CN108767877A - 基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法,包括以下步骤：获得风电场一天中每个时间间隔中的风电最大可发功率历史数据；将数据按从小到大顺序排列，利用四分位法将数据分为四个部分；分别给出四个部分的弃风比例系数；计算风储系统提供的总备用容量；考虑当前储能的荷电状态（SOC），计算调节系数；考虑储能后，根据调节系数，计算风电场实际备用容量；计算储能提供的备用容量。实施本发明，可以使风电和储能能够相互协同提供备用容量。

Description

基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法

技术领域

本发明涉及风电一次调频备用容量领域，特别是涉及风储联合提供的基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法。

背景技术

风力发电作为目前最为经济和成熟的一种可再生能源发电技术，在电网中的渗透率不断升高。但由于风电具有很强的波动性和不确定性，在实际消纳方面存在较多问题。特别是在电力系统一次调频中，传统火电机组的使用比例下降，将导致系统的一次调频能力不足。因此，考虑风电参与电力系统一次调频，也成为目前研究的热门方向。

为使风电机组具有一定的一次调频能力，需要令风电机组减载运行，为电网提供备用容量。目前较为常用的备用方法有比例弃风法、常量弃风法等。

比例弃风法的原理是，根据一定的弃风比例，在风电机组瞬时最大可发功率的基础上，通过弃风提供一定的备用容量，此时风电机组处于减载运行状态。这种方法的弃风容量计算公式是：

(1)

其中，为弃风容量，将其作为一次调频的备用容量；为弃风比例系数，；为风电瞬时最大可发功率。

常量弃风法的原理是，风电场以某一常量为电力系统提供一定容量的一次调频备用，这种方法的弃风容量计算公式是：

(2)

(3)

其中，为弃风容量；为弃风阈值。当风电瞬时最大可发功率大于阈值时，提供恒定的弃风容量。

常量弃风法虽然对于风机控制来讲更容易实现，但是其应用可能会导致风电场的有功功率输出断续，影响风电场的正常运行。而比例弃风法能够不间断为电力系统提供一次调频备用容量，并已经应用于丹麦某风电场。由于风电参加一次调频时需要减载运行，通过弃风来提供备用容量，从长期来看会造成一定程度的浪费。因此，可以考虑通过配置储能，形成风储系统，共同提供一次调频备用容量。但由于储能荷电状态不同时，其提供备用的能力也有差异，基于此种考虑，急需提供一种考虑储能荷电状态以确定风储提供备用容量的方法，以使二者可以协调控制。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法，可以根据不同的最大可发功率，适当调整风电备用容量。同时，通过配置储能，使得弃风量减少，并考虑不同的储能荷电状态下，提供备用的能力不同，对弃风比例进行适当调节，使风电和储能可以相互协同提供备用容量。

本发明提供了一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法,包括以下步骤：

步骤一：以一预定时间值为时间间隔，获得风电场一天中每个时间间隔中的风电最大可发功率历史数据；

步骤二：将所述历史数据按从小到大顺序排列，得到向量,并利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分；

步骤三：对应于所述向量分为四个部分的，分别获得四个部分的弃风比例系数、、、，其中，>>>；

步骤四：根据风电场当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，根据公式（1）计算风储系统提供的总备用容量；

(1)

其中，为弃风容量，将其作为一次调频的备用容量；为当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，其为、、、中之一；为风电瞬时最大可发功率；

步骤五：根据当前储能的荷电状态（SOC），计算调节系数,计算公式如下：

其中，a、c为通过风电场实际配置数据计算得到的系数；为荷电状态允许的最小值；为荷电状态允许的最大值，；

步骤六：根据所述调节系统计算风电场实际备用容量，计算公式如下:

步骤七：根据一次调频的备用容量以及风电场实际备用容量获得储能系统提供的备用容量，其计算公式如下：

。

其中，所述步骤三中的取值区间根据下述公式获得：

其中，为减载水平；为风电减载功率；为风电最大可发功率；最大允许频率变化量，<0.5Hz；为系统频率50Hz；为风电调差系数，；其中，，在采用比例弃风法时，（1-）即为减载水平，。

其中，所述步骤五中的a、c确定方法如下：

步骤51,考虑随SOC变化时的单调性和变化速度，采用二次函数模型；

步骤52,为了减小弃风量，当SOC大于等于50%时，取最大值，当SOC小于50%时，相应减小，最小值为 1；

步骤53,关于最大值，考虑风电提供备用最少，储能提供备用最多情况，计算最大值,可取最大值为，根据比例弃风法最少需减载，储能设备提供最大备用，即为储能SOC大于等于50%时，此时储能与风电共同承担备用，设比值为1:n，即风电实际需减载，算出最大值为；根据上述方法，根据实际风储的配置数据和风电调频特性数据获得前述公式中的a、c参数。

