CN109446479B - 一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，在当前大量光伏不断并网的电力系统中，为保证电网安全稳定运行，对弃光条件的判定及对弃光容量的判断尤为重要。本发明首先对电网内的数据参数进行采集，在微网通过配电网与外部电网进行并网时需要保证两者之间的平衡稳定，在光伏电站出力达到一定程度或波动较大时，需要弃光，使电网保持稳定，需进行弃光条件标准判定；弃光量计算；计算弃光量；计算所需储能系统容量。根据电网在不同天气条件下针对光伏电站出力大小的不确定性及波动的不稳定性，对电网内负荷不能完全消纳光伏电站发电量时，及储能系统处于饱和状态时，对弃光量判断，使电网内发出功率与负荷保持平衡。

Description

一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法

技术领域

本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，在当前大量光伏不断并网的电力系统中，为保证电网安全稳定运行对弃光条件的判定以及对弃光容量进行判断显得尤为重要。

背景技术

近年来由于光伏电站的大量增加导致频繁遭遇的“弃光”现象愈演愈烈，而相对于风电的不分昼夜来说，光伏发电还有着白天工作晚上休息的先天不足；因此，太阳能资源相对于风能的间歇性和不可控性特征更明显。如果从对电网调峰所带来的不利影响看，光伏发电增加了调峰的难度，并网对电网安全稳定运行带来了严峻挑战。近年来看，在西藏、青海、宁夏等一些光照条件强的地区，每年集中在短短几个月内增加大量的光伏发电，一波波“装机热”很容易导致光伏项目过分集中。加上由于电网吸纳能力问题，一些光伏发电项目远离负荷中心，难以做到就近消纳，“弃光”现象往往紧随而至。

在保证电网系统的安全稳定运行前提下，如若弃光是不可避免的情况时，对电网内满足弃光条件判定以及将弃光进行储存显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，其目的是为了实现对电网内满足弃光条件判定以及将弃光进行储存的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，首先对电网内的数据参数进行采集，在微网通过配电网与外部电网进行并网时需要保证两者之间的平衡稳定，在光伏电站出力达到一定程度，或是波动较大的情况下需要弃光，使得电网保持稳定，为达到以上条件要求需进行以下步骤：

步骤1：进行弃光条件标准判定；

步骤2：进行弃光量计算；

步骤3：计算弃光量；

步骤4：计算所需储能系统容量。

所述步骤1包括：进行弃光条件标准判定，电网内发电机输出电压相位θ、频率f、电压u，经过光伏电站逆变器后的输出状态量输出电压相位θ_d、频率f_d、电压u_d；首先进行如下计算：

设

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵,η₁表示电网内发电机输出变量矩阵；

其中η_d＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导可得：

其次进行如下计算：

上式(2)中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数；

其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理可得，当：

时满足弃光条件，其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}。

所述步骤2包括：进行弃光量计算，设光伏电站的预测输出有功功率P_wy，预测负荷消耗无功Q_ww，预测负荷消耗有功功率P_wfh，对于微网实际有功出力P_wsj，负荷消耗实际无功Q_wsj，以及负荷实际消耗有功P_fhsj；进行下式计算：

上式(3)中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵；

为使得得弃光量达到最小，减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式(4)中：B表示模糊矩阵,ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R；

对B进行条件设定，当

所述步骤3包括：计算弃光量，其中q_r为光伏电站满额发电功率；

上式(5)中：w表示弃光量。

所述步骤4包括：计算所需储能系统容量：由于储能系统效率问题，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量：

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η (6)；

上式(6)中：Q_c表示所需储能系统的容量。

所述的一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，包括：

步骤1：电网内发电机输出电压初相位

频率f＝50Hz、电压u＝380V，光伏电站逆变器的输出状态量输出电压相位

u₀表示初始时刻电压值，U_m表示电压幅值，频率

电压u_d＝380sinωt，

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵，η₁表示电网内发电机输出变量矩阵；

其中η_d＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导并通过计算可得:

进行如下计算:

上式中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数；

其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，希望得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理，当

时满足弃光条件，其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}；经过计算

满足弃光条件；

步骤2：进行弃光量计算，光伏电站的预测输出有功功率P_wy＝10MW，预测负荷消耗无功Q_ww＝2Mvar，预测负荷有功功率P_wfh＝20MW，对于微网实际有功出力P_wsj＝12MW，负荷消耗实际无功Q_wsj＝18Mvar，以及负荷实际消耗有功P_fhsj＝19MW；进行下式计算：

