一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法技术

一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法属于电力系统调度运行技术领域。本发明专利技术根据风功率预测结果，制定调度指令，即风/储集成发电系统期望输出，进而通过滚动优化方法，在满足充放电深度等约束、储能系统荷电状态的前提下，通过计算得到未来调度周期内储能系统的控制指令，以保证风/储集成发电系统中风功率与储能系统有功的合成功率输出在最大程度上跟踪调度指令。本发明专利技术对储能系统进行控制能够有效地提高风电场的可调度性，在跟踪调度指令的同时保证了集成发电系统合成功率输出的平滑性，为调度运行人员指导系统运行提供合理的辅助决策。辅助决策。辅助决策。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法


[0001]本专利技术属于电力系统调度运行
，特别是涉及到一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法。

技术介绍

[0002]风能作为一种清洁的可再生能源，在世界范围内得到快速的发展。然而，由于风速的随机波动性，风电场的输出电能具有波动性和不确定性，会对电网产生冲击，尤其造成频率偏移，严重时将引发大规模恶性事故，这在一定程度上制约了风电的快速发展。储能作为一种平抑风电功率波动的有效手段，受到越来越多的重视。随着电力系统中大规模储能的应用提高了风电场/群的可调度性，有效地降低了大规模风电并网给电网带来的运行风险，抑制频率偏移。但是研究表明，不同时间尺度下的风电功率波动，对电力系统的不同方面，如系统备用、能量调度和安全运行等，造成的影响是不同的。因此，电力公司通常要求并网风电场在不同时间尺度内的最大功率波动值满足不同的指标。目前，常规的控制方法主要是基于一阶低通滤波的方法，其算法原理简单、运算速度快，得到了广泛的工程应用。风速的随机波动使得风电场有功输出的可调度性较弱，在很大程度上限制了风能的利用效率。随着风电渗透率的不断提高，其较弱的可调度性增加了电网的运行风险，弃风问题较为突出。
[0003]综上所述，现有技术当中亟需要一种平抑风电场有功输出，使风电场与储能的合成输出与风电场风功率预测之间的偏差最小，引入调度指令，提高风电场的可调度性的方法，以解决此类问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法用于解决常规的抑制电网频率偏移的方法可调度性较弱，弃风问题较为突出的技术问题。
[0005]一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法，所述电网中通过输电线路并网连接有风/储集成发电系统；所述风/储集成发电系统包括风电场、储能电池组BESS、变流器、变压器及功率调节单元；所述储能电池组BESS连接至风电场并网节点处，储能电池组BESS通过变流器进行充电或放电，以平滑风/储集成发电系统注入电网的净功率；包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
[0006]步骤一、建立风功率预测模型，所述模型采用自回归滑动平均模型ARMA 的风功率预测方法利用预测公式对风电场风功率进行预测，获得风功率预测值；
[0007]步骤二、根据历史风功率数据，选取固定间隔的采样时间点，通过风功率预测模型对风/储集成发电系统进行预测并获得未来H个调度周期的风功率预测值，将风功率预测值发送给电网中的电网调度中心，电网调度中心根据接收到的风功率预测值生成为调度指令P
D
；
[0008]步骤三、通过风场本地量测获得实际输出风功率P
W
，计算并获得调度指令P
D
和风场实际输出风功率P
W
的差值，通过储能电池组BESS中的功率控制外环目标整定值计算并获得储能电池组BESS的充放电功率P
B
，通过充放电功率P
B
补偿调度指令P
D
和风场实际输出风功率P
W
的差值，使风/储集成发电系统并入电网后的风功率尽可能地接近调度指令P
D
；
[0009]步骤四、将风/储集成发电系统并网后的合成功率作为净功率P
G
，即风电功率与储能电池组BESS功率之和，P
G
跟踪电网调度中心下达的调度指令P
D
，并获得风/储集成发电系统的功率和能量平衡方程：
[0010]P
G
(k+1)＝P
B
(k)+P
W
(k)
[0011]E
B
(k+1)＝E
B
(k)
‑
ηΔT
B
P
B
(k)(1)
[0012]其中，P
G
(k+1)为第k+1时刻注入电网的净功率；P
B
(k)为k时刻的充放电功率控制信号，当P
B
(k)>0时表示储能电池组BESS放出的功率；当P
B
(k)<0时，表示储能电池组BESS吸收的功率；P
W
(k)表示k时刻的风功率；E
B
(k+1)表示k+1时刻储能电池组BESS剩有的能量；E
B
(k)表示k时刻储能电池组BESS剩有的能量；
△
T
B
是从MW到MWh的转换系数；η为电池的转换效率，此处取90％；
[0013]步骤五、将风/储集成发电系统的功率和能量平衡方程(1)转换成状态空间模型为：
[0014][0015]公式(2)中，x(k+1)为k+1时刻状态量；x(k)为k时刻状态量；u(k)为k时刻输入量；y(k)为k时刻输出量；A为状态矩阵；B1为控制矩阵；C为输出矩阵；
[0016]其中，状态量x(k)为：
[0017][0018]公式(3)中，x1(k)等于P
G
(k)即为第k时刻注入电网的净功率；x2(k)等于E
B
(k)表示k时刻储能电池组BESS剩有的能量；
[0019]设定式(2)所示状态空间模型输入：u(k)＝P
B
(k)；式(2)所示状态空间模型控制输出：y(k)＝P
G
(k)；可得：
[0020]C＝[10](4)；
[0021]步骤六、对储能电池组BESS受荷电状态和充放电功率进行约束，控制矩阵Q＝[B1,AB1]是满秩，表明该风/储集成发电系统可控，至此，基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统建立完成；
