CN103595070A - 平抑多风电场总出力功率波动的储能系统聚合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，其特点是，包括第i个风电场的参考功率的计算、风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)的计算和储能系统总参考充放电功率的计算。以风电场群出力波动为平抑对象对各储能系统进行协调控制，避免储能系统分散平抑风电场出力波动时充放电能量的相互抵消，以最小的代价完成对风电场群出力波动的平抑，提高储能系统运行的经济性。

Description

平抑多风电场总出力功率波动的储能系统聚合控制方法

技术领域

本发明涉及风电场技术领域,是一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法。

背景技术

由于风能具有随机性、间歇性和不可准确预测性，大规模风电并网产生的风电功率波动给电网经济运行造成了诸多不利影响，甚至威胁着电网运行安全，这限制了风电并网规模，制约着风能的大规模开发利用。

大规模储能技术由于能够实现电能的时空平移而被认为是平抑风电功率波动、提高电网风电接纳能力的有效手段，但目前均以单个风电场出力波动作为储能系统的平抑对象，即对各风电场出力进行分散控制。而风电场的空间分布差异导致其输出功率波动特性不尽相同，各风电场相互之间的输出功率波动存在一定互补，即风电场汇聚后场群的出力波动趋于平缓，因此与集中平抑风电场群输出功率波动相比，分散平抑各风电场的出力波动将增加储能系统的调控负担。

发明内容

本发明解决的技术问题是,提供一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，能够对多个风电场侧储能系统进行协调控制，有效避免储能系统分散平抑多风电场出力波动时充放电能量的相互抵消，降低储能系统的充放电能量损失，提高其运行经济性。

解决其技术问题所采取的技术方案是，一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，其特征是,以风电场群出力波动为平抑对象对各储能系统进行协调控制，避免储能系统分散平抑风电场出力波动时充放电能量的相互抵消，以最小的代价完成对风电场群出力波动的平抑，提高储能系统运行的经济性,它包括以下内容:

1)第i个风电场的参考功率的计算

第i个风电场的参考功率P_ref.i(t)为

$P_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)=\frac{1}{T_c}\underset{t_0-T_c}{\overset{t_0}{\∫}}{P}_{\mathrm{wind}.i}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

式中:i为风电场序号，i=1,2,3…；t为当前时刻；t₀为初始时刻；T_c为滑动平均时间尺度；P_wind.i(t)为t时刻第i个风电场的实际输出功率；

2）风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)的计算

风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)为各风电场参考功率总和

$P_{\mathrm{ref}.\mathrm{\Σ}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)---\left(2\right)$

式中:n为风电场总数；

由此可知聚合平抑控制与分散平抑控制对风电场群出力波动的控制效果相同；

3）储能系统总参考充放电功率的计算

从风储系统运行的经济性和电力系统自身对风电的接纳能力方面考虑，无需使风电场群出力完全等于其参考输出功率P_ref.∑(t)，将风电场群出力控制在风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)上下ΔP范围内更为合理，则储能系统总参考充放电功率的计算为

（1）计算风电场群出力P_wind.∑(t)相对于其参考输出功率P_ref.∑(t)的波动量ΔP_wind(t)

ΔP_wind(t)=P_wind.∑(t)-P_ref.∑(t)    （3）

（2）通过限幅运算得到限制在ΔP范围内允许的风电场群出力波动量ΔP_wind.0(t)

ΔP_wind.0(t)=Min{ΔP，　　ΔP_wind(t)}     （4）

（3）风电场群实际出力波动量ΔP_wind(t)与限幅后允许的出力波动量ΔP_wind.0(t)之间差值需要储能系统吸收，即储能系统参考充放电功率P_BESS.∑(t)

P_BESS.∑(t)=ΔP_wind(t)-ΔP_wind.0(t)     （5）

计算得到储能系统总参考充放电功率P_BESS.∑(t)后，将其分配至各风电场侧的储能系统，则经储能系统平抑后风电场群注入电网功率的波动范围被控制在P_ref.∑(t)上下ΔP范围内。

