CN111244989A - 一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网技术领域，涉及一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法。首先采集电池的充放电效率、火电机组的发电功率、风电机组的发电功率、用电负荷及电池储能装置中每个电池的输出功率；然后计算电池储能装置的运行数据及相关参数；接着引入风电机组与电池储能装置的协调运行参数，计算风电并网要求火电机组的最大协调运行能力，并构建火电机组出力约束、电网运行功率平衡约束，再计算电池储能装置的充放电状态判别参数；最后在上述基础上，计算基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行功率。本发明能够提高风电机组与火电机组协调运行的效率与精度。

Description

一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别是涉及一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法。

背景技术

由于风电出力的不确定性和随机性会造成能源间歇式接入占比扩大，需要利用火电机组来进行协调，虽然火电机组总量富余，但是其灵活性却相对较差。近年来随着新能源技术的不断发展，以风电为代表的新能源并网容量不断增加，当风电场的出力较大或较小时，都会对传统常规火电机组带来极大的挑战。电池储能作为电能在时间上的转移手段，可弥补风电出力的波动性，有助于减少火电机组多开和启停次数，从而达到协调运行的目的。现有风电机组与火电机组的协调运行方法的效率低且精度不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法，能够提高风电机组与火电机组协调运行的效率与精度。

本发明的技术方案为：

.一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：采集数据：获取电池的充电效率η₁、放电效率η₂，采集第t时刻第i个火电机组的发电功率

第j个风电机组的发电功率

用电负荷

电池储能装置中第k个电池的输出功率

其中，t∈{1,2,...,n}，n为时刻总数，相邻两个时刻的时间间隔为1h；i∈{1,2,...,I}，I为火电机组的总数；j∈{1,2,...,J}，J为风电机组的总数；k∈{1,2,...,K}，K为电池储能装置中电池的总数；

步骤2：计算电池储能装置的运行数据及相关参数：

计算第t时刻电池储能装置的存储量为

式(1)中，

分别为第t时刻电池的充电状态系数、放电状态系数，

式(2)和式(3)中，

分别为风电高发时段电池充电开始的时刻、结束的时刻，

分别为风电低谷时段电池放电开始的时刻、结束的时刻；

与第t时刻可运行的电池数量有关：

式(4)中，N^t为第t时刻电池储能装置中可参与充放电运行的电池集合，与此前各时段内进行充放电和已完成充放电电池的荷电状态有关；

第t时刻第k个电池的荷电状态为

式(5)中，

为第t时刻第k个电池的存储量，

R_dk为第k个电池的额定容量；

步骤3：计算第t时刻风电机组与电池储能装置的协调运行参数为

式(6)中，

分别为第t时刻风电机组的最大、最小出力；

计算风电机组与电池储能装置的协调运行参数γ为{γ₁,γ₂,...,γ_t,...,γ_n}的中位数；

步骤4：计算火电机组与风电机组的运行数据及相关参数：

计算不考虑火电机组的启停时，第t时刻风电并网要求火电机组的最大协调运行能力为

考虑电池储能弥补了风电出力的波动性，得到

构建火电机组出力约束为

式(7)至式(9)中，P_himax、P_himin分别为第i个火电机组的最大出力、最小出力；

构建电网运行功率平衡约束为

步骤5：计算第t时刻电池储能装置的充放电状态判别参数为

式(11)中，

分别为第t时刻火电机组、风电机组的总出力；

若α_t＜0，则第t时刻电池储能装置进行充电；若α_t≥0，则第t时刻电池储能装置进行放电；

步骤6：计算基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行功率分别为

本发明的有益效果为：

本发明引入风电机组与电池储能装置的协调运行参数，来计算火电机组与风电机组的运行数据及相关参数，并计算电池储能装置的充放电状态判别参数，在此基础上计算基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行功率，能够提高风电机组与火电机组协调运行的效率与精度。

附图说明

图1为本发明的基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明的基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法，包括下述步骤：

步骤1：采集数据：获取电池的充电效率η₁、放电效率η₂，采集第t时刻第i个火电机组的发电功率

第j个风电机组的发电功率

用电负荷

电池储能装置中第k个电池的输出功率

其中，t∈{1,2,...,n}，n为时刻总数，相邻两个时刻的时间间隔为1h；i∈{1,2,...,I}，I为火电机组的总数；j∈{1,2,...,J}，J为风电机组的总数；k∈{1,2,...,K}，K为电池储能装置中电池的总数。

本实施例中，n＝24；电池储能装置中共有储能电池K＝300个，η₁＝82.46％，η₂＝87.51％；风电厂的额定出力为2600MW；风电场配套火电厂的额定出力为4400MW，共有火电机组I＝7个；日用电平均负荷为3700MW。