其中，所述步骤二中利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分的步骤具体为：

对于向量，通过计算三个分位数，利用分位数进行划分，其中第二分位数即为数据中位数，第一、第三分位数确定方法如下：

当n=4k+1时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，；

当n=4k+3时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明实施例中，通过可以根据历史的最大可发功率获得弃风比例系数；对应于当前的最大可发功率获得对应的弃风比例，适当调整风电备用容量；

同时，通过配置储能，使得弃风量减少，并考虑不同的储能荷电状态下，提供备用的能力不同，对弃风比例进行适当调节，使风电和储能可以相互协同提供备用容量。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法的一个实施例的主流程示意图；

图2是图1中涉及的一个例子中，在风电场一天内以15min为一个时间间隔的风电最大可发功率的曲线示意图；

图3是通过计算获得的风电备用容量的曲线示意图；

图4是通过计算获得的储能备用容量的曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，示出了本发明提供的一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法的一个实施例的主流程示意图。一并结合图2至图4所示，在本实施例中，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：以一预定时间值为时间间隔，获得风电场一天中每个时间间隔中的风电最大可发功率历史数据；

具体地，在一个例子中，该预定时间值可以取15分钟（min），如图2所示，示出了在风电场一天内以15min为一个时间间隔的风电最大可发功率的曲线示意图；本发明选择某额定功率为70MW的风电场作为实例分析。

步骤S2：将所述历史数据按从小到大顺序排列，得到向量,并利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分；

由于一天内各时段风电的最大可发功率不同，风电场提供备用容量的能力也不同，同时又避免操作过于复杂，选择四分位法，将风电场一天的功率数据分为四部分。当风电机组出力较低时，弃风的能力有限，可以取较大值；当风电机组出力较高时，弃风的能力较高，可提供较多的备用容量，可取较小值。在满足一次调频备用容量需求的同时，也可灵活控制风电场一次调频备用的能力；

在本步骤中，利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分的步骤具体为：

对于向量，通过计算三个分位数，利用分位数进行划分，其中第二分位数即为数据中位数，第一、第三分位数确定方法如下：

当n=4k+1时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，；

当n=4k+3时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，。

具体地，在一个例子中，分别获得中位数为46MW,而第一分位数为32MW，第三分位数为57MW。从而将向量X分为四部分： 0-32MW、33-46MW、47-57MW和58-80MW。

步骤S3：对应于所述向量分为四个部分的，分别获得四个部分的弃风比例系数、、、，其中，>>>；

在本步骤中，风电场参加一次调频时，需使其处于减载运行状态下，为系统提供一次调频备用容量。结合常规发电机的调差系数，可以确定风电的减载水平，具体地， 取值区间根据下述公式获得：

其中，为减载水平；为风电减载功率；为风电最大可发功率；最大允许频率变化量，电力系统通常不允许频率跌落0.5Hz ，<0.5Hz；为系统频率50Hz；为风电调差系数，；其中， ，在采用比例弃风法时，（1-）即为减载水平，。

在具体的例子中，根据调差系数定义，设风电调差系数为3%-5%，d%取值为[20%,33%]，根据前文结论取值为[67%,80%]。根据风电场最大可发功率，利用四分位法，分别给定不同的值：

当风电场功率为0-32MW时，为0.8；当风电场功率为33-46MW时，为0.76；当风电场功率为47-57MW时，为0.72；当风电场功率为58-80MW时，为0.67。

步骤S4：，在实际调度时，根据风电场当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，根据公式（1）计算风储系统提供的总备用容量；

(1)

其中，为弃风容量，将其作为一次调频的备用容量；为当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，其为、、、中之一；为风电瞬时最大可发功率；

步骤S5：在配置储能之后，为使储能和风电场能够共同提供备用容量，并且协调控制，需要定义一个关于储能SOC的调节系数，对弃风比例系数进行调整，根据储能不同的荷电状态，调整风电场实际提供的备用容量，当荷电状态处于较低时，可以减少储能提供的备用容量，随着储能荷电状态的提升，其提供的备用容量增多，直到达到储能额定放电功率。根据当前储能的荷电状态（SOC），计算调节系数,计算公式如下：

其中，a、c为通过风电场实际配置数据计算得到的系数；为荷电状态允许的最小值；为荷电状态允许的最大值，；

在本步骤中，步系数a、c可以通过下述方法确定：

步骤51,考虑随SOC变化时的单调性和变化速度，采用二次函数模型；

步骤52,为了减小弃风量，当SOC大于等于50%时，取最大值，当SOC小于50%时，相应减小，最小值为 1；

步骤53,关于最大值，考虑风电提供备用最少，储能提供备用最多情况，计算最大值,可取最大值为，根据比例弃风法最少需减载，储能设备提供最大备用，即为储能SOC大于等于50%时，此时储能与风电共同承担备用，设比值为1:n，即风电实际需减载，算出最大值为；根据上述方法，根据实际风储的配置数据和风电调频特性数据获得前述公式中的a、c参数。

