考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的儲(chǔ)能平抑波動(dòng)功率的容量規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的儲(chǔ)能平抑波動(dòng)功率的容量規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可再生能源滲透率的提升，其波動(dòng)性給電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來了巨大挑 戰(zhàn)。儲(chǔ)能電站因其對(duì)能量的充放特性，使其成為平滑可再生能源功率，克服其波動(dòng)性的重要 方式。風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能的關(guān)鍵問題之一在于，面對(duì)平滑效果與投入成本間的制約關(guān)系，如何 協(xié)調(diào)確定儲(chǔ)能容量，使有限容量同時(shí)滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的有效性和經(jīng)濟(jì)性。可見，儲(chǔ)能電站 的容量?jī)?yōu)化是風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能配置規(guī)劃的重要內(nèi)容。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一系列成果?，F(xiàn)有文 獻(xiàn)中則以提高風(fēng)電場(chǎng)出力預(yù)報(bào)精度為補(bǔ)償目標(biāo)，利用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行估算儲(chǔ)能容量；有的文獻(xiàn) 中則分析了風(fēng)電場(chǎng)日出力曲線與儲(chǔ)能容量關(guān)系，具有一定啟發(fā)意義，但其并未對(duì)兩者關(guān)系 的規(guī)律性做進(jìn)一步量化探討；有的文獻(xiàn)中則則兼顧調(diào)度決策適應(yīng)性和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性， 以儲(chǔ)能投資及風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)函數(shù)建立了儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化模型；有的文獻(xiàn)中則以補(bǔ) 償預(yù)測(cè)功率與實(shí)際出力的差值為目標(biāo)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能容量進(jìn)行了計(jì)算分析。上述研究對(duì) 于推進(jìn)可再生能源的儲(chǔ)能配置及運(yùn)行研究具有重要意義。同時(shí)，伴隨著研究推進(jìn)，有學(xué)者指 出單一儲(chǔ)能介質(zhì)特性固定，應(yīng)對(duì)復(fù)雜風(fēng)功率波動(dòng)具有局限性，提出優(yōu)勢(shì)特性互補(bǔ)的混合儲(chǔ) 能是儲(chǔ)能技術(shù)未來重要的發(fā)展方向。混合儲(chǔ)能可根據(jù)所選介質(zhì)特性，構(gòu)建協(xié)調(diào)合理的運(yùn)行 策略，彌補(bǔ)單一介質(zhì)的不足，對(duì)于提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的適應(yīng)能力和運(yùn)行可靠性具有重要作用，國(guó) 家電網(wǎng)風(fēng)光儲(chǔ)示范工程同樣采取了混合儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)思路。但目前對(duì)于混合儲(chǔ)能電站的 研究更多的集中在能量管理、運(yùn)行控制等方面，而混合儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃問題研究并不多 見。
[0004] 現(xiàn)有的專利中，專利名稱為：用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方 法，專利號(hào)為：201410062240. 4,公開了"以減小蓄電池充放電次數(shù)或者減小電容容量為目 標(biāo)建立混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型；以混合儲(chǔ)能電站建設(shè)成本和運(yùn)行成本總和最小構(gòu) 建混合儲(chǔ)能電站容量?jī)?yōu)化目標(biāo)函數(shù)；在滿足混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的條件下，選用 PSO算法對(duì)混合儲(chǔ)能電站容量?jī)?yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，確定混合儲(chǔ)能電站最優(yōu)容量數(shù) 值。本發(fā)明以典型功率型儲(chǔ)能VRLA和能量型儲(chǔ)能UC構(gòu)建混合儲(chǔ)能電站，利用其各自特性 構(gòu)建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的充放電過程模型，利于實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)各介質(zhì)間的協(xié)調(diào)有機(jī)運(yùn)行；以儲(chǔ) 能電站運(yùn)行成本和建設(shè)成本最小為目標(biāo)建立容量規(guī)劃模型，實(shí)現(xiàn)了容量的最優(yōu)化。"，存在 的技術(shù)問題是：
