一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法技术

一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，包括以下步骤：步骤1：建立多能互补提供频率支撑的频率安全模型；步骤2：将步骤1建立的频率安全模型线性化后嵌入到典型日运行中；步骤3：采用基于生对抗网络的分布鲁棒优化方法，实现在新能源出力最劣概率分布下的储能容量规划。该方法引入储能环节可以实现需求侧管理，缓解昼夜峰谷差和促进新能源消纳，从而有效地提高电网的能源利用效率；同时，储能也是优质的调频资源，可以提高电网的调节能力和响应速度。能力和响应速度。能力和响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法


[0001]本专利技术涉及电网优化储能
，具体涉及一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著，但是新能源大规模的发展和集中式接入对我国电网运行调度造成严重的影响。一方面由于新能源的发电量具有较大的波动性和不确定性，导致系统“弃风”和“切负荷”等问题较为严重；另一方面，随着新能源渗透率的不断增加，电力系统的转动惯量和调频能力也随之降低，这导致了高比例新能源接入系统的频率安全问题日益突出。
[0003]储能在电网的“发
‑
输
‑
变
‑
配
‑
储”五大环节中扮演着重要角色，具有多重功能和优势。首先，引入储能环节可以实现需求侧管理，缓解昼夜峰谷差和促进新能源消纳，从而有效地提高电网的能源利用效率。其次，储能也是优质的调频资源，它可以提高电网的调节能力和响应速度。通过以上分析可知，储能在维护电力系统的安全稳定运行以及促进新能源消纳方面发挥着重要作用。在高比例新能源系统中，增加储能装置是解决运行问题的有效途径。然而目前储能装置的投资成本仍然较高，大规模投资储能并不现实。
[0004]在储能容量的配置过程中，必须考虑新能源接入对系统惯量水平和调频能力的影响。如果忽略这些因素，配置的储能容量可能无法满足实际需求。因此，在新能源电场的储能建设阶段，就要充分考虑因频率安全需求而导致的系统调节能力降低，以及由此进一步导致的弃风切负荷等问题。此外，准确刻画可再生能源的不确定性也是储能规划的关键。
[0005]随着具有不确定性的新能源大规模并网，电力系统的频率安全面临严峻挑战，而合理规划储能是维持电力系统稳定运行和应对可再生能源不确定性的重要手段。
[0006]目前，针对不确定性的优化方法主要包括随机优化(Stochastic Optimization，SO)、鲁棒优化(Robust Optimization，RO)。其中，随机优化需要根据不确定变量的概率分布，构造典型场景集进行优化，鲁棒优化不需要假设概率分布，直接使用历史数据构建场景不确定集。但是，鲁棒优化在优化过程中，忽略了有价值的概率信息，并且采用的极端场景在现实中往往不会发生，得到的优化结果往往过于保守。
[0007]分布鲁棒优化(Distributionally Robust Optimization，DRO)是鲁棒优化的一种变体，分布鲁棒优化利用概率分布模糊集来描述新能源出力的不确定性，并在此基础上进行优化问题的求解。这种方法不仅考虑到新能源出力的统计信息，还使得优化结果具有一定的鲁棒性。