步骤2：计算电池储能装置的运行数据及相关参数：

为保证储能电池不过充过放，需获知在第t时刻参与运行的储能电池数量及随时间变化的充放电功率，结合储能电池的充放电状态系数，可获得储能电池在第t时刻的存储量。

计算第t时刻电池储能装置的存储量为

式(1)中，

分别为第t时刻电池的充电状态系数、放电状态系数，

式(2)和式(3)中，

分别为风电高发时段电池充电开始的时刻、结束的时刻，

分别为风电低谷时段电池放电开始的时刻、结束的时刻；

与第t时刻可运行的电池数量有关：

式(4)中，N^t为第t时刻电池储能装置中可参与充放电运行的电池集合，与此前各时段内进行充放电和已完成充放电电池的荷电状态有关；

第t时刻第k个电池的荷电状态为

式(5)中，

为第t时刻第k个电池的存储量，

R_dk为第k个电池的额定容量。其中，

时表示电池完全充满，当

时表示电池放电完全。本实施例中，R_dk＝2MW。

步骤3：计算第t时刻风电机组与电池储能装置的协调运行参数为

式(6)中，

分别为第t时刻风电机组的最大、最小出力；

计算风电机组与电池储能装置的协调运行参数γ为{γ₁,γ₂,...,γ_t,...,γ_n}的中位数。

本实施例中，计算得到{γ₁,γ₂,...,γ_t,...,γ₂₄}的中位数为0.67，从而取γ＝0.67。

步骤4：计算火电机组与风电机组的运行数据及相关参数：

计算不考虑火电机组的启停时，第t时刻风电并网要求火电机组的最大协调运行能力为

考虑电池储能弥补了风电出力的波动性，得到

构建火电机组出力约束为

式(7)至式(9)中，P_himax、P_himin分别为第i个火电机组的最大出力、最小出力；

构建电网运行功率平衡约束为

本实施例中，7个火电机组的最大出力、最小出力分别为[P_himax]＝[570,425,600,550,610,660,540,]、[P_himin]＝＝[310,250,350,300,325,287,235]。

步骤5：计算第t时刻电池储能装置的充放电状态判别参数为

式(11)中，

分别为第t时刻火电机组、风电机组的总出力；

若α_t＜0，则第t时刻电池储能装置进行充电；若α_t≥0，则第t时刻电池储能装置进行放电。

本实施例中，计算得到：当t∈[1,5]∪[20,24]时，α_t＜0，电池储能装置进行充电；当t∈[8,16]时，α_t＞0，电池储能装置进行放电；在其他时刻，电池储能装置既不充电也不放电，风电机组与火电机组协调运行满足负荷需求。

步骤6：计算基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行功率分别为

本实施例中，计算得到某一时刻风电机组与火电机组的协调运行功率分别为

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：采集数据：获取电池的充电效率η₁、放电效率η₂，采集第t时刻第i个火电机组的发电功率

第j个风电机组的发电功率

用电负荷P_l ^t、电池储能装置中第k个电池的输出功率

其中，t∈{1,2,...,n}，n为时刻总数，相邻两个时刻的时间间隔为1h；i∈{1,2,...,I}，I为火电机组的总数；j∈{1,2,...,J}，J为风电机组的总数；k∈{1,2,...,K}，K为电池储能装置中电池的总数；

步骤2：计算电池储能装置的运行数据及相关参数：

计算第t时刻电池储能装置的存储量为

式(1)中，

分别为第t时刻电池的充电状态系数、放电状态系数，

式(2)和式(3)中，

分别为风电高发时段电池充电开始的时刻、结束的时刻，

分别为风电低谷时段电池放电开始的时刻、结束的时刻；

与第t时刻可运行的电池数量有关：

式(4)中，N^t为第t时刻电池储能装置中可参与充放电运行的电池集合，与此前各时段内进行充放电和已完成充放电电池的荷电状态有关；

第t时刻第k个电池的荷电状态为

式(5)中，

为第t时刻第k个电池的存储量，

R_dk为第k个电池的额定容量；

步骤3：计算第t时刻风电机组与电池储能装置的协调运行参数为

式(6)中，

分别为第t时刻风电机组的最大、最小出力；

计算风电机组与电池储能装置的协调运行参数γ为{γ₁,γ₂,...,γ_t,...,γ_n}的中位数；

步骤4：计算火电机组与风电机组的运行数据及相关参数：

计算不考虑火电机组的启停时，第t时刻风电并网要求火电机组的最大协调运行能力为

考虑电池储能弥补了风电出力的波动性，得到

构建火电机组出力约束为

式(7)至式(9)中，P_himax、P_himin分别为第i个火电机组的最大出力、最小出力；

构建电网运行功率平衡约束为

步骤5：计算第t时刻电池储能装置的充放电状态判别参数为

式(11)中，

分别为第t时刻火电机组、风电机组的总出力；

若α_t＜0，则第t时刻电池储能装置进行充电；若α_t≥0，则第t时刻电池储能装置进行放电；

步骤6：计算基于电池储能的风电机组与火电机组的协调运行功率分别为

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