CN110752598B - 多点分布式储能系统灵活性评价方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多点分布式储能系统灵活性评价方法和装置,针对多点分布式储能系统的灵活性评价问题,深入分析了电力系统灵活性的内涵,从功率和能量调节两方面定义了考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价指标,并提出了计及了功率平衡、网络安全等约束条件下,多点分布式储能系统整体灵活性评价方法,能够有效量化多点分布式储能系统响应系统不确定变化时的灵活调节能力,有助于提高储能电站调度运行的量化决策水平,具有一定的工程实用性。
Description
技术领域
本申请属于电力系统分析计算领域,,尤其是涉及一种多点分布式储能系统灵活性评价方法和装置。
背景技术
近年来,我国新能源发电迅猛发展,装机容量逐年递增。截止2018年12月底,我国风电装机容量达1.46亿千瓦,太阳能发电装机容量达1.53亿千瓦。在新能源大规模发展的同时,新能源的消纳问题也逐渐凸显,某些地区受电网外送能力和系统灵活调节能力的影响,弃风/弃光限电现象频发。为此,电力部门从电网建设、调度运行、市场交易等各个方面采取了众多举措,有效解决新能源消纳问题,促进新能源科学可持续发展。在提高电网灵活调节能力方面,除新建大型抽水蓄能电站外,目前在河南、江苏等地相继开展电网侧储能示范电站的建设和示范运行。上述电池储能技术的推广应用和多点分布式电网侧储能电站的建设运行,为提高电网灵活调节能力,促进新能源消纳进行了积极的探索和技术支撑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为解决现有技术中的不足,从而提供一种考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价指标和方法,从而有效量化多点分布式储能系统响应系统不确定变化时的灵活调节能力,有助于提高储能电站调度运行的量化决策水平。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种多点分布式储能系统灵活性评价方法,包含以下步骤:
S1:确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;
S2:不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景;
S3:基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能单元灵活调节方向和调节量;
S4:根据各时间点储能单元自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下的理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量计算聚合灵活性评价指标,以聚合灵活性评价指标与理论灵活性指标的比值计算灵活调节资源利用率。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,
S4步骤中的灵活调节资源利用率的计算具体包括:
S42:计算系统的聚合灵活性指标flexsys,+/-;
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,每个储能单元的灵活性指标分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-;
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui;
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max;
Ei,min≤Ei≤Ei,max;
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,聚合灵活性评价指标为flexsys,+/-,flexsys,+/-=MAX{flex1+…+flexi+…+flexn},表示在符合以下限定条件下,各储能单元灵活性指标的和的最大值;
上式中,表示储能单元的有功功率之和;表示所有发电机出力之和;PLoad表示系统负荷;PLoss表示系统网损;V表示电网电压;Il表示线路电流;Pi、Ei分别代表储能单元的功率和能量状态,计算功率型灵活性时选用Pi,能量型灵活性时选用Ei。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,S4步骤中还包括对剩余裕度的计算,所述剩余裕度为η+/-,η+/-=1-λ+/-。
本申请还提供一种多点分布式储能系统灵活性评价装置,包含:
模型建立模块:用于确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;
场景模拟模块:用于进行不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景;
条件获取模块:用于基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能单元灵活调节方向和调节量;
评价模块:根据各时间点储能单元自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下的理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量计算聚合灵活性评价指标,以聚合灵活性评价指标与理论灵活性指标的比值计算灵活调节资源利用率。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,
评价模块中的灵活调节资源利用率的计算具体包括:
聚合灵活性指标计算子模块:计算系统的聚合灵活性指标flexsys,+/-,;
比值计算子模块:计算系统灵活资源利用率为λ+/-,
其中:
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,每个储能单元的灵活性指标分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-;
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui;
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max;
Ei,min≤Ei≤Ei,max;
