分：风储电站运行成本及其收入，如式(13)所示：
式中，分别为t时刻风储电站的利润、收入、运行成本；T为总结算次数，取96；
(a)风储电站运行成本
风储电站的运行成本主要由储能初始投资折旧费储能运行成本充放电过程中的能量损失风储电站出力偏离调度计划惩罚构成，表达式如式(14)所示:
(A)储能初始投资折旧
其中，ccap表示储能的单位容量成本，取1600元/kWh；Erate表示风电场配置的储能额定容量；r为折现率，取8％；Tlife为储能寿命周期，取10年；
(B)储能寿命折损成本
将储能寿命衰减及其导致的更换成本简化为每个结算周期上的储能寿命折损成本，包括:辅助风电场跟踪调度计划时的寿命折损...
【专利技术属性】
技术研发人员：李翠萍，侯涛，李婧，冯长胜，闫佳琪，李军徽，马冬梅，阚中锋，郭健，韩冬，张家兴，高冶，李达，杨烁，梁玉珠，
申请(专利权)人：东北电力大学，国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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