基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置。其中，该方法包括：对电场输出功率波动进行储能补偿后的电场的功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得对应的电网频率波动的时间序列；由所述电网频率波动的时域时间序列，获得对应储能充放电时间序列从而确定储能的能量容量和功率容量。本发明专利技术基于理论推导，充分考虑风电随机特性和电网的动态响应特性，且无需借助于商业动态仿真软件，相比其它方法配置的储能容量或功率更贴近实际需求，不会造成储能过度配置或配置不足。该方法可适应于任何场景下的电网，可用于快速评估电网频率稳定性约束下的储能需求评估。

【技术实现步骤摘要】
基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置
本专利技术涉及可再生能源的储能容量和功率容量配置
，尤其涉及一种基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置。
技术介绍
近些年来，可再生能源飞速发展，可再生能源包括诸如风电能源、太阳能源(光伏)等，尤其风电能源输出功率具有间歇性和波动性的特点，大规模的可再生能源接入电网会给电网带来频率稳定性、小干扰稳定性等一系列的影响。通常，利用储能充电和放电的特性可以缓解电网功率的供需平衡，从而维持电网的稳定性。但过度的储能容量和功率的配置会导致成本大幅增加，另外，若储能容量和功率的配置不足又会导致电网的稳定性受影响，因此，储能的容量和功率的优化配置显得十分重要。而已知的储能容量和功率的优化配置往往针对的是诸如独立风机或光伏系统。以风电为例，目前应用较多的是，给独立风力发电系统配置一定的储能(即储能设备的容量配置，既能保证完成自身任务而满足接入电网的需求，又能使得接入电网的电力体系成本尽可能低的优化运行)，采用合适的充放电措施，让风机的输出功率在一定时间尺度下(例如1分钟、10分钟)能满足一定的阈值要求(例如波动率不超过10％)等。可见，现有的储能优化的方案是以风电功率波动率为目标函数，没有结合具体接入的电网来考虑其会对电网有功功率平衡过程造成的影响。可见，以往的方法所存在的缺陷体现在：(1)往往将风电出力认为是确定的，也即所采用的方案实际上是确定性的方案，并没有充分考虑风电出力的随机性；(2)没有考虑接入的电网的响应特性，而常规的电源如火电、水电本身具有一定的惯性响应能力，可以平滑一定的电网功率波动，但风电则不能；(3)以往的方案建立在长时间的对风电时间序列蒙特卡洛仿真(即随机抽样或统计模拟的仿真算法)的基础上，往往需要借助动态仿真商业软件，运算过程比较耗时，不利于现场应用；(4)以往的方法没有结合风电输出功率、电网响应特性等多个因素来综合考虑，往往造成储能配置不足或过度配置。由此，要获得更平衡的配置，就需要对储能容量和功率的优化配置进行改进，提供一种以理论推导基础、充分考虑可再生能源的功率波动随机特性和电网的动态响应特性、配置的储能容量或功率更贴近实际需求、不会造成储能过度配置或配置不足等情形、并且无需借助于高成本的商业动态仿真软件的方案。这样的方案，可适应于任何场景下的电网，并可用于快速实现电网频率稳定性约束下的储能需求评估。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，提出了本专利技术，以解决或至少部分地解决如何基于理论推导结合风电随机特性和接入电网的响应特性以改进优化储能容量和/或功率的配置的技术问题，从而保证配置的储能容量或功率更贴近实际需求不会配置过度或不足，进而也降低了配置成本(无需高成本商业动态仿真软件)。本专利技术为解决上述技术问题提供了一种基于功率谱密度的储能容量和功率的配置优化的方法、系统及装置。第一方面，提供一种基于功率谱密度的配置优化的方法，包括：对电场输出波动功率进行储能补偿，以获得补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度；根据所述电场功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得电网的功率谱密度；根据所述电网的功率谱密度获得对应的电网频率波动功率的时间序列；基于电网频率波动功率的所述时间序列，计算所述储能补偿频段对应的储能的能量容量和功率容量。其中，“对电场输出波动功率进行储能补偿，以获得补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度”，具体包括：将电场输出波动功率的时间序列划分成多个相同时间长度的时间片段；根据所述时间片段的容量系数平均值进行归类，将所有时间片段按照容量系数平均值分成多个组；根据归类到同一组的多个时间片段的电场波动功率的时间序列，经傅里叶变换结合离散推导计算所述同一组的多个时间片段平均功率谱密度；通过设置的频率区间[fl,fu]对平均功率谱密度最大的一组中的电场波动功率的时间序列进行平滑运算，以获得储能补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度。其中，所述“通过设置的频率区间[fl,fu]对平均功率谱密度最大的一组中的电场波动功率的时间序列进行平滑运算”具体包括：对应输入的多个组的平均功率谱密度，设置截止频率fl并更新截止频率fu；对多个组中平均功率谱密度最大的一组所对应的电场输出波动功率的时间序列，利用由所述截止频率fl和fu建立的区间[fl,fu]进行平滑运算：其中，所述为储能补偿后的电场输出波动功率，XT[k]为所述电场波动功率的时间序列经傅里叶结合离散推导时按预定的取样时间Ts而取样N点所获得的第k个波动功率，fk为对应所述第k个波动功率的频率；所述“获得储能补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度”具体包括：将补偿后的电场输出波动功率的时间序列经傅里叶变换获得对应的电场功率谱密度Sx(f)。