上式中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵；

为使得得弃光量达到最优，减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式中：B表示模糊矩阵ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R；

将结果代入下式，计算解得：

满足最终弃光条件；

步骤3：计算弃光量，光伏电站满额发电功率q_r＝15MW；

解得w＝126MW.h；

上式中：w表示弃光量；

步骤4：计算所需储能系统容量：由于储能系统效率问题η＝90％，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量:

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η＝110MW.h

上式中：Q_c表示所需储能系统的容量；

通过上述计算看出对弃光的条件判定符合要求，能够使得电网在额定电压、频率条件下运行，符合要求，且储能系统能够完全消纳弃光电量。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明能够根据电网在不同天气条件下针对光伏电站出力大小的不确定性，以及波动的不稳定性，对电网内负荷不能完全消纳光伏电站的发电量时，以及储能系统已处于饱和状态时，对弃光量进行判断，使得电网内的发出功率与负荷保持平衡。

附图说明

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1是本发明具体计算框图；

图2是本发明为弃光条件下电网电压及频率波动情况。

具体实施方式

本发明是一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，首先对电网内的数据参数进行采集，在微网通过配电网与外部电网进行并网时需要保证两者之间的平衡稳定，在光伏电站出力达到一定程度，或是波动较大的情况下需要弃光使得电网保持稳定，为达到以上条件要求需进行如下设计。如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1：进行弃光条件标准判定，电网内发电机输出电压相位θ、频率f、电压u，经过光伏电站逆变器后的输出状态量输出电压相位θ_d、频率f_d、电压u_d。首先进行如下计算：

设

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵,η₁表示电网内发电机输出变量矩阵。

其中ηd＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导可得：

其次进行如下计算：

上式(2)中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数。

其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，希望得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理可得，当：

时满足弃光条件。其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}。

步骤2：进行弃光量计算，设光伏电站的预测输出有功功率P_wy，预测负荷消耗无功Q_ww，预测负荷消耗有功功率P_wfh，对于微网实际有功出力P_wsj，负荷消耗实际无功Q_wsj，以及负荷实际消耗有功P_fhsj。进行下式计算：

上式(3)中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵。

为使得得弃光量达到最小，尽可能减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式(4)中：B表示模糊矩阵,ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R。

对B进行条件设定，当

步骤3：计算弃光量，其中q_r为光伏电站满额发电功率。

上式(5)中：w表示弃光量。

步骤4：计算所需储能系统容量：由于储能系统效率问题，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量：

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η (6)；

上式(6)中：Q_c表示所需储能系统的容量。

实施例1：

步骤1：电网内发电机输出电压初相位

频率f＝50Hz、电压u＝380V，光伏电站逆变器的输出状态量输出电压相位

表示初始时刻电压值，U_m表示电压幅值，频率

电压u_d＝380sinωt，

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵，η₁表示电网内发电机输出变量矩阵。

其中η_d＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导并通过计算可得:

进行如下计算:

上式中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数。

其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，希望得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理，当

时满足弃光条件。其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}。经过计算

满足弃光条件。

步骤2：进行弃光量计算，光伏电站的预测输出有功功率P_wy＝10MW，预测负荷消耗无功Q_ww＝2Mvar，预测负荷有功功率P_wfh＝20MW，对于微网实际有功出力P_wsj＝12MW，负荷消耗实际无功Q_wsj＝18Mvar，以及负荷实际消耗有功P_fhsj＝19MW。进行下式计算：

上式中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵。

为使得得弃光量达到最优，尽可能减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式中：B表示模糊矩阵ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R。

将结果代入下式，计算解得。

满足最终弃光条件。

步骤3：计算弃光量，光伏电站满额发电功率qr＝15MW。

解得w＝126MW.h。

上式中：w表示弃光量。

步骤4：计算所需储能系统容量：由于储能系统效率问题η＝90％，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η＝110MW.h

上式中：Q_c表示所需储能系统的容量。

通过上述计算可以看出对弃光的条件判定符合要求，能够使得电网在额定电压、频率条件下运行，符合要求，且储能系统能够完全消纳弃光电量。

在进行弃光条件下的电网电压及频率波动情况如图2所示。

Claims (2)