技术实现思路

[0008]针对新能源发电的不确定性以及新能源大量接入引起的电力系统惯量水平和调频能力降低的问题。本专利技术提供一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，该方法引入储能环节可以实现需求侧管理，缓解昼夜峰谷差和促进新能源消纳，从而有
效地提高电网的能源利用效率；同时，储能也是优质的调频资源，可以提高电网的调节能力和响应速度。
[0009]本专利技术采取的技术方案为：
[0010]一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：建立多能互补提供频率支撑的频率安全模型；
[0012]步骤2：将步骤1建立的频率安全模型线性化后嵌入到典型日运行中；
[0013]步骤3：采用基于生对抗网络的分布鲁棒优化方法，实现在新能源出力最劣概率分布下的储能容量规划。
[0014]所述步骤1中，
[0015](1)电力系统的频率稳定和有功功率平衡密切相关，当系统中发电机切机或者新能源出力波动幅度较大时，系统的频率响应会按时间顺序分为四个阶段，分别为：惯性频率响应、一次频率响应、二次频率响应和三次频率响应；
[0016]火电机组的频率响应过程用以下公式表示：
[0017][0018]式中：G
i
(s)为火电机组频率响应的传递函数；为火电机组i频率响应功率；
△
f为频率变化量；为机械功率增益系数；为火电机组调速器调节常数；为再热器系数；为再热器时间常数；s表示复变量。
[0019]风电场的频率响应过程用以下公式表示：
[0020][0021]式中：W
i
(s)为风电机组频率响应的传递函数；为风电场频率响应功率；为风电机组的虚拟惯性时间常数；为逆变器响应时间常数；D
W
为风机下垂系数；i代表第i座风电场。
[0022]储能系统调频模型频率响应用以下公式表示：
[0023][0024]式中：E
i
(s)为储能频率响应的传递函数；为第i个储能频率响应功率；为储能一次调频下垂控制系数；为储能充、放电响应时间。
[0025]在电力系统中，由于高次方负荷在整个负荷中所占比例较小，因此在分析负荷频率响应时，只考虑一次负荷频率响应：
[0026][0027]式中：
△
P
iLf
为负荷频率变化量；K
L
为负荷频率调节效应系数。
[0028](2)系统频率响应的ASF模型，如下：
[0029][0030][0031]式中：H
∑
为系统等效惯性时间常数；S
∑
为系统总容量；N
g
和N
w
分别为火电机组、风电场；S
n
为单台机组或者电场容量；和分别为机组启、停状态0
‑
1变量；为第i台火电机组惯性时间常数；为第i台风电机组惯性时间常数；α(i)为第i台机组转换系数。
[0032]根据系统频率响应的ASF模型，能够得到系统动态频率响应方程：
[0033][0034]式中：D为等效阻尼系数；为火电机组i在t时刻的响应功率；为风电机组i在t时刻的响应功率；为储能系统i在t时刻的响应功率；ΔP0为扰动功率。
[0035]系统的实际调频功率还要受到系统运行出力的影响，所以系统中各个元件实际能发出的最大调频功率要小于满足系统正常出力运行范围，所以可以得到系统的最低频率安全约束为：
[0036][0037]式中：为第i台发电机原动机调速器在t时刻实际可以释放的功率；为第i座风电场在t时刻可以释放实际功率；为第i个储能电站在t时刻可以释放实际功率；为火电机组一次调频可以提供的最大功率；为火电机组启停状态变量；P
iG,max
为火电机组最大出力；为火电机组i在t时刻的出力；为风电机组经下垂控制可以提供的最大功率；为风电机组参与调频状态变量；为风电机组最大出力；为风电场i在t时刻的出力；为储能下垂控制可以提供的最大调频功率；为储能充放电变量；P
iE,max
为储能最大功率；为储能电站i在t时刻释放的功率；D
OD...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：建立多能互补提供频率支撑的频率安全模型；步骤2：将步骤1建立的频率安全模型线性化后嵌入到典型日运行中；步骤3：采用基于生对抗网络的分布鲁棒优化方法，实现在新能源出力最劣概率分布下的储能容量规划。2.根据权利要求1所述一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，其特征在于：所述步骤1中，(1)电力系统的频率稳定和有功功率平衡密切相关，当系统中发电机切机或者新能源出力波动幅度较大时，系统的频率响应会按时间顺序分为四个阶段，分别为：惯性频率响应、一次频率响应、二次频率响应和三次频率响应；火电机组的频率响应过程用以下公式表示：式中：G