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,聚合灵活性评价指标为flexsys,+/-,flexsys,+/-=MAX{flex1+…+flexi+…+flexn}表示在符合以下限定条件下,各储能单元灵活性指标的和的最大值;
上式中,表示储能单元的有功功率之和;表示所有发电机出力之和;PLoad表示系统负荷;PLoss表示系统网损;V表示电网电压;Il表示线路电流;Pi、Ei分别代表储能单元的功率和能量状态,计算功率型灵活性时选用Pi,能量型灵活性时选用Ei。
优选地,本发明的多点分布式储能系统灵活性评价方法,评价模块中还包括对剩余裕度的计算,所述剩余裕度为η+/-,η+/-=1-λ+/-。
本发明的有益效果是:
本申请的多点分布式储能系统灵活性评价方法和装置,针对多点分布式储能系统的灵活性评价问题,深入分析了电力系统灵活性的内涵,从功率和能量调节两方面定义了考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价指标,并提出了计及了功率平衡、网络安全等约束条件下,多点分布式储能系统整体灵活性评价方法,能够有效量化多点分布式储能系统响应系统不确定变化时的灵活调节能力,有助于提高储能电站调度运行的量化决策水平,具有一定的工程实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的多点分布式储能系统灵活性评价方法的流程图;
图2是效果实施例中系统的网络拓扑图;
图3是效果实施例中计算的各时段多点分布式储能系统的功率灵活裕度变化图;
图4是效果实施例中计算的各时段多点分布式储能系统的能量灵活裕度变化图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种多点分布式储能系统灵活性评价方法,包含以下步骤:
S1:确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;相关参数包括每个储能单元的爬坡率、每个储能单元的能量和功率变化上下限;
S2:不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景,不确定性变化场景中需要知晓每个储能单元的启停状态、每个储能单元的充放电模式切换状态、每个储能单元的启动时间、每个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间、每个储能单元的有功功率、每个发电机出力以及系统负荷、系统网损、电网电压和线路电流;
S3:基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能系统灵活调节方向和调节量;
S4:根据各时间点储能设施自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下其理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量,计算灵活调节资源利用率。
系统灵活资源利用率为λ+/-,反映了系统潜在的最大灵活调节能力,
其中:
flexi,+/-分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-。
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi) (1);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui (3);
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi) (4);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max (5);
Ei,min≤Ei≤Ei,max (6);
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间;下标中的j表示不同的时间。
对于多点分布式储能系统,其灵活性为在功率平衡、网络安全等约束条件下,应对电力系统不确定变化时,其整体所能提供的灵活调节能力,即聚合灵活性评价指标为flexsys,+/-,flexsys,+/-=MAX{flex1+…+flexi+…+flexn}(7),表示在符合以下限定条件下,各储能单元灵活性指标的和的最大值;
上式中,表示储能单元的有功功率之和;表示所有发电机出力之和;PLoad表示系统负荷;PLoss表示系统网损;V表示电网电压,其必须在电网正常运行电压范围Vmin~Vmax之内;Il表示线路电流,其必须满足线路热稳极限Irate的要求;Pi、Ei代表储能单元的功率和能量状态,其必须在其固有属性和安全运行规定的范围之内。
同时,为了和考虑聚合效应后的多点互联系统灵活性指标flexsys,+/-相区别,定义多点互联系统的理论灵活性指标为:
根据实际灵活性占理论灵活性的比例,定义系统灵活资源利用率λ+/-和灵活性裕度η+/-,记为:
η+/-=1-λ+/- (11)
式中:λ+/-表示灵活调节资源的利用程度;η+/-表示灵活调节资源剩余的裕度,即灵活性裕度。当η+/-=0时说明灵活调节资源和潜力已经耗尽。
本实施例还提供一种多点分布式储能系统灵活性评价装置,包含:
模型建立模块:用于确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;
场景模拟模块:用于进行不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景;
条件获取模块:用于基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能单元灵活调节方向和调节量;
评价模块:根据各时间点储能单元自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下的理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量计算聚合灵活性评价指标,以聚合灵活性评价指标与理论灵活性指标的比值计算灵活调节资源利用率。
评价模块中的灵活调节资源利用率具体包括:
聚合灵活性指标计算子模块:计算系统的聚合灵活性指标flexsys,+/-,;
比值计算子模块:计算系统灵活资源利用率为λ+/-,
其中:
每个储能单元的灵活性指标分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-;
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui;
