CN109193719B - 一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法和系统。所述方法和系统通过确定电网聚合目标，并计算分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案，然后在仿真模型上按照预先设置的模型对接入分布式储能系统前后电网的经济性进行仿真分析，以评估分布式储能系统接入电网后的调频性能。所述方法和系统通过对分布式储能系统的出力进行寻优，实现了对电网中存在的频率问题的及时处理，防止了大规模连锁故障的发生，充分发挥了分布式储能系统的应用潜力。

Description

一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法和系统

技术领域

本发明涉及分布式储能技术领域,并且更具体地，涉及一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法和系统。

背景技术

同集中式储能相比，分布式储能具有投资小、应用灵活、站内损耗小等优势，但分布式储能也有出力分散、可控性差、缺乏相应的调度手段等问题需要解决。目前关于储能调频的研究大多集中在大规模集中式储能调频上，对于分布式储能装置尚未出现完整成熟的调频聚合策略，随着分布式储能装置在电网侧装机规模的逐年增加，分布式储能完全具备调频的能力，建立一种高效精确的调频方法迫在眉睫。2017年11月22日国家能源局官网发布《完善电力辅助服务补偿(市场)机制工作方案》，提出全面推进电力辅助服务补偿(市场)。目前我国电力市场还处于初级阶段，虽然一些省份基于“两个细则”正在优化推进辅助服务，但其市场价格机制仍然缺位，辅助服务的提供者、提供方式、交易规则、费用标准、支付与结算方式尚未完善，因而难以兼顾不同电厂提供辅助服务的成本差异，也难以区别辅助服务质量的差异。分布式储能作为电力辅助服务的重要部分，对其聚合效应进行研究对完善电力辅助服务补偿(市场)机制有着重要的意义。因此建立分布式储能系统聚合调频性能的评估方法，具有非常重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中缺乏对分布式储能系统聚合调频性能进行评估的标准的技术问题，本发明提供了一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法，所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元，所述方法包括：

步骤1、基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其中，1≤k≤n；

步骤2、根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

步骤3、根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

步骤4、根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

进一步地，所述方法在基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g之前还包括：

建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss,Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力：

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，其中

F₁为可拉闸限电(切机)的负荷停电费用，F₂为不可拉闸(切机)限电的负荷停电费用，W_i为反映负荷(发电机)重要性的权重因子；

设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

进一步地，建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

进一步地，所述基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g包括：

根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量；

根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率。

进一步地，根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案包括：

计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种评估分布式储能系统聚合调频性能的系统，所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元，所述系统包括：

聚合目标单元，其用于基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其中，1≤k≤n；

最佳方案单元，其用于根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

仿真分析单元，其用于根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

调频评估单元，其用于根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

进一步地，所述系统还包括：

仿真模型单元，其用于建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

目标函数单元，其用于建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss,Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

约束条件单元，其用于确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力：:

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

经济损失模型单元，其用于设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，其中

F₁为可拉闸限电(切机)的负荷停电费用，F₂为不可拉闸(切机)限电的负荷停电费用，W_i为反映负荷(发电机)重要性的权重因子；

第一模型单元，其用于设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

进一步地，所述仿真模型单元建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

进一步地，所述聚合目标单元包括：

聚合潜力计算单元，其用于根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量；

聚合目标计算单元，其用于根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率。

进一步地，最佳方案单元包括：

响应因子单元，其用于计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

调频方案单元，其用于根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

方案寻优单元，其用于根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案。

本发明技术方案提供的评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法和系统通过计算分布式储能系统的可用容量，并根据实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的出力值，同时通过计算分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案，然后在仿真模型上按照预先设置的经济性模型对接入分布式储能系统前后电网的经济性进行仿真分析，以评估分布式储能系统接入电网后的调频性能。所述方法和系统通过对分布式储能系统的出力进行寻优，能精确有效地对分布式储能系统在调频时进行聚合，对调频需求快速响应，实现了对电网中存在的频率问题的及时处理，提高了电网的静态安全裕度，防止了大规模连锁故障的发生，充分发挥了分布式储能系统的应用潜力，另外本发明还给出了评估电网接入分布式储能系统聚合调频性能的仿真分析方法，较好地满足了分布式储能系统的市场化需求。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的评估分布式储能系统聚合调频性能的系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法100从步骤101开始。所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元。

在步骤101，基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其中，1≤k≤n；

在步骤102，根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

在步骤103，根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

在步骤104，根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

优选地，所述方法在基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g之前还包括：

建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss,Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力：:

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),S(U)为电网低电压严重程序，S(δ)为功角差严重程序，S(f)为频率严重程度，ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，其中

F₁为可拉闸限电(切机)的负荷停电费用，F₂为不可拉闸(切机)限电的负荷停电费用，W为反映负荷(发电机)重要性的权重因子；

在本优选实施方式中，电网低电压严重程度S(U)、功角差严重程度S(δ)、频率严重程度S(f)的计算公式如下：

电网低电压严重程度S(U)的公式为：

其中，λ₁、λ₂为低电压严重度权重系数，

为电网母线电压平均严重程度，S_max(U)为电网母线电压最大严重程度；

功角差严重程度S(δ)的公式为：

式中，

为功角差平均严重程度，S_max(δ)为功角差最大严重程度，α₁、α₂为功角差严重程度权重系数，且α₁+α₂＝1，

频率严重程度S(f)公式为：

S(f)＝-2f+100

其中f为电网频率。

设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

优选地，建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

优选地，所述基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g包括：

根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量；

根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率。

优选地，根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案包括：

计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

在本优选实施方式中，当电网j支路正常运行时，支路电流值为

当电网j支路出现功率缺损时，所述支路的功率由电网各条母线处接入的分布式储能单元出力以弥补其功率缺损，相当于在等值无源网络下增加一个激励源，所述激励源增加的电流转移至电网各支路，如：当单条母线m处储能单元电流增加1(A)时则转移到j支路的电流的值为

即j支路上电流增加

当多条母线储能单元出力同时增加时，则转移到j支路电流值为各个母线单独作用效果的叠加。

根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案。

图2为根据本发明优选实施方式的评估分布式储能系统聚合调频性能的系统的结构示意图。所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元。如图2所示，本优选实施方式所述的评估分布式储能系统聚合调频性能的系统200包括：

仿真模型单元201，其用于建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

目标函数单元202，其用于建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss,Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

约束条件单元203，其用于确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力：:

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

经济损失模型单元204，其用于设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，其中

F₁为可拉闸限电(切机)的负荷停电费用，F₂为不可拉闸(切机)限电的负荷停电费用，W_i为反映负荷(发电机)重要性的权重因子；

第一模型单元205，其用于设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

聚合目标单元206，其用于基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其中，1≤k≤n；

最佳方案单元207，其用于根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

仿真分析单元208，其用于根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

调频评估单元209，其用于根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

优选地，所述仿真模型单元201建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

优选地，所述聚合目标单元206包括：

聚合潜力计算单元261，其用于根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量；

聚合目标计算单元262，其用于根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率。

优选地，最佳方案单元207包括：

响应因子单元271，其用于计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

调频方案单元272，其用于根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

方案寻优单元273，其用于根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (6)

1.一种评估分布式储能系统聚合调频性能的建模方法，其特征在于，所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元，所述方法包括：

步骤1、基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其包括：

根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量，1≤k≤n；

根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率；

步骤2、根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案，其包括:

计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

步骤3、根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

步骤4、根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g之前还包括：

建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss，Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流，

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

为储能单元额定容量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，S(U)为电网低电压严重程度，S(δ)为功角差严重程度，S(f)为频率严重程度，其中

F₁为可拉闸限电的负荷停电费用，F₂为不可拉闸限电的负荷停电费用，W_i为反映负荷重要性的权重因子；

设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

4.一种评估分布式储能系统聚合调频性能的系统，其特征在于，所述分布式储能系统包括与电网中不同母线相连接的n个储能单元，所述系统包括：

聚合目标单元，其用于基于分布式储能系统中每个储能单元的可用容量P_k和实时采集的电网频率，确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其包括：

聚合潜力计算单元，其用于根据分布式储能系统中每个储能单元的可用容量确定可调聚合潜力P_i，其计算公式为：

式中，P_k为分布式存储系统第k个分布式装置的可用容量，1≤k≤n；

聚合目标计算单元，其用于根据所述分布式储能系统的可调聚合潜力P_i，并结合实时采集的电网频率确定分布式储能系统的整体聚合目标P_g，其计算公式为：

式中，

为所采N个频率数据点的平均值，f_ref为电网标准频率，

为所采N个功率数据点的平均值，P_ref为电网基准功率；

最佳方案单元，其用于根据所述分布式储能系统的整体聚合目标P_g，以及分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子，并结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案，其包括:

响应因子单元，其用于计算分布式储能系统中每个储能单元对电网聚合调频效果的响应因子是指分布储能系统接入电网后等同于向电网加入了新的激励源，根据叠加效应，电网j支路的潮流结果为所有出力发生改变的储能单元和所有发电机叠加后的效果，则单个节点上分布式储能单元对等值无源网络j支路的影响即为接入分布式储能单元的电网母线m处对线路j处的响应为：

式中，

为等值无源网络下母线m处储能单元出力改变时j支路的响应电流，

为电网中储能单元出力未发生改变时j支路的电流，α_mj为母线m处储能单元出力改变时对j支路的响应因子；

调频方案单元，其用于根据分布式储能系统的整体聚合目标P_g和分布式储能系统每个分布式储能单元对电网聚合调频的响应因子确定电网中j支路的聚合调频方案，其计算公式为：

式中，M为分布式储能系统中接入不同母线的n个分布式储能单元的集合，m为所有出力发生改变的储能单元，α_mj为出力发生改变的储能单元对j支路的响应因子，P_mj为出力发生改变的储能单元对j支路拟输出的功率；

方案寻优单元，其用于根据所述聚合调频方案，结合预先设置的分布式储能系统和电网的约束条件，采用粒子群算法对预先建立的电网目标函数进行寻优计算，则可确定电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案；

仿真分析单元，其用于根据预先设置的评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，在预先建立的电网仿真模型上对电网中接入的分布式储能系统的最佳聚合调频方案进行仿真分析；

调频评估单元，其用于根据预先设置的电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，在预先建立的电网仿真模型上计算电网调频时的经济损失，并与电网中接入分布式储能系统后，采用最佳聚合方案进行聚合调频的仿真结果进行综合判定以评估电网接入分布式储能系统后的聚合调频性能。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

仿真模型单元，其用于建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型，其中所述仿真模型包括电源、电网架构、电网负荷和分布式储能系统；

目标函数单元，其用于建立评估电网中接入的分布式储能系统的聚合调频性能的目标函数min(Δf_max)和min(P_loss，Q_loss)，其中，Δf_max为电网频率偏差最大值，P_loss为电网有功损失值，Q_loss为电网无功损失值；

约束条件单元，其用于确定分布式储能系统的储能规划约束、运行约束、能量状态约束，以及电网的潮流约束、静态安全稳定约束，其中：

电网约束包括：

时序功率平衡：

旋转备用容量：

网络传输能力：

机组爬坡能力

式中，P_G,t为机组时序出力，P_BS,t为储能电站时序出力，

为外送功率，

为网络损耗最大值，F_L为时序潮流

为当前时刻发电机功率，P_G,i,t-1为前一时刻发电机功率，

为爬坡功率；

分布式储能系统约束条件包括:

储能电站容量：

充放电功率约束：

充放电状态约束：

式中，

为储能电站容量，Q_BS,m为储能单元数量，

为储能单元额定容量，

储能电站放电功率；H为放电时间，

为储能电站放电状态；

为储能电站充电功率，

为储能电站充电状态；

经济损失模型单元，其用于设置电网在故障/扰动下无分布式储能系统时的经济损失模型，所述经济损失模型的公式为：

式中，L为电网和切负荷造成的总经济损失，S_i为电网综合严重度，公式为S_i＝ω₁S(U)+ω₂S(δ)+ω₃S(f),ω₁、ω₂、ω₃为电网的电压、功角、频率严重度权重因子，S(U)为电网低电压严重程度，S(δ)为功角差严重程度，S(f)为频率严重程度，其中

F₁为可拉闸限电的负荷停电费用，F₂为不可拉闸限电的负荷停电费用，W_i为反映负荷重要性的权重因子；

第一模型单元，其用于设置评估电网中接入的分布式储能系统聚合调频性能的第一模型，所述第一模型的公式为：

式中，T_Bess为分布式储能系统聚合调频性能综合评估公式，L为电网和切负荷造成的总经济损失，α₁为故障或扰动下电网无储能参与时电网和切负荷造成的总经济损失权重因子；α₂为分布式储能系统出力情况权重因子，P_Bess为分布式储能系统出力综合成本。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述仿真模型单元建立接入分布式储能系统的电网的仿真模型还包括对所述仿真模型进行潮流计算和参数调整，使所述仿真模型的电网潮流分布与电网实际测量的潮流分布的误差小于5％。

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