i
(s)为火电机组频率响应的传递函数；为火电机组i频率响应功率；
△
f为频率变化量；为机械功率增益系数；为火电机组调速器调节常数；为再热器系数；为再热器时间常数；s表示复变量；风电场的频率响应过程用以下公式表示：式中：W
i
(s)为风电机组频率响应的传递函数；为风电场频率响应功率；为风电机组的虚拟惯性时间常数；为逆变器响应时间常数；D
W
为风机下垂系数；i代表第i座风电场；储能系统调频模型频率响应用以下公式表示：式中：E
i
(s)为储能频率响应的传递函数；为第i个储能频率响应功率；为储能一次调频下垂控制系数；为储能充、放电响应时间；在电力系统中，由于高次方负荷在整个负荷中所占比例较小，因此在分析负荷频率响应时，只考虑一次负荷频率响应：式中：
△
P
iLf
为负荷频率变化量；K
L
为负荷频率调节效应系数；(2)系统频率响应的ASF模型，如下：
式中：H
∑
为系统等效惯性时间常数；S
∑
为系统总容量；N
g
和N
w
分别为火电机组、风电场；S
n
为单台机组或者电场容量；和分别为机组启、停状态0
‑
1变量；为第i台火电机组惯性时间常数；为第i台风电机组惯性时间常数；α(i)为第i台机组转换系数；根据系统频率响应的ASF模型，能够得到系统动态频率响应方程：式中：D为等效阻尼系数；为火电机组i在t时刻的响应功率；为风电机组i在t时刻的响应功率；为储能系统i在t时刻的响应功率；ΔP0为扰动功率。3.根据权利要求2所述一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，其特征在于：系统的最低频率安全约束为：式中：为第i台发电机原动机调速器在t时刻实际可以释放的功率；为第i座风电场在t时刻可以释放实际功率；为第i个储能电站在t时刻可以释放实际功率；为火电机组一次调频可以提供的最大功率；为火电机组启停状态变量；P
iG,max
为火电机组最大出力；为火电机组i在t时刻的出力；为风电机组经下垂控制可以提供的最大功率；为风电机组参与调频状态变量；为风电机组最大出力；为风电场i在t时刻的出力；为储能下垂控制可以提供的最大调频功率；为储能充放电变量；P
iE,max
为储能最大功率；为储能电站i在t时刻释放的功率；D
OD
为储能充放电深度；E
i,t
为第i座储能电站在t时刻的电量；E
i
规划的储能容量；D为等效阻尼系数；
△
f
d
为最大频率偏差；
△
P0为最大功率缺额。4.根据权利要求1所述一种多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法，其特征在于：所述步骤2中，在满足决策层和运行层约束的前提下，以系统总成本最小为目标，得出每个风电场最佳的储能容量；火电机组可以提供的最大调频功率为：
考虑多能互补方式，使得系统内各原件在满足经济性的要求下响应系统的频率安全，首先推导风电机组和储能在遭受打扰动时可以提供的最大支撑频率；风电场虚拟惯量控制以及下垂控制参与一次调频和储能下垂控制参与一次调频的频率响应为：率响应为：可以得到：可以得到：令Δf(s)＝2ΔP0/πH
∑
s2，得到风电场和储能的频率响应；，得到风电场和储能的频率响应；将上述两式拉普拉斯逆变换并进行整理得到：将上述两式拉普拉斯逆变换并进行整理得到：设频率最低点为t
m
，则t
m
＝πΔfH
∑
/ΔP0，并将式中的非线性项二阶泰勒展开，得到频率最低点时机组可以提供的最大调频功率：最低点时机组可以提供的最大调频功率：系统可以提供的最大支撑频率除了和本身参数有关也与系统总惯量水平有关；针对推导得到的最大支撑频率，将其嵌入典型日运行中用以指导储能规划，其中系统总的目标函数为：minC
total
＝C
bes
+σC
op
F(p)＝a
g
p2+b
g
p+c
g
；式中：C
total
为总成本；C
bes
为储能投资的等年值成本；σ为系统年运行天数；C
op
为系统运行成本；为火电机组i在t时刻出力；K为场景数量；Y
es
为储能系统运行年限；为风电场i投资的储能数量；为火电机组i在t时刻的启停成本；N
B
为节点数量；T为机...

【专利技术属性】
技术研发人员：付文龙，卓庆澳，张赟宁，李佰霖，谭超，陈曦，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：