CN109066806A - 一种电网调峰控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网调峰控制方法，包括步骤：获取电网运行数据，计算系统调峰启动门槛；将风电出力视作负的负荷，计算系统等效负荷；判断等效负荷是否小于调峰启动门槛，若条件成立则计算储能调峰控制指令；计及储能系统充电特性对系统备用的增补效果，适时安排火电机组深调峰的启动；判断调峰启动后的系统等效负荷是否大于系统调峰退出门槛，若条件成立则系统退出调峰控制。本发明提供的方法充分发挥储能系统在系统调峰中的快速支撑作用，并对火电机组深调峰启停时序进行了优化，对于提高系统供电可靠性，提升电网运行的经济性具有十分重要的意义。

Description

一种电网调峰控制方法

技术领域

本发明涉及电网调控技术领域，尤其涉及一种电网调峰控制方法。

背景技术

随着风力发电再电网渗透率的逐步提高，风力发电的随机性、间歇性和不可控性对电网调峰提出了新的挑战，尤其在风光资源富集的“三北”地区，风电出力反调峰特性导致系统调峰容量不足的情况更为突出。

近年来，快速发展的储能技术能够实现对电能的吞吐而被认为是控制风电出力、提高电网接纳风电能力的有效手段。而储能系统存在容量限制对电网调峰控制能力有限，且过度充放电将极大缩短储能系统的使用寿命，提高电网运行成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电网调峰控制方法，解决现有技术中储能系统容量受限，不能满足电网调峰需求、储能系统过度充电使用寿命损耗大、电网运行成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电网调峰控制方法，包括储能系统、风电场站、AGC机组和非AGC机组，所述方法包括如下步骤：

获取电网所有并网机组的最低技术出力、AGC机组需预留的最小旋转备用，计算电网调峰启动门槛；

实时更新当前时刻的电网负荷及风电有功出力，将风电有功出力视作负的负荷，计算当前时刻电网等效负荷；

判断当前时刻电网等效负荷是否小于电网调峰启动门槛：若当前时刻电网等效负荷小于电网调峰启动门槛，则启动储能系统，计算储能系统控制目标；否则，返回上一步继续计算下一时刻电网等效负荷；

根据储能系统充电特性对电网备用的增补效果，确定火电机组深调峰的启停及动作时序；

当电网等效负荷大于电网调峰退出门槛时，退出电网调峰控制。

进一步的，所述电网调峰启动门槛的计算方法如下：

P_on-thd＝P_min+△P_res (1)

式中：P_on-thd表示电网调峰启动门槛；P_min表示电网所有并网机组的最低技术出力；△P_res表示AGC机组需预留的最小旋转备用，不同电网对AGC旋转备用要求不一，最小可为零。

进一步的，计算储能系统控制目标，具体方法如下：

P_BESS-targ＝-1×min{P′_BESS-charg(t),P′_load(t)-P_on-thd} (2)

式中，P_BESS-targ表示储能系统控制目标，负值表示充电控制；P′_BESS-charg(t)表示t时刻储能系统根据荷电状态修正后的调峰支撑能力；P′_load(t)表示t时刻电网等效负荷；P_on-thd表示电网调峰启动门槛。

进一步的，对储能系统充电能力修正的具体方法如下：

实时更新储能系统当前荷电状态SOC(t)；

根据储能系统当前荷电状态SOC(t)，按照公式(3)对储能系统的调峰支撑能力进行修正：

式中，P_BESS-charg表示储能系统额定充放电功率；SOC_max为保证储能系统安全、经济运行的最高允许荷电状态。

进一步的，确定火电机组深调峰的启停及动作时序的具体方法如下：

A.获取并更新电网未来t_N时段内负荷超短期预测数据及风功率超短期预测数据，计算得到电网等效负荷预测序列L(P′_load(t₁),P′_load(t₂),L,P′_load(t_N))，其中：P′_load(t₁)、P′_load(t₂)、P′_load(t_N)分别表示t₁、t₂、t_N时刻将风电有功出力视作负的负荷的情况下计算得到的电网等效负荷；

B.对电网等效负荷预测序列进行遍历，分别确定电网最低等效负荷出现时刻t_P及电网等效负荷高于电网调峰启动门槛的时刻t_S，若电网等效负荷预测序列中无高于电网调峰启动门槛的值，则取t_S＝t_N；

C.通过公式(4)预估储能系统可持续充电时长T_BESS-out：

式中：E_BESS表示储能系统额定容量；

D.计及储能系统的调峰支撑能力计算修正后的电网所有并网机组的最低技术出力P'_min及电网调峰启动门槛P'_on-thd，计算公式如下

P'_min＝P_min-P′_BESS-charg (5)

