CN110635494A - 一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法。基于储能抑制超低频振荡控制方法，首先建立储能有功与系统频率之间的耦合关系，然后获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型，接着建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，最后通过求解所建立的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数，从而实现在满足超低频振荡抑制需求同时减小储能容量需求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统频率稳定控制技术领域，尤其涉及一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法。
背景技术
随着水电电力系统的广泛应用，系统出现一些超低频振荡现象。水电电力系统中的水电机组具有水锤效应，所以高渗透率水电电力系统易出现超低频振荡现象，导致电力系统频率不稳定。水电电力系统超低频振荡与电力系统低频振荡不同，并非发电机转子之间的相对振荡，而是系统小扰动不稳定引发的频率振荡，属于电力系统频率稳定控制范畴。
目前，多基于优化调速器参数来抑制超低频振荡，但该措施在抑制超低频振荡的同时会引起调速器调速性能的下降，没有考虑电网的影响，采用这种方法得到的调速器参数仅适合于发电机单机带小负荷运行的工况，不能满足系统对一次调频的要求。而储能具有灵活的调节能力，用于调峰、调压、调频，储能控制参数的选取分不同的应用场景和控制策略，在不同的场景中采用不同的控制方法都有不同的参数以及对应不同的参数选取方式。储能可在超低频振荡过程中为系统提供正向阻尼，以改善电力系统频率稳定性，故储能控制参数的选取是储能抑制超低频振荡的重要内容。
然而，储能控制参数的选取对于抑制超低频振荡效果不同，若储能控制参数偏小，则可能导致无法实现对超低频振荡的有效抑制；若储能控制参数过大，则可能导致储能容量需求较大。
发明内容
本发明提供一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，通过合理选取储能控制参数，确定储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数，实现在满足超低频振荡抑制需求同时减小储能容量需求。
为了达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
第一方面，一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，包括：
建立储能有功与系统频率之间的耦合关系；
获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件；
根据所述储能有功与系统频率之间的耦合关系，结合所述电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型；
根据所述含有储能的电力系统动态频率特性模型，结合储能功率-能量关系数学模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型；
求解所述储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，包括：所述建立储能有功与系统频率之间的耦合关系具体为：根据储能抑制超低频振荡控制方法的特点，建立描述储能有功-频率特性的表达式E。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，包括：所述获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件具体为：获取扰动信息文件，获取电力系统扰动类型d；获取电力系统运行方式文件，解析稳态潮流数据，得到电力系统初始状态x(0)，然后解析动态稳定数据。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述根据储能有功与系统频率之间的耦合关系结合电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型具体为：结合描述储能有功-频率特性的表达式E、电力系统扰动类型d、电力系统初始状态x(0)建立含有储能的电力系统动态频率特性模型G。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型具体为：基于所立含有储能的电力系统动态频率特性模型G，结合储能功率-能量关系数学模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O。
结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，所述求解储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，得到储能参与超低频振荡抑制的最优控制参数Ke,best与Pe,max,best。
结合第一方面和第一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述的描述储能有功-频率特性的表达式E，形式如下：
式中，t为时刻，Pe(t)为储能在t时刻的有功功率，Δf(t)为电力系统在t时刻的频率偏差，为储能控制死区，Ke为储能下垂系数，Pe,max为储能有功限值，Ke和Pe,max均为储能的控制参数。
结合第一方面和第三种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述的含有储能的电力系统动态频率特性模型G，形式如下：
Xl≤x(t)≤Xu
式中，t为时刻，x(t)为电力系统状态变量集合，为电力系统状态变量导数集合，δ为电力系统扰动类型d引起的有功变化，Xl、Xu分别电力系统状态变量下限、上限的集合。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，如下所示：
O：