[0005] 1.該專利沒有考慮經(jīng)濟(jì)調(diào)度的平抑目標(biāo)值的計(jì)算，沒有考慮并網(wǎng)功率目標(biāo)值偏移 量對(duì)整個(gè)模型的影響；
[0006] 2.沒有建立最優(yōu)的并網(wǎng)功率目標(biāo)值輸出曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的儲(chǔ)能平抑波動(dòng)功 率的容量規(guī)劃方法，本發(fā)明針對(duì)混合儲(chǔ)能電站的容量規(guī)劃問題，以具備規(guī)?；瘧?yīng)用可行性 的鉛酸蓄電池（VRLA)與超級(jí)電容（UC)為例，提出了符合混合儲(chǔ)能介質(zhì)各自特性的充放電 過程模型，在此基礎(chǔ)上以建設(shè)成本、棄風(fēng)成本以及期望懲罰成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)建立 充放電策略，保證了儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本申請(qǐng)方法的有 效性。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0009] 考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的儲(chǔ)能平抑波動(dòng)功率的容量規(guī)劃方法，包括以下步驟：
[0010] 以并網(wǎng)功率目標(biāo)值偏移量方差最小作為優(yōu)化目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，其中該目標(biāo)值定 義為階梯型曲線，實(shí)現(xiàn)風(fēng)功率階段性恒功率輸出；
[0011] 在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，以儲(chǔ)能電站運(yùn)行成本和建設(shè)成本最小為目標(biāo)建立充放 電策略，并考慮兩種介質(zhì)即功率型和能量型介質(zhì)的充放電功率約束和容量對(duì)比約束；
[0012] 對(duì)混合儲(chǔ)能電站充放電策略對(duì)應(yīng)的容量?jī)?yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，確定混合儲(chǔ) 能電站最優(yōu)容量數(shù)值。
[0013] 進(jìn)一步的，優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，以并網(wǎng)功率目標(biāo)值偏移量方差最小為目標(biāo)，確定可自適 應(yīng)跟蹤風(fēng)功率輸出變化趨勢(shì)的并網(wǎng)功率優(yōu)化目標(biāo)值。
[0014] 進(jìn)一步的，確定并網(wǎng)功率優(yōu)化目標(biāo)值的具體步驟為：
[0015] 對(duì)選定時(shí)間區(qū)間的風(fēng)電功率，將其分為任意k段區(qū)間，k為正整數(shù)，各區(qū)間功率目 標(biāo)值為Pc.i，i = 1，2…k，各區(qū)間時(shí)間范圍分別為（ti p ti]，i = 1，2…k，若k取值變化，則 相應(yīng)的Pa P U1 i，均跟隨變化，由此，在目標(biāo)功率偏移量方差衡量下，依據(jù)其最小方差選 擇最優(yōu)的k值，并優(yōu)化k段區(qū)間對(duì)應(yīng)的Pu、U1 Pt1]的數(shù)值，i = 1，2…k，形成最優(yōu)的并網(wǎng) 功率目標(biāo)值輸出曲線。
[0016] 進(jìn)一步的，選定時(shí)間區(qū)間T內(nèi)的風(fēng)功率PT(t)，當(dāng)分為k段時(shí)，則第i段的功率偏移 量為：
[0017]
[0018] 其中Pai為第i區(qū)間段的目標(biāo)功率值；t i i，別為第i段區(qū)間時(shí)間的起始和終 止時(shí)刻，t。為選定區(qū)間功率Pt(t)的起始時(shí)刻，在選定時(shí)間區(qū)間[t。，t k]內(nèi)，滿足 tk !<tk, I ^ i ^ k〇
[0019] 更進(jìn)一步的，在分段區(qū)間數(shù)k給定情況下，目標(biāo)函數(shù)以總方差最小為目標(biāo)，并依此 優(yōu)化各分段對(duì)應(yīng)的起始時(shí)刻t i、h，以及各段的目標(biāo)功率值Ραι，優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)為：
[0020]
[0021] 進(jìn)一步的，優(yōu)化模型對(duì)應(yīng)約束條件主要包括充放電功率約束和分段區(qū)間時(shí)長(zhǎng)約 束。
[0022] 充放電功率約束：為避免儲(chǔ)能與風(fēng)電場(chǎng)間能量傳遞過程中，因充放電功率而造成 能量的損失或平抑功率不足，考慮充放電功率約束：
[0023]