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max;
Ei,min≤Ei≤Ei,max;
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间。
聚合灵活性评价指标为flexsys,+/-,flexsys,+/-=MAX{flex1+…+flexi+…+flexn}表示在符合以下限定条件下,各储能单元灵活性指标的和的最大值;
上式中,表示储能单元的有功功率之和;表示所有发电机出力之和;PLoad表示系统负荷;PLoss表示系统网损;V表示电网电压;Il表示线路电流;Pi、Ei分别代表储能单元的功率和能量状态,计算功率型灵活性时选用Pi,能量型灵活性时选用Ei。
评价模块中还包括对剩余裕度的计算,所述剩余裕度为η+/-,η+/-=1-λ+/-。
效果实施例
以下基于IEEE 3机9节点系统进行具体的案例分析。系统基准容量100MVA,网络拓扑图如图2所示。
在节点5、6、8处配置电池储能系统,承担系统灵活调节任务,其参数如表1所示。
表1电池储能设施参数
正常情况下,上述储能单元处于浮充状态,对应的荷电状态(State of Charge,SOC)如表1所示。储能单元调节响应时间小于100ms。节点2处的电源类型风电场,当前状态下出力163MW。假设因风机故障,部分风机停运。各点储能单元按一定的调度策略参与调节,平抑系统的功率不平衡量10MW。本文此处按各点储能单元按占总储能单元容量的比例分配调节量,并考虑网络安全约束。各点储能单元接受调度指令进行调节。当某单元能量存储或释放超出其设定的SOC区间(此处取0<SOC<1)时,该储能单元退出运行,系统不平衡功率重新分配。当储能单元调节能力耗尽时,考虑其他常规调节措施。基于上述场景和策略,则在未来一小时内各时段(5分钟)储能单元功率和能量状态如表(2)所示。其中能量状态为该时段对应的调节指令完成之后的状态。
表2功率与能量状态(MW/MWh)
由图3和图4可知根据调度指令和策略在未来1小时内的多点分布式储能单元的灵活调节裕度变化情况。当各点储能单元在其能量达到SOC限值时将自动退出调节,系统整体功率灵活性裕度呈阶跃下降变化,各点储能单元的调节量重新分配。随着时间推移,多点分布式储能单元的功率型和能量型灵活性裕度逐渐降低至0,即灵活调节能力消耗殆尽。
以上述依据本申请的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
Claims (10)
1.一种多点分布式储能系统灵活性评价方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1:确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;
S2:不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景;
S3:基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能单元灵活调节方向和调节量;
S4:根据各时间点储能单元自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下的理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量计算聚合灵活性评价指标,以聚合灵活性评价指标与理论灵活性指标的比值计算灵活调节资源利用率。
3.根据权利要求2所述的多点分布式储能系统灵活性评价方法,其特征在于,每个储能单元的灵活性指标分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-;
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max;
Ei,min≤Ei≤Ei,max;
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi,j为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间。
5.根据权利要求2-4任一项所述的多点分布式储能系统灵活性评价方法,其特征在于,S4步骤中还包括对剩余裕度的计算,所述剩余裕度为η+/-,η+/-=1-λ+/-。
6.一种多点分布式储能系统灵活性评价装置,其特征在于,包含:
模型建立模块:用于确定电力系统运行初始状态,根据电力网络当前运行方式下拓扑图与参数,建立包括常规电源、新能源场站、储能单元接入点、负荷的接入点与注入功率及相关参数的模型,确定储能系统当前运行状态;
场景模拟模块:用于进行不确定性变化场景模拟,根据调节方向,按向上调节和向下调节两种类型,并考虑不同的波动程度,模拟不确定性变化场景;
条件获取模块:用于基于典型场景,根据不确定性变化场景下的功率或能量调节需求和多点储能系统的调度策略,考虑网络安全约束,逐个时段计算各储能单元灵活调节方向和调节量;
评价模块:根据各时间点储能单元自身的物理属性和当前运行状态,计算当前状态下的理论灵活性指标;根据各储能设施实际调节方向和调节量计算聚合灵活性评价指标,以聚合灵活性评价指标与理论灵活性指标的比值计算灵活调节资源利用率。
8.根据权利要求7所述的多点分布式储能系统灵活性评价装置,其特征在于,每个储能单元的灵活性指标分为功率型灵活性指标flexP,i,+/-和能量型灵活性指标flexE,i,+/-;
功率型灵活性指标flexP,i,+/-=Ri,+/-·(t-tpi);
其中,
tpi=Offi,j·tsi+Switchi,j·tui;
Pi1=Pi0+Ri,+/-·(tdi-tpi);
且任何时刻储能单元的运行状态需满足自身的能量和功率变化上下限约束,即:
Pi,min≤Pi≤Pi,max;
Ei,min≤Ei≤Ei,max;
式中:flexi,+/-为第i个储能单元的灵活性指标;Ri,+/-为第i个储能单元的爬坡率;Offi,j为第i个储能单元的启停状态,启动为0,停运为1;Switchi,j为第i个储能单元的充放电模式切换状态,需要切换为1,不需要切换为0;tsi为第i个储能单元的启动时间;tui为第i个储能单元的模式切换时间;tdi为第i个储能单元从初始状态到目标功率值的所需的时间;t为系统给定的调节时间。
10.根据权利要求7-9任一项所述的多点分布式储能系统灵活性评价装置,其特征在于,评价模块中还包括对剩余裕度的计算,所述剩余裕度为η+/-,η+/-=1-λ+/-。
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