P'_on-thd＝P_on-thd-P′_BESS-charg (6)

E.根据电网最低等效负荷P′_load(t_P)、修正后的电网所有并网机组的最低技术出力P'_min、电网调峰启动门槛P'_on-thd及储能系统可持续充电时长T_BESS-out之间的约束关系，对火电机组是否需要启动深调峰及介入时机进行决策，具体如下：

(a)如果P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out≥t_S，即储能系统充电能力与AGC机组下旋转备用的加和能够满足调峰需求时，火电机组深调峰不启动，利用储能系统的充电能力及AGC机组下旋转备用进行调峰支撑；

(b)如果P'_on-thd≥P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out<t_S，即调峰启动初始时刻储能系统充电能力与AGC机组下旋转备用的加和能够满足调峰需求，但储能系统可持续充电时长无法支撑到调峰结束时，应在储能系统丧失充电能力、退出调峰支撑前T_adv时刻，即t₁+T_BESS-out-T_adv时刻启动火电机组进行深调峰，以实现储能系统调峰退出与火电机组深调峰投入的有序动作与衔接；

(c)如果P′_min>P′_load(t_P)，即当前储能系统充电能力与AGC机组下旋转备用的加和无法满足调峰需求时，火电机组深调峰应当即刻启动，即于电网等效负荷低于调峰启动门槛的t₁时刻启动。

进一步的，所述电网调峰退出门槛大于电网调峰启动门槛，以避免系统调峰的频繁启停。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明在充分发挥储能系统快速充放电优势的基础上，增加了计及储能系统荷电状态的调峰支撑约束，有效避免储能系统过度充电对使用寿命带来的损耗，降低储能系统的运行成本；

采用储能系统和火电机组联合调峰控制方法，通过合理安排储能系统充放电及火电机组深调峰的启停及介入时序，有效减少因风电接入所引发的火电机组调峰启停次数，大大提高电网运行的经济性。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是火电机组深调峰不启动场景示意图；

图3是火电机组深调峰启动场景示意图；

图中：P_on-thd和P_min分别表示电网调峰启动门槛与所有并网机组的最低技术出力；P′_on-thd和P′_min分别表示计及储能系统的调峰支撑能力修正后的电网调峰启动门槛与所有并网机组的最低技术出力；t₁、t_P和t_S分别表示电网等效负荷小于调峰启动门槛、等效负荷最小值出现时刻和等效负荷高于电网调峰启动门槛的时刻；t_b和t_h分别表示储能系统丧失调峰支撑能力时刻和火电机组深调峰启动时刻；T_BESS-out表示储能系统可持续充电时长；T_adv表示提前于储能系统退出调峰的时长。

具体实施方式

本发明充分利用了储能系统充电特性对电网备用的增补效果，同时考虑了电网调峰深度与储能系统充电能力的匹配关系，合理安排火电深调峰的启停及动作时序，在满足电网调峰需求的前提下，降低火电机组深调峰启动的次数、缩短火电机组深调峰运行时长以提高电网运行的经济性。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的电网调峰控制方法，包括如下步骤：

步骤一：获取电网所有并网机组的最低技术出力P_min、AGC机组需预留的最小旋转备用△P_res、储能系统配置容量E_BESS及其额定充放电功率P_BESS-charg，上述功率计量单位均为MW，能量计量单位为MWh；对于AGC机组需预留的最小旋转备用△P_res，不同电网对AGC旋转备用要求不一，最小可为零。

步骤二：计算电网调峰启动门槛P_on-thd＝P_min+△P_res；

步骤三：实时更新储能系统当前荷电状态SOC(t)，并根据SOC(t)对储能系统的调峰支撑能力进行修正，公式如下

式中，P′_BESS-charg(t)为储能系统当前最大允许充电功率；SOC_max为保证储能系统安全、经济运行的最高允许荷电状态，一般在[80,100)区间内取值。

步骤四：实时更新电网当前时刻的系统负荷P_load(t)及风电有功出力P_wind(t)，将风电有功出力视作负的负荷，计算得到电网等效负荷P′_load(t)＝P_load(t)-P_wind(t)；

步骤五：判断当前电网等效负荷是否小于电网调峰启动门槛，即条件P′_load(t)<P_on-thd成立，则记当前时刻为调峰触发时刻t₁，并进入步骤六；否则储能系统与火电机组均不启动调峰控制，并返回步骤三；