在具体的例子中，储能设备采用6MW1.2h=7.2MWh磷酸铁锂电池，为10%；为90%；计算时n取1.5。根据的确定方法可以得到，a=0.16,c=1.1,的公式如下：

。

步骤S6：根据所述调节系统计算风电场实际备用容量，计算公式如下:

；

在本步骤中，通过所述调节系统来计算风电场实际备用容量，可以达到利用调节系数调整风电场实际备用容量的目的，使得风电场和储能能够协调控制。

具体地，如图3所示，以SOC的1%为一个单位，对每一种SOC情况进行考虑，得到考虑储能后的基于四分位比例弃风法的风电备用容量。在57-62时间段内，弃风功率超过20MW的情况主要在储能SOC处于10%-21%之间，当储能SOC大于31%后，在此时段内的弃风功率均不超过20MW。在80-92时间段内，弃风功率超过20MW的情况主要在储能SOC处于10%-34%之间，当储能SOC位于35%-48%时，仅在84-88时间段内弃风功率超过20MW，当储能SOC大于等于50%后，仅在84-87时间段内，弃风功率超过20MW。以上情况可以看出，配置储能后，在大部分荷电状态下，可以达到提供备用并且减小弃风的目的。

步骤S7：根据一次调频的备用容量以及风电场实际备用容量获得储能系统提供的备用容量，其计算公式如下：

。

具体地，如图4所示示出了一个例子中的储能提供备用的情况，储能提供备用功率整体没有超过额定功率，当储能SOC较小时，其提供的备用容量均小于同时间SOC较大时提供的备用容量，最大值为5.4MW。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明实施例中，通过可以根据历史的最大可发功率获得弃风比例系数；对应于当前的最大可发功率获得对应的弃风比例，适当调整风电备用容量；

同时，通过配置储能，使得弃风量减少，并考虑不同的储能荷电状态下，提供备用的能力不同，对弃风比例进行适当调节，使风电和储能可以相互协同提供备用容量。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于四分位比例弃风法的风储一次调频备用容量确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：以一预定时间值为时间间隔，获得风电场一天中每个时间间隔中的风电最大可发功率历史数据；

步骤二：将所述历史数据按从小到大顺序排列，得到向量,并利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分；

步骤三：对应于所述向量分为四个部分的，分别获得四个部分的弃风比例系数、、、，其中，>>>；

步骤四：根据风电场当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，根据公式（1）计算风储系统提供的总备用容量；

(1)

其中，为弃风容量，将其作为一次调频的备用容量；为当前最大可发功率选择对应的弃风比例系数，其为、、、中之一；为风电瞬时最大可发功率；

步骤五：根据当前储能的荷电状态（SOC），计算调节系数,计算公式如下：

其中，a、c为通过风电场实际配置数据计算得到的系数；为荷电状态允许的最小值；为荷电状态允许的最大值，；

步骤六：根据所述调节系统计算风电场实际备用容量，计算公式如下:

步骤七：根据一次调频的备用容量以及风电场实际备用容量获得储能系统提供的备用容量，其计算公式如下：

。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中的取值区间根据下述公式获得：

其中，为减载水平；为风电减载功率；为风电最大可发功率；最大允许频率变化量，<0.5Hz；为系统频率50Hz；为风电调差系数，；其中，，在采用比例弃风法时，（1-）即为减载水平，。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤五中的a、c确定方法如下：

步骤51,考虑随SOC变化时的单调性和变化速度，采用二次函数模型；

步骤52,为了减小弃风量，当SOC大于等于50%时，取最大值，当SOC小于50%时，相应减小，最小值为 1；

步骤53,关于最大值，考虑风电提供备用最少，储能提供备用最多情况，计算最大值,可取最大值为，根据比例弃风法最少需减载，储能设备提供最大备用，即为储能SOC大于等于50%时，此时储能与风电共同承担备用，设比值为1:n，即风电实际需减载，算出最大值为；根据上述方法，根据实际风储的配置数据和风电调频特性数据获得前述公式中的a、c参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤二中利用四分位法将所述向量依顺序分为四个部分的步骤具体为：

对于向量，通过计算三个分位数，利用分位数进行划分，其中第二分位数即为数据中位数，第一、第三分位数确定方法如下：

当n=4k+1时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，；

当n=4k+3时，其中第一分位数和第三分位数通过下式计算获得：

，。