基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法技术

基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，属于电力系统新能源调频领域，包括以下步骤：步骤1：获取电力系统的基础数据；步骤2：构建风电场一次调频需求与风机一次调频备用容量模型；步骤3：构建储能全寿命周期成本模型；步骤4：构建基于机会约束规划的储能容量优化模型；步骤5：依据风储系统提供的一次调频容量满足系统一次调频需求的概率确定机会约束置信度；步骤6：采用蚁狮优化算法求解，选取最佳储能容量配备方案。本发明专利技术解决了目前风储联合系统在调频方面多关注在控制策略上而忽略了储能的容量配置成本，且风电并网电力系统中的储能容量优化配置更多集中在改善风电出力的波动性，并非辅助风电参与调频上的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法


[0001]本专利技术属于电力系统调频
，具体涉及一种基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法。

技术介绍

[0002]随着风电渗透率的逐渐提高，由于风能的随机性和间歇性，大规模风电并网对电力系统的安全运行造成的不利影响愈加凸显，其接入和消纳问题称为目前阻碍风电发展的主要障碍。风电系统要求具备调频能力受到日益关注。如今的变速风电机组一般会运行最大功率跟踪模式，并不参与到电网调频中，这样会降低电力系统一次调频的能力。而风电机组通过变桨距角控制调频策略会造成风力资源的浪费，降低风电场的效益，但储能系统具有响应迅速、爬坡速率大、可充可放、可提高风电利用率、改善风电出力波动等优点，不仅可弥补风电机组变桨距控制策略响应慢的缺点，还可减少风电场因提供一次调频备用容量而造成的弃风损失，使其参与风电场调频称为一种可行的方案。
[0003]目前已有不少学者研究了风储联合调频的问题。合理的储能容量配置方案是开发利用可再生能源的重要基础。文献[1]《基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略》(电力系统自动化,45(19):52
‑
59.李军徽等,2021年)中提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略，既能兼顾整个调频过程的动态特性及稳态特性，又能实现多种控制方式之间的平滑切换。但其重点在于风储系统联合调频的控制策略上，对于储能的容量配置问题没有进行深入研究，而储能容量配置问题对风储联合系统的经济性运行颇为重要。
[0004]文献[2]《结合随机规划和序贯蒙特卡洛模拟的风电场储能优化配置方法》(doi:10.13335/j.1000
‑
3673.pst.2017.2421，吴玮坪等，2018年)中提出结合多场景随机规划与序贯蒙特卡洛模拟方法，并考虑了储能寿命折损，提出一种风电场内储能系统优化配置模型。但其研究成果更多的集中在如何通过优化配置储能系统的容量来改善风电出力的波动性，并非辅助风力发电参与电力系统调频。
[0005]因此，如何科学地对风储联合调频系统中的储能容量配置进行优化，使储能参与风电一次调频中，充分利用其响应迅速、爬坡速率大、可充可放、提高风电利用率，同时保证风储联合系统运行有较好的经济性，为我国未来含高比例可再生能源的电力系统发展和储能系统规划与运行具有重大的现实意义。