步骤六：为充分发挥储能系统对电网调峰的支撑作用，尽可能避免火电机组进入深调峰状态或缩短火电机组深调峰运行时长，储能系统优先响应系统调峰控制需求，控制目标计算公式如下

P_BESS-targ＝-1×min{P′_BESS-charg,P′_load(t)-P_on-thd}

式中，P_BESS-targ表示储能系统控制目标，负值表示充电控制。

步骤七：计及储能系统充放电特性对电网备用的增补效果，合理安排火电深调峰的启停及动作时序。

本发明充分利用储能系统充电能力延迟启动火电机组深调峰，即当储能系统因容量约束即将退出调峰支撑导致系统备用不再满足调峰需求时，火电机组再启动深调峰。该方法包含两项技术要点，一是通过充分利用储能系统充电能力延迟了火电机组深调峰启动时刻，二是火电机组在储能系统充电能力丧失之前启动深调峰，以完成调峰任务的平滑交接。具体实施方法如下：

首先根据储能系统的充电特性对电网所有并网机组的最低技术出力进行修正，同时预算储能系统持续支撑时长；具体实施步骤如下：

(1)获取并更新电网未来N分钟时段内的负荷超短期预测数据及风功率超短期预测数据，计算得到电网等效负荷预测序列L(P′_load(t₁),P′_load(t₂),L,P′_load(t_N))，一般的超短期预测时间尺度为4小时，即N＝240；其中：P′_load(t₁)、P′_load(t₂)、P′_load(t_N)分别表示t₁、t₂、t_N时刻将风电有功出力视作负的负荷的情况下计算得到的电网等效负荷；

(2)对电网等效负荷预测序列进行遍历分别确定电网等效负荷最小值出现时刻t_P及电网等效负荷高于电网调峰启动门槛时刻t_S，若序列中无高于电网调峰启动门槛值，则取t_S＝t_N；

(3)通过下式预估储能系统持续充电时长T_BESS-out(单位为分钟)

然后通过超短期负荷预测数据与风电超短期功率预测数据确定电网等效谷荷极值、谷荷出现时刻及负荷高于电网调峰启动门槛的时刻：

(4)计及储能系统的充电能力计算修正后的系统最低技术出力P'_min及电网调峰启动门槛P'_on-thd，计算公式如下

P'_min＝P_min-P′_BESS-charg

P'_on-thd＝P_on-thd-P′_BESS-charg

(5)根据系统最低等效负荷P′_load(t_P)、修正后的电网所有并网机组的最低技术出力P'_min、电网调峰启动门槛P'_on-thd及储能系统可持续充电时长T_BESS-out之间的约束关系，对火电机组是否需要启动深调峰及介入时机进行决策：

最后综合考虑电网备用与谷荷极值的关系，及储能系统充电能力约束，制定火电机组深调峰启停计划，具体方法如下：

(a)如果P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out≥t_S，即图2中L1负荷曲线所示，荷谷极值大于修正后的最小技术出力，在储能系统充电能力充足的情况下，可依靠储能系统充电能力及AGC机组下旋转备用的加和进行调峰，该工况下可以避免火电机组深调峰的启动。其中若荷谷极值大于修正后的调峰启动门槛，如L1'负荷曲线所示，储能系统即可承担全部调峰需求。

(b)如果P'_on-thd≥P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out<t_S，即调峰启动初始时刻储能系统充电能力与AGC机组下旋转备用的加和能够满足调峰需求，但储能系统可持续充电时长无法支撑到调峰结束时，应在储能系统丧失充电能力、退出调峰支撑前T_adv时刻，即t₁+T_BESS-out-T_adv时刻启动火电机组进行深调峰，以实现储能系统调峰退出与火电机组深调峰投入的有序动作与衔接；T_adv取值推荐15～30min；

(c)如果P′_min>P′_load(t_P)，如图3中，L2负荷曲线所示，当前储能系统充电能力与AGC机组下旋转备用的加和无法满足调峰需求，火电机组深调峰应于t₁时刻即刻启动，即于电网等效负荷低于调峰启动门槛的t₁时刻启动。

步骤八：若火电机组深调峰已启动，只有当电网等效负荷回升至高于调峰退出门槛P_off-thd时，即P′_load(t)>P_off-thd时，火电机组及储能系统退出电网调峰。