式中，α1、α2为目标函数的权重因子，ν(t)为系统频率振荡表征指标，ts为储能抑制超低频振荡的触发时刻，Te为系统频率稳定的期望时间，ε为系统频率振荡表征指标约束值， Ee(t)为t时刻储能能量状态，θc、θd分别为储能充电、放电效率系数，El、Eu分别为储能能量状态的下限与上限。
本发明实施例提供的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，通过求解所建立的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数；本发明基于储能抑制超低频振荡的应用场景，建立了储能控制参数优化模型，优化选取合理的储能控制参数，既保证了超低频振荡抑制效果，又减小了储能用于实现该应用的容量需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法流程图；
图2为本发明另一实施例在优化储能控制参数下的抑制超低频振荡的效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
本发明实施例提供一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，用于电力系统频率稳定控制技术领域，参照图1所示，所述应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法包括如下步骤：
101、建立储能有功与系统频率之间的耦合关系。
具体地，根据储能抑制超低频振荡控制方法的特点，建立描述储能有功-频率特性的表达式E。
所述的描述储能有功-频率特性的表达式E，形式如下：
式中，t为时刻，Pe(t)为储能在t时刻的有功功率，Δf(t)为电力系统在t时刻的频率偏差，
为储能控制死区，Ke为储能下垂系数，Pemax为储能有功限值，Ke和Pemax均为储能的控制参数。
102、获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件。
具体地，获取扰动信息文件，获取电力系统扰动类型d；获取电力系统运行方式文件，解析稳态潮流数据，得到电力系统初始状态x(0)，然后解析动态稳定数据。
这里需要注意的是，所述步骤102的进行顺序并非必然排在所述步骤101之后，实则是所述步骤101与所述步骤102可以同时进行，这两步哪个先完成则先执行哪个步骤。
103、根据所述储能有功与系统频率之间的耦合关系结合所述电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型。
具体地，结合描述储能有功-频率特性的表达式E、电力系统扰动类型d、电力系统初始状态x(0)建立含有储能的电力系统动态频率特性模型G；
所述的含有储能的电力系统动态频率特性模型G，形式如下：
Xl≤x(t)≤Xu
式中，t为时刻，x(t)为电力系统状态变量集合，
为电力系统状态变量导数集合，δ为电力系统扰动类型d引起的有功变化，Xl、Xu分别电力系统状态变量下限、上限的集合。
104、根据所述含有储能的电力系统动态频率特性模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型。
具体地，基于所建立的含有储能的电力系统动态频率特性模型G，结合储能功率-能量关系数学模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O；
所述的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，如下所示：
O:
式中，α1、α2为目标函数的权重因子，ν(t)为系统频率振荡表征指标，ts为储能抑制超低频振荡的触发时刻，Te为系统频率稳定的期望时间，ε为系统频率振荡表征指标约束值， Ee(t)为t时刻储能能量状态，θc、θd分别为储能充电、放电效率系数，El、Eu分别为储能能量状态的下限与上限。
105、求解所述储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数。
具体地，求解所述储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，得到储能参与超低频振荡抑制的最优控制参数Ke,best与Pe,max,best。
本发明实施列提供的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，先建立储能有功与系统频率之间的耦合关系，然后获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型，接着建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，最后通过求解所建立的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数。本发明基于储能抑制超低频振荡的应用场景，建立了储能控制参数优化模型，优化选取合理的储能控制参数，既保证了超低频振荡抑制效果，又减小了储能用于实现该应用的容量需求。
实施例二
本发明实施例提供一种应用于超低频振荡抑制的储能控制具体参数优化选取方法，用于电力系统频率稳定控制技术领域，具体用于中国某省电网的场景，具体步骤如下：
参照所述步骤101，基于储能抑制超低频振荡控制方法，建立储能有功与系统频率之间的耦合关系，其中储能有功限值Pemax和储能下垂系数Ke是待优化的储能控制参数，储能控制死区设置
得在第t＝5秒时刻电网发生直流闭锁扰动，其导致直流外送有功功率下降Pe(t)＝2000MW。获得描述储能有功-频率特性的表达式E。
参照所述步骤102、203，读取实施例电力系统扰动信息文件，获取电力系统扰动类型d，读取电力系统典型运行方式文件，解析潮流稳态数据，得到实施例电力系统初始状态x(0)，解析动态稳定数据。建立含有储能的电力系统动态频率特性模型G，并满足电力系统状态变量约束。
参照所述步骤104，目标函数权重因子分别α1＝1、α2＝2.5，储能能量状态的下限与上限分别El＝0.1，Eu＝0.9，储能抑制超低频振荡的触发时刻第ts＝35秒，系统频率稳定的期望时间Te＝210秒，系统频率振荡表征指标约束值ε＝0.0001Hz，储能充电、放电效率系数均为θc＝θd＝0.9，然后进一步建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O。