1.一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，其特征是：所述计算方法包括如下步骤：

步骤1：进行弃光条件标准判定，电网内发电机输出电压相位θ、频率f、电压u，经过光伏电站逆变器后的输出状态量输出电压相位θ_d、频率f_d、电压u_d；首先进行如下计算：

设

则

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵,η₁表示电网内发电机输出变量矩阵；

其中η_d＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导可得：

其次进行如下计算：

上式(2)中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数；其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理可得，当：

时满足弃光条件，其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}；

步骤2：进行弃光量计算，设光伏电站的预测输出有功功率P_wy，预测负荷消耗无功Q_ww，预测负荷消耗有功功率P_wfh，对于微网实际有功出力P_wsj，负荷消耗实际无功Q_wsj，以及负荷实际消耗有功P_fhsj；进行下式计算：

上式(3)中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵；

为使得得弃光量达到最小，减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式(4)中：B表示模糊矩阵,ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R；

对B进行条件设定，当

时达到最终弃光条件；

步骤3：计算弃光量，其中q_r为光伏电站满额发电功率；

上式(5)中：w表示弃光量；

步骤4：计算所需储能系统容量，由于储能系统效率问题，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量：

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η (6)；

上式(6)中：Q_c表示所需储能系统的容量。

2.根据权利要求1所述的一种基于弃光条件判断的储能容量计算方法，其特征是：所述计算方法包括：

步骤1：电网内发电机输出电压初相位

频率f＝50Hz、电压u＝380V，光伏电站逆变器的输出状态量输出电压相位

u₀表示初始时刻电压值，U_m表示电压幅值，频率

电压u_d＝380sinωt，

上式中，η_le表示输出变量矩阵,η_d表示经过逆变器后输出变量矩阵，η₁表示电网内发电机输出变量矩阵；

其中η_d＝[θ_d,f_d,u_d]，对上式求导并通过计算可得:

进行如下计算:

上式中，η_2d表示优化矩阵,η_le1表示相位变量元素,η_le2表示频率变量元素,η_le3表示电压变量元素,k表示变量系数,k₂表示对应变量系数,k₂₁表示相位变量系数,k₂₂表示频率变量系数,k₂₃表示电压变量系数；

其中k₂＝diag{k₂₁,k₂₂,k₂₃}＞0，选取Lyapunov李亚普诺夫能量函数为

对上式进行求导，希望得到η_2d＝η₂，并将η_2d代入η₂整理，当

时满足弃光条件，其中k_2min＝min{k₂₁,k₂₂,k₂₃}；经过计算

满足弃光条件；

步骤2：进行弃光量计算，光伏电站的预测输出有功功率P_wy＝10MW，预测负荷消耗无功Q_ww＝2Mvar，预测负荷有功功率P_wfh＝20MW，对于微网实际有功出力P_wsj＝12MW，负荷消耗实际无功Q_wsj＝18Mvar，以及负荷实际消耗有功P_fhsj＝19MW；进行下式计算：

上式中，η_2e表示差值变量矩阵,η₂表示消耗预测变量矩阵；

为使得得弃光量达到最优，减少能源的浪费前提下进行整个电力系统的稳定运行，进行模糊算法计算，具体数学表达式如下：

上式中：B表示模糊矩阵ι_B为系统的运行额定电压，

为系统最优参向量，使得

ω_B表示系统参相量，ω_BM表示第M个系统最优参相量，R表示实数；o_B为在进行逼近计算过程中的误差向量，o_BM表示第M个系统的误差相量，使其满足条件||o_B||≤o_BM，0＜o_BM∈R；

将结果代入下式，计算解得：

满足最终弃光条件；

步骤3：计算弃光量，光伏电站满额发电功率q_r＝15MW；

解得w＝126MW.h；

上式中：w表示弃光量；

步骤4：计算所需储能系统容量：由于储能系统效率问题η＝90％，以及弃光量预测的误差问题，所需储能系统的容量:

Q_c＝[w+(q_r-P_fhsj)]η＝110MW.h

上式中：Q_c表示所需储能系统的容量；

通过上述计算看出对弃光的条件判定符合要求，能够使得电网在额定电压、频率条件下运行，符合要求，且储能系统能够完全消纳弃光电量。

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