[0022]步骤七、利用建立完成的基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统进行抑制风功率波动引起电网频率偏移：
[0023]①
首先对风电场指定调度周期的风功率进行预测，在该调度周期开始前，先预测并获得指定调度周期的前一个调度周期内的多个风功率预测值，所述多个风功率预测值的采样时间间隔相同，将多个风功率预测值的平均值作为该周期的调度指令，并获得此调度周期内采样时间间隔固定的多个风功率预测值的平均值，将其作为下一调度周期的调度指
令，如此滚动调度，将各调度周期的调度指令作为模型预测控制MPC的参考输出，使基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统的合成功率输出P
G
跟踪相应的调度指令；
[0024]②
以风/储集成发电系统合成功率输出P
G
能跟踪调度指令和储能电池组BESS动作量最小为控制目标，通过滚动优化获得下一调度周期内储能电池组BESS功率控制指令u，将控制目标表示成二次型为：
[0025][0026][0027]式中，J(u)表示目标函数，y(k+j)表示预测输出，r(k+j)表示未来k+j时刻系统的调度指令，j＝1,
…
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制风功率波动引起电网频率偏移的方法，所述电网中通过输电线路并网连接有风/储集成发电系统；所述风/储集成发电系统包括风电场、储能电池组BESS、变流器、变压器及功率调节单元；所述储能电池组BESS连接至风电场并网节点处，储能电池组BESS通过变流器进行充电或放电，以平滑风/储集成发电系统注入电网的净功率；其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：步骤一、建立风功率预测模型，所述模型采用自回归滑动平均模型ARMA的风功率预测方法利用预测公式对风电场风功率进行预测，获得风功率预测值；步骤二、根据历史风功率数据，选取固定间隔的采样时间点，通过风功率预测模型对风/储集成发电系统进行预测并获得未来H个调度周期的风功率预测值，将风功率预测值发送给电网中的电网调度中心，电网调度中心根据接收到的风功率预测值生成为调度指令P
D
；步骤三、通过风场本地量测获得实际输出风功率P
W
，计算并获得调度指令P
D
和风场实际输出风功率P
W
的差值，通过储能电池组BESS中的功率控制外环目标整定值计算并获得储能电池组BESS的充放电功率P
B
，通过充放电功率P
B
补偿调度指令P
D
和风场实际输出风功率P
W
的差值，使风/储集成发电系统并入电网后的风功率尽可能地接近调度指令P
D
；步骤四、将风/储集成发电系统并网后的合成功率作为净功率P
G
，即风电功率与储能电池组BESS功率之和，P
G
跟踪电网调度中心下达的调度指令P
D
，并获得风/储集成发电系统的功率和能量平衡方程：P
G
(k+1)＝P
B
(k)+P
W
(k)E
B
(k+1)＝E
B
(k)
‑
ηΔT
B
P
B
(k)(1)其中，P
G
(k+1)为第k+1时刻注入电网的净功率；P
B
(k)为k时刻的充放电功率控制信号，当P
B
(k)>0时表示储能电池组BESS放出的功率；当P
B
(k)<0时，表示储能电池组BESS吸收的功率；P
W
(k)表示k时刻的风功率；E
B
(k+1)表示k+1时刻储能电池组BESS剩有的能量；E
B
(k)表示k时刻储能电池组BESS剩有的能量；
△
T
B
是从MW到MWh的转换系数；η为电池的转换效率，此处取90％；步骤五、将风/储集成发电系统的功率和能量平衡方程(1)转换成状态空间模型为：公式(2)中，x(k+1)为k+1时刻状态量；x(k)为k时刻状态量；u(k)为k时刻输入量；y(k)为k时刻输出量；A为状态矩阵；B1为控制矩阵；C为输出矩阵；其中，状态量x(k)为：公式(3)中，x1(k)等于P
G
(k)即为第k时刻注入电网的净功率；x2(k)等于E
B
(k)表示k时刻储能电池组BESS剩有的能量；设定式(2)所示状态空间模型输入：u(k)＝P
B
(k)；式(2)所示状态空间模型控制输出：y(k)＝P
G
(k)；可得：
步骤六、对储能电池组BESS受荷电状态和充放电功率进行约束，控制矩阵Q＝[B1,AB1]是满秩，表明该风/储集成发电系统可控，至此，基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统建立完成；步骤七、利用建立完成的基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统进行抑制风功率波动引起电网频率偏移：
①
首先对风电场指定调度周期的风功率进行预测，在该调度周期开始前，先预测并获得指定调度周期的前一个调度周期内的多个风功率预测值，所述多个风功率预测值的采样时间间隔相同，将多个风功率预测值的平均值作为该周期的调度指令，并获得此调度周期内采样时间间隔固定的多个风功率预测值的平均值，将其作为下一调度周期的调度指令，如此滚动调度，将各调度周期的调度指令作为模型预测控制MPC的参考输出，使基于模型预测控制MPC的风/储集成发电系统的合成功率输出P
G
跟踪相应的调度指令；
②
以风/储集成发电系统合成功率输出P
G
能跟踪调度指令和储能电池组BESS动作量最小为控制目标，通过滚动优化获得下一调度周期内储能系统功率控制指令u，将控制目标表示成二次型为：示成二次型为：式中，J(u)表示目标函数，y(k+j)表示预测输出，r(k+j)表示未来k+j时刻系统的调度指令，j＝1,
…
,p；t
w
表示误差输出权重系数，t
u
表示控制增量权重系数，u...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，吕项羽，李德鑫，王佳蕊，张海锋，冷俊，刘畅，王伟，高松，庄冠群，张家郡，张懿夫，付长虹，朱士帅，王博，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司电力科学研究院吉林省电力科学研究院有限公司东北电力大学，
类型：发明
国别省市：