其中，“根据所述电场功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得电网的功率谱密度”具体包括：将补偿后的对应的所述电场功率谱密度Sx(f)，经构建的频率频域响应模型进行计算，获得对应的电网的功率谱密度Sy(f)：Sy(f)＝|G(f)|2Sx(f)，其中，G(f)为电网频率传递函，f为波动功率的频率。其中，所述“根据所述电网的功率谱密度获得对应的电网频率波动的时间序列”具体包括：将所述电网的功率谱密度，经逆傅里叶变换后，获得对应的电网频率波动功率的时间序列；根据电网频率波动功率的最大值确定所述频率的稳定性是否符合需求；如果不符合需求，则通过梯度搜索更新截止频率fu以重新执行所述“对电场输出波动功率进行储能补偿”；如果符合需求，则基于电网频率波动功率的所述时间序列，计算所述储能补偿频段对应的储能的能量容量和功率容量。其中，所述“基于电网频率波动功率的所述时间序列，计算所述储能补偿频段对应的储能的能量容量和功率容量”，具体包括：确定电网频率波动功率的所述时间序列为储能补偿频段对应的充放电功率的时间序列；校正所述充放电功率的时间序列，并将校正后的充放电功率的最大值作为所述功率容量；根据所述充放电功率的时间序列，对充放电功率进行累积求和，获得能量波动状态，修正所述能量波动状态获得所述能量容量。其中，校正所述充放电功率的时间序列具体包括：其中，ηESS,d为储能的放电效率，ηESS,c为储能的充电效率，eP,T[k]为理论的充放电功率，为校正后实际的充放电功率，k、N为自然数；所述功率容量为：所述获得能量波动状态为：获得所述能量容量为：其中，TS为取样时间间隔，SOCup和SOClow分别为储能系统荷电状态的上下限，并且满足SOClow≤SOC≤SOCup。其中，还包括：判断所述储能补偿频段对应的储能的所述能量容量是否最小；如果是，则输出所述能量容量和所述功率容量作为优化的储能配置；如果否，则通过梯度搜索更新截止频率fl以重新执行所述“对电场输出波动功率进行储能补偿”。第二方面，提供一种基于功率谱密度的配置优化的系统，包括：补偿模块，用于对电场输出波动功率进行储能补偿以获得补偿后的电场输出波动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功率谱密度的配置优化的方法，其特征在于，包括：/n对电场输出波动功率进行储能补偿，以获得补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度；/n根据所述电场功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得电网的功率谱密度；/n根据所述电网的功率谱密度获得对应的电网频率波动功率的时间序列；/n基于电网频率波动功率的所述时间序列，计算所述储能补偿频段对应的储能的能量容量和功率容量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于功率谱密度的配置优化的方法，其特征在于，包括：
对电场输出波动功率进行储能补偿，以获得补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度；
根据所述电场功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得电网的功率谱密度；
根据所述电网的功率谱密度获得对应的电网频率波动功率的时间序列；
基于电网频率波动功率的所述时间序列，计算所述储能补偿频段对应的储能的能量容量和功率容量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，“对电场输出波动功率进行储能补偿，以获得补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度”，具体包括：
将电场输出波动功率的时间序列划分成多个相同时间长度的时间片段；
根据所述时间片段的容量系数平均值进行归类，将所有时间片段按照容量系数平均值分成多个组；
根据归类到同一组的多个时间片段的电场波动功率的时间序列，经傅里叶变换结合离散推导计算所述同一组的多个时间片段平均功率谱密度；
通过设置的频率区间[fl，fu]对平均功率谱密度最大的一组中的电场波动功率的时间序列进行平滑运算，以获得储能补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述“通过设置的频率区间[fl，fu]对平均功率谱密度最大的一组中的电场波动功率的时间序列进行平滑运算”具体包括：
对应输入的多个组的平均功率谱密度，设置截止频率fl并更新截止频率fu；
对多个组中平均功率谱密度最大的一组所对应的电场输出波动功率的时间序列，利用由所述截止频率fl和fu建立的区间[fl，fu]进行平滑运算：



其中，所述为储能补偿后的电场输出波动功率，XT[k]为所述电场波动功率的时间序列经傅里叶结合离散推导时按预定的取样时间Ts而取样N点所获得的第k个波动功率，fk为对应所述第k个波动功率的频率；
所述“获得储能补偿后的电场输出波动功率所对应的电场功率谱密度”具体包括：
将补偿后的电场输出波动功率的时间序列经傅里叶变换获得对应的电场功率谱密度Sx(f)；
所述“根据所述电场功率谱密度，经电网频率频域响应模型获得电网的功率谱密度”具体包括：
将补偿后的对应的所述电场功率谱密度Sx(f)，经构建的频率频域响应模型进行计算，获得对应的电网的功率谱密度Sy(f)：
Sy(f)＝|G(f)|2Sx(f)
其中，G(f)为电网频率传递函，f为波动功率的频率。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述“根据所述电网的功率谱密度获得对应的电网频率波动的时间序列”具体包括：将所述电网的功率谱密度，经逆傅里叶变换后，获得对应的电网频率波动功率的时间序列；
和/或，
还包括：获取所述电网频率波动功率的时间序列中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怡，徐志凌，
申请(专利权)人：北京凌阳伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11