参照所述步骤105，最后对所储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O进行求解，得到储能的优化控制参数即储能有功限值Pe,max＝60.3MW、储能下垂系数Ke＝8083.6MW/Hz。
图2展示了在优化控制参数下储能抑制超低频振荡的效果。由图2可知，所得优化控制参数可实现对超低频振荡的有效抑制。同时，在本实施列的优化控制参数作用下，模拟系统发生超低频振荡，储能在抑制超低频振荡时总共消耗的能量为0.69MWh,该能量值由储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O中储能功率-能量关系数学模型
式子得出，故储能容量需求仅为60.3MW/0.69MWh。
本发明的内容通过上述实施例作了具体介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
本发明实施列提供的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，先建立储能有功与系统频率之间的耦合关系，然后获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型，接着建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，最后通过求解所建立的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数。本发明基于储能抑制超低频振荡的应用场景，建立了储能控制参数优化模型，优化选取合理的储能控制参数，既保证了超低频振荡抑制效果，又减小了储能用于实现该应用的容量需求。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，包括：
建立储能有功与系统频率之间的耦合关系；
获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件；
根据所述储能有功与系统频率之间的耦合关系，结合所述电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型；
根据所述含有储能的电力系统动态频率特性模型，结合储能功率-能量关系数学模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型；
求解所述储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型，得到储能参与超低频振荡抑制的优化控制参数。
2.根据权利要求1所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述建立储能有功与系统频率之间的耦合关系具体为：
根据储能抑制超低频振荡控制方法的特点，建立描述储能有功-频率特性的表达式E。
3.根据权利要求1所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述获取电力系统扰动信息文件和运行方式文件具体为：
获取扰动信息文件，获取电力系统扰动类型d；获取电力系统运行方式文件，解析稳态潮流数据，得到电力系统初始状态x(0)，然后解析动态稳定数据。
4.根据权利要求1所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述根据储能有功与系统频率之间的耦合关系结合电力系统扰动信息文件和运行方式文件，构建含有储能的电力系统动态频率特性模型具体为：结合描述储能有功-频率特性的表达式E、电力系统扰动类型d、电力系统初始状态x(0)建立含有储能的电力系统动态频率特性模型G。
5.根据权利要求1所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述根据含有储能的电力系统动态频率特性模型，结合储能功率-能量关系数学模型，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型具体为：
基于所立含有储能的电力系统动态频率特性模型G，建立储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O。
6.根据权利要求1所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述求解储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，得到储能参与超低频振荡抑制的最优控制参数Ke,best与Pe,max,best。
7.根据权利要求2所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述的描述储能有功-频率特性的表达式E，形式如下：
式中，t为时刻，Pe(t)为储能在t时刻的有功功率，Δf(t)为电力系统在t时刻的频率偏差，为储能控制死区，Ke为储能下垂系数，Pe,max为储能有功限值，Ke和Pe,max均为储能的控制参数。
8.根据权利要求4所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述的含有储能的电力系统动态频率特性模型G，形式如下：
Xl≤x(t)≤Xu
式中，t为时刻，x(t)为电力系统状态变量集合，
为电力系统状态变量导数集合，δ为电力系统扰动类型d引起的有功变化，Xl、Xu分别电力系统状态变量下限、上限的集合。
9.根据权利要求5所述的应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法，其特征在于，所述的储能参与超低频振荡抑制的控制参数优化模型O，如下所示：
O:
式中，α1、α2为目标函数的权重因子，ν(t)为系统频率振荡表征指标，ts为储能抑制超低频振荡的触发时刻，Te为系统频率稳定的期望时间，ε为系统频率振荡表征指标约束值，Ee(t)为t时刻储能能量状态，θc、θd分别为储能充电、放电效率系数，El、Eu分别为储能能量状态的下限与上限。
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