本发明涉及一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，对多个风电场侧储能系统进行协调控制，有效避免储能系统分散平抑多风电场出力波动时充放电能量的相互抵消，降低储能系统的充放电能量损失，提高其运行的经济性。

附图说明

图1为平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法示意图；

图2为1号风电场经储能系统平抑前后的出力波形图；

图3分散控制方式下各风电场出力经平抑后的波动波形图；

图4聚合控制方式下风电场群出力经平抑后的波动波形图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。

以风电场群出力波动为平抑对象对各储能系统进行协调控制，

1）第i个风电场的参考功率的计算

第i个风电场的参考功率P_ref.i(t)为

$P_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)=\frac{1}{T_c}\underset{t_0-T_c}{\overset{t_0}{\∫}}{P}_{\mathrm{wind}.i}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(6\right)$

式中:i为风电场序号，i=1,2,3…；t为当前时刻；t₀为初始时刻；T_c为滑动平均时间尺度；P_wind.i(t)为t时刻第i个风电场的实际输出功率；

2）风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)的计算

风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)为各风电场参考功率总和

$P_{\mathrm{ref}.\mathrm{\Σ}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)---\left(7\right)$

式中:n为风电场总数；

由此可知聚合平抑控制与分散平抑控制对风电场群出力波动的控制效果相同；

3）储能系统总参考充放电功率的计算

从风储系统运行的经济性和电力系统自身对风电的接纳能力方面考虑，无需使风电场群出力完全等于其参考输出功率P_ref.∑(t)，将风电场群出力控制在风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)上下ΔP范围内更为合理，则储能系统总参考充放电功率的计算为

（1）计算风电场群出力P_wind.∑(t)相对于其参考输出功率P_ref.∑(t)的波动量ΔP_wind(t)

ΔP_wind(t)=P_wind.∑(t)-P_ref.∑(t)     （8）

（2）通过限幅运算得到限制在ΔP范围内允许的风电场群出力波动量ΔP_wind.0(t)

ΔP_wind.0(t)=Min{ΔP，　　ΔP_wind(t)}     （9）

（3）风电场群实际出力波动量ΔP_wind(t)与限幅后允许的出力波动量ΔP_wind.0(t)之间差值需要储能系统吸收，即储能系统参考充放电功率P_BESS.∑(t)

P_BESS.∑(t)=ΔP_wind(t)-_ΔPwind.0(t)    （10）

计算得到储能系统总参考充放电功率P_BESS.∑(t)后，将其分配至各风电场侧的储能系统，则经储能系统平抑后风电场群注入电网功率的波动范围被控制在P_ref.∑(t)上下ΔP范围内。

如图1所示的平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，P_wind.i(t)为t时刻第i个风电场出力；P_wind.∑(t)为t时刻风电场群出力；P_out.i(t)为t时刻第i个风电场经储能系统平抑后的出力；P_out.∑(t)为t时刻风电场群经储能系统平抑后的出力；P_BESS.i(t)为t时刻第i个储能系统充放电功率；P_BESS.∑(t)为t时刻储能系统的总充放电功率；P_ref.∑(t)为t时刻风电场群参考输出功率；ΔP_wind(t)为t时刻风电场群出力P_wind.∑(t)相对于其参考输出功率P_ref.∑(t)的波动量；ΔP_wind.0(t)为t时刻通过限幅运算得到限制在ΔP范围内允许的风电场群出力波动量。

结合大规模风电场聚合接入实际工程背景构建了一算例系统，以揭示平抑总风电功率波动的储能系统聚合控制有效性。各风电场装机及储能系统配置如表1所示，限制风电功率波动的带宽ΔP=0.005p.u.，储能系统充放电效率=70%。