技术实现思路

[0006]为了解决目前风储联合系统在调频方面多关注在控制策略上而忽略了储能的容量配置成本、且风电并网电力系统中的储能容量优化配置更多集中在改善风电出力的波动性，并非辅助风电参与调频上的问题。本专利技术提供一种基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，该方法在风电场中配置适量储能，考虑其全寿命周期成本，利用其响应快速、灵活可控的特点，参与风电场的一次频率响应，在风储联合调频可信度与系统运
行成本之间进行折中。
[0007]本专利技术采取的技术方案为：
[0008]基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：获取电力系统的基础数据；
[0010]步骤2：构建风电场一次调频需求与风电机组一次调频备用容量模型；
[0011]步骤3：构建储能全寿命周期成本模型；
[0012]步骤4：基于步骤3建立的储能全寿命周期成本模型，构建基于机会约束规划的储能容量优化模型；
[0013]步骤5：依据风储系统提供的一次调频容量满足系统一次调频需求的概率，确定机会约束置信度；
[0014]步骤6：采用蚁狮优化算法，选取最佳储能容量配备方案。
[0015]所述步骤1中，获取电力系统的基础数据包括：
[0016]①
、风电场一年的风速数据；
[0017]②
、下垂系数R、频率偏差值Λf、频率调节持续时间T
d
；
[0018]③
、风储调频中各成本参数信息，包括：储能单位功率成本c
p
，储能单位容量成本c
e
，等年值系数CRF，储能单位功率年运行维护成本系数c
k
，储能单位容量年运行维护成本系数c
v
，风电上网单价k
w
，风储参与一次调频的服务价值k
f
，风储联合调频不足时的惩罚成本系数k
no
。
[0019]所述步骤2中构建的模型具体如下：
[0020]1)风电场发电机组的一次调频特性由调差系数R来体现：
[0021][0022]式中，R为调差系数；f
N
为电力系统的额定频率；
△
f为系统的频率偏差；
△
P为发电机组的有功变化；P
GN
为发电机组的发电功率。下垂系数R一般取值为0.04～0.06，一次调频作用的持续时间一般为30s左右。
[0023]风电场要具备类似于传统火电机组的一次频率调节能力，其需向电网提供的功率和电量分别为：
[0024][0025]E
O
(v)＝P
O
(v)
×
T
s
；
[0026]式中，P
O
(v)和E
O
(v)为风速为v时的参与一次调频所需功率和容量；P
w
(v)为风速为v时风电所发功率；T
s
为风速采样间隔时间，单位：s。
[0027]2)风电机组一次调频备用容量：
[0028]P
γ
(v)＝P
opt
(v)
‑
P(v)；
[0029]E
γ
(v)＝P
γ
(v)T
d
；
[0030]式中，P
γ
(v)和E
γ
(v)分别为风速为v时的一次调频备用功率与备用容量；P
opt
(v)为发电功率P(v)运行于最大功率点跟踪状态下的功率；T
d
为一次调频持续时间。
[0031]所述步骤3中，根据国际电工委员会制定的IEC 60300
‑3‑
3标准的定义，全寿命周期成本(life cycle cost,LCC)是指在整个系统的寿命周期内，发生的或可能发生的一切
直接的、间接的、派生的或非派生的所有费用。主要包括投资成本和运行维护成本两方面，储能全寿命周期成本模型为：
[0032]C
LCC
＝C
in
+C
om
+C
else
；
[0033]式中，C
in
为储能投资成本；C
om
为储能运行维护成本；C
else
为储能土建、回收及其他成本。
[0034]所述步骤4中构建的模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：获取电力系统的基础数据；步骤2：构建风电场一次调频需求与风电机组一次调频备用容量模型；步骤3：构建储能全寿命周期成本模型；步骤4：基于步骤3建立的储能全寿命周期成本模型，构建基于机会约束规划的储能容量优化模型；步骤5：依据风储系统提供的一次调频容量满足系统一次调频需求的概率，确定机会约束置信度；步骤6：采用蚁狮优化算法，选取最佳储能容量配备方案。2.根据权利要求1所述基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，其特征在于：所述步骤1中，获取电力系统的基础数据包括：
①
、风电场一年的风速数据；
②
、下垂系数R、频率偏差值Λf、频率调节持续时间T
d
；
③
、风储调频中各成本参数信息，包括：储能单位功率成本c
p
，储能单位容量成本c
e
，等年值系数CRF，储能单位功率年运行维护成本系数c
k
，储能单位容量年运行维护成本系数c
v
，风电上网单价k
w
，风储参与一次调频的服务价值k
f
，风储联合调频不足时的惩罚成本系数k
no
。3.根据权利要求1所述基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，其特征在于：所述步骤2中构建的模型具体如下：1)风电场发电机组的一次调频特性由调差系数R来体现：式中，R为调差系数；f
N
为电力系统的额定频率；
△
f为系统的频率偏差；
△
P为发电机组的有功变化；P
GN
为发电机组的发电功率；风电场向电网提供的功率和电量分别为：E
O
(v)＝P
O
(v)
×
T
s
；式中，P
O
(v)和E
O
(v)为风速为v时的参与一次调频所需功率和容量；P
w
(v)为风速为v时风电所发功率；T
s
为风速采样间隔时间，单位：s；2)风电机组一次调频备用容量：P
γ
(v)＝P
opt
(v)
‑
P(v)；E
γ
(v)＝P
γ
(v)T
d
；式中，P
γ
(v)和E
γ
(v)分别为风速为v时的一次调频备用功率与备用容量；P
opt
(v)为发电功率P(v)运行于最大功率点跟踪状态下的功率；T
d
为一次调频持续时间。4.根据权利要求1所述基于机会约束规划的风储联合调频中储能的容量优化方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云海，石基辰，崔黎丽，燕良坤，高怡欣，陈奥洁，石亮波，李伟，宋德璟，张智颖，郑培城，张泰源，陈潇潇，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：