为避免系统调峰频繁启停，并考虑电网负荷-功率平衡波动对AGC机组的备用要求，电网调峰退出门槛应高于启动门槛，即只有系统等效负荷高于调峰启动门槛一个安全阈值范围时，才将正在处于调峰状态的控制对象退出。该安全阈值应该根据电网规模、电源构成及负荷-功率偏差波动情况等因素而定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电网调峰控制方法，包括储能系统、风电场站、AGC机组和非AGC机组，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取电网所有并网机组的最低技术出力、AGC机组需预留的最小旋转备用，计算电网调峰启动门槛；

实时更新当前时刻的电网负荷及风电有功出力，将风电有功出力视作负的负荷，计算当前时刻电网等效负荷；

判断当前时刻电网等效负荷是否小于电网调峰启动门槛：若当前时刻电网等效负荷小于电网调峰启动门槛，则启动储能系统，计算储能系统控制目标；否则，返回上一步继续计算下一时刻电网等效负荷；

根据储能系统充电特性对电网备用的增补效果，确定火电机组深调峰的启停及动作时序；

当电网等效负荷大于电网调峰退出门槛时，退出电网调峰控制。

2.根据权利要求1所述的电网调峰控制方法，其特征在于，所述电网调峰启动门槛的计算方法如下：

P_on-thd＝P_min+△P_res (1)

式中：P_on-thd表示电网调峰启动门槛；P_min表示电网所有并网机组的最低技术出力；△P_res表示AGC机组需预留的最小旋转备用。

3.根据权利要求1所述的电网调峰控制方法，其特征在于，计算储能系统控制目标，具体方法如下：

P_BESS-targ＝-1×min{P′_BESS-charg(t),P′_load(t)-P_on-thd} (2)

式中，P_BESS-targ表示储能系统控制目标，负值表示充电控制；P′_BESS-charg(t)表示t时刻储能系统根据荷电状态修正后的充电能力；P′_load(t)表示t时刻电网等效负荷；P_on-thd表示电网调峰启动门槛。

4.根据权利要求3所述的电网调峰控制方法，其特征在于，根据荷电状态对储能系统充电能力修正的具体方法如下：

实时更新储能系统当前荷电状态SOC(t)；

根据储能系统当前荷电状态SOC(t)，按照公式(3)对储能系统充电能力进行修正：

式中，P_BESS-charg表示储能系统额定充放电功率；SOC_max为保证储能系统安全、经济运行的最高允许荷电状态。

5.根据权利要求4所述的电网调峰控制方法，其特征在于，确定火电机组深调峰的启停及动作时序的具体方法如下：

A.获取并更新电网未来t_N时段内负荷超短期预测数据及风功率超短期预测数据，计算得到电网等效负荷预测序列L(P′_load(t₁),P′_load(t₂),L,P′_load(t_N))，其中：P′_load(t₁)、P′_load(t₂)、P′_load(t_N)分别表示t₁、t₂、t_N时刻将风电有功出力视作负的负荷的情况下计算得到的电网等效负荷；

B.对电网等效负荷预测序列进行遍历，分别确定电网最低等效负荷出现时刻t_P及电网等效负荷高于电网调峰启动门槛的时刻t_S，若电网等效负荷预测序列中无高于电网调峰启动门槛的值，则取t_S＝t_N；

C.通过公式(4)预估储能系统可持续充电时长T_BESS-out：

式中：E_BESS表示储能系统额定容量；

D.计及储能系统的调峰支撑能力计算修正后的电网所有并网机组的最低技术出力P'_min及电网调峰启动门槛P'_on-thd，计算公式如下

P'_min＝P_min-P_B'_ESS-charg (5)

P'_on-thd＝P_on-thd-P_B'_ESS-charg (6)

E.根据电网最低等效负荷P′_load(t_P)、修正后的电网所有并网机组的最低技术出力P'_min、电网调峰启动门槛P'_on-thd及储能系统可持续充电时长T_BESS-out之间的约束关系，对火电机组是否需要启动深调峰及介入时机进行决策，具体如下：

(a)如果P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out≥t_S，火电机组深调峰不启动，利用储能系统及AGC机组进行调峰；

(b)如果P'_on-thd≥P′_load(t_P)≥P'_min且t₁+T_BESS-out<t_S，在储能系统丧失充电能力、退出调峰支撑前T_adv时刻，启动火电机组进行深调峰，即火电机组深调峰启动时刻为t₁+T_BESS-out-T_adv；

(c)如果P′_min>P′_load(t_P)，火电机组深调峰于t₁时刻启动。

6.根据权利要求1所述的电网调峰控制方法，其特征在于，所述电网调峰退出门槛大于电网调峰启动门槛。