[0024] 式中，Peha、Pdlseha分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大充放電功率，為表述統(tǒng)一，將放電看作為 負(fù)充電過程，其大小以其絕對(duì)值為準(zhǔn)。
[0025] 分段區(qū)間時(shí)長(zhǎng)約束：因考慮到區(qū)間長(zhǎng)度對(duì)調(diào)度需求的影響，分段區(qū)間需滿足一定 時(shí)長(zhǎng)約束：
[0026]
[0027] 式中，At_、Atniax分別為最小、最大允許分段時(shí)間，考慮調(diào)度需求主要考慮 △ t_，而A t_與風(fēng)功率波形有關(guān)，其數(shù)值可相對(duì)較大。
[0028] 充放電策略：t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組輸出功率Pw(t)與時(shí)段期望輸出功率Praf⑴的差值 P(t)為：
[0029] P(t) = Pw (t)-Pref (t) (5)
[0030] 同時(shí)為了進(jìn)一步發(fā)揮混合介質(zhì)特性，利用濾波器將P (t)分解為高頻分量Ph (t)和 趨勢(shì)分量P1 (t)，且滿足：
[0031] P(t) = PAH(t)+PAL(t) (6)
[0032] 正常運(yùn)行狀態(tài)下，若ΡΛΗα)>0,則t時(shí)刻儲(chǔ)能電站UC處于充電狀態(tài)；反之，則處于 放電狀態(tài)；同理，若IV(t) >0,則t時(shí)刻儲(chǔ)能電站VRLA處于充電狀態(tài)；反之，則處于放電狀 ??τ O
[0033] 同時(shí)，為充分發(fā)揮VRLA成本低和容量大，以及UC成本高但不受充放電狀態(tài)轉(zhuǎn)換次 數(shù)的能力，本文構(gòu)建如下兩種特殊運(yùn)行狀態(tài)。
[0034] (1)特殊情況1 :當(dāng)VRLA充放電狀態(tài)轉(zhuǎn)變但轉(zhuǎn)變后的充電/放電區(qū)間時(shí)長(zhǎng)小于門 檻值。
[0035] 設(shè)f(t)為PJt)的正負(fù)標(biāo)志位，當(dāng)滿足f(t-l) .fUXO時(shí)，若f(t)>0且Atf < Δ ttto，式中Δ tf為f?轉(zhuǎn)換后充電/放電狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，Δ t 為持續(xù)時(shí)間閾值，則此時(shí) VRLA的充放電狀態(tài)將保持不變，此時(shí)平抑任務(wù)主要由UC完成。具體而言，轉(zhuǎn)換后的充電/ 放電持續(xù)時(shí)間若大于閾值A(chǔ) t則VRLA充放電狀態(tài)發(fā)生改變，否則VRLA不改變，且充電/放 電功率將為零，此時(shí)由UC完成低頻和高頻偏移量的平抑。該方式可有效減少VRLA的充放 電狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)，延長(zhǎng)VRLA的運(yùn)行壽命。
[0036] (2)特殊情況2:當(dāng)VRLA正常充放電時(shí)，且SOC有較為充足的充放電容量時(shí)，VRLA 協(xié)助UC完成平抑，當(dāng)VRLA的SOC不足時(shí)，UC獨(dú)立完成高頻分量的平抑任務(wù)。由此，可有效 減少UC的容量需求，降低儲(chǔ)能電站的總體成本。
[0037] 容量?jī)?yōu)化函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：以儲(chǔ)能電站的成本總和最小構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，其中 包含建設(shè)成本和運(yùn)行成本，建設(shè)成本即為儲(chǔ)能電站進(jìn)行建設(shè)所需成本，主要與儲(chǔ)能容量的 需求有關(guān)；運(yùn)行成本包含棄風(fēng)成本和期望輸出懲罰成本，其中棄風(fēng)成本因混合儲(chǔ)能系統(tǒng)滿 充而引發(fā)的棄風(fēng)損失，期望輸出懲罰成本則由于儲(chǔ)能容量放電至最低而無法滿足平抑目標(biāo) 所引入的懲罰。由此可見，兩者相互制約，而本目標(biāo)函數(shù)在于求取建設(shè)成本與運(yùn)行成本權(quán)衡 下的最佳容量。容量?jī)?yōu)化函數(shù)如式（7)所示。 CN 105160440 A 仇 口月卞> 4/9 頁(yè)
[0038]
[0039] 式中，P v、P。分別為VRLA和UC單位容量建設(shè)成本；T為所提取運(yùn)行數(shù)據(jù)的時(shí)窗 長(zhǎng)度；β為單位容量的棄風(fēng)成本；α為未達(dá)到平抑目標(biāo)所缺容量的單位懲罰成本；P( x)為 取正函數(shù)，其含義為若y = Ρ(χ)，當(dāng)χ>〇時(shí)，y = X，而當(dāng)X彡0時(shí)，y = 0 ;Vv(t-l)，VuU-I) 為對(duì)應(yīng)前一時(shí)刻容量取值；A t為采樣間隔；Ρ?、P:分別為相應(yīng)介質(zhì)的最大充電功率；Vv. 分別為對(duì)應(yīng)介質(zhì)的最低放電容量，與SOC數(shù)值對(duì)應(yīng)；p^、： P=分別為對(duì)應(yīng)最大放電 功率。
[0040] 該目標(biāo)函數(shù)中，棄風(fēng)成本和期望輸出懲罰成本均由兩部分