表1各风电场装机及储能系统配置

采用储能系统分散平抑4个风电场出力波动，某时段1号风电场经储能系统平抑前后出力波形如图2所示，P_wind.1为1号风电场出力，P_ref.1为1号风电场参考输出功率，P_out.1为1号风电场经储能系统平抑后的出力，将经储能系统平抑后各风电场的出力P_out.i与其参考输出功率P_ref.i作差，得到相应4个风电场出力经储能系统平抑后的波动如图3所示；

由图3可看出1号风电场出力经平抑后的波动超出所选的限制带宽范围，即分散控制方式下储能系统无法将所有风电场出力波动控制在其参考输出功率上下0.005p.u.的波动范围内。

采用储能系统聚合平抑4个风电场汇聚后场群的出力波动，将经储能系统平抑后风电场群的出力P_out.∑与其参考输出功率P_ref.∑作差，得到经储能系统平抑后的风电场群出力波动如图4所示；

由图4可知，经储能系统平抑后的风电场群出力波动未超出所选的限制带宽范围，即聚合控制方式下，储能系统可有效将风电场群出力波动控制在其参考输出功率上下0.005p.u.的波动范围内。

分别在分散控制和聚合控制方式下平抑4个风电场出力波动，储能系统的充放电能量损耗分别为16.889MW·h和6.037MW·h，电价按0.6元/kW·h计算，较分散控制方式相比，聚合控制方式每天可降低电量损失6511元/天[(16.889-6.037)×1000×0.6]。

本发明的具体实施方式仅是对本发明的说明，所选风电场装机及储能系统容量规模并不构成对权利要求保护范围的限制，本领域技术人员不经过创造性劳动的等同替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种平抑多风电场总出力波动的储能系统聚合控制方法，其特征是,以风电场群出力波动为平抑对象对各储能系统进行协调控制，避免储能系统分散平抑风电场出力波动时充放电能量的相互抵消，以最小的代价完成对风电场群出力波动的平抑，提高储能系统运行的经济性,它包括以下内容:

1)第i个风电场的参考功率的计算

第i个风电场的参考功率P_ref.i(t)为

$P_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)=\frac{1}{T_c}\underset{t_0-T_c}{\overset{t_0}{\∫}}{P}_{\mathrm{wind}.i}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

式中:i为风电场序号，i=1,2,3…；t为当前时刻；t₀为初始时刻；T_c为滑动平均时间尺度；P_wind.i(t)为t时刻第i个风电场的实际输出功率；

2）风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)的计算

风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)为各风电场参考功率总和

$P_{\mathrm{ref}.\mathrm{\Σ}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ref}.i}\left(t\right)---\left(2\right)$

式中:n为风电场总数；

由此可知聚合平抑控制与分散平抑控制对风电场群出力波动的控制效果相同；

3）储能系统总参考充放电功率的计算

从风储系统运行的经济性和电力系统自身对风电的接纳能力方面考虑，无需使风电场群出力完全等于其参考输出功率P_ref.∑(t)，将风电场群出力控制在风电场群参考输出功率P_ref.∑(t)上下ΔP范围内更为合理，则储能系统总参考充放电功率的计算为

（1）计算风电场群出力P_wind.∑(t)相对于其参考输出功率P_ref.∑(t)的波动量ΔP_wind(t)

ΔP_wind(t)=P_wind.∑(t)-P_ref.∑(t)     （3）

（2）通过限幅运算得到限制在ΔP范围内允许的风电场群出力波动量ΔP_wind.0(t)

ΔP_wind.0(t)=Min{ΔP，　　ΔP_wind(t)}     （4）

（3）风电场群实际出力波动量ΔP_wind(t)与限幅后允许的出力波动量ΔP_wind.0(t)之间差值需要储能系统吸收，即储能系统参考充放电功率P_BESS.∑(t)

P_BESS.∑(t)=ΔP_wind(t)-ΔP_wind.0(t)     （5）

计算得到储能系统总参考充放电功率P_BESS.∑(t)后，将其分配至各风电场侧的储能系统，则经储能系统平抑后风电场群注入电网功率的波动范围被控制在P_ref.∑(t)上下ΔP范围内。

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