CN112383071B - 增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机。该方法包括：根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量；根据调节过程中电力系统的频率动态变化量，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。该方法对电网运行剖面的覆盖率高；对计算资源的需求低、求解效率高、准确度好。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行及控制技术领域，尤其涉及增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机。
背景技术
英国在2019年8月9日发生了大停电事故。其过程大致如下：由于某种原因，北海电网内的小巴德福（Little Barford）燃气电站停机。在燃气电站脱网后，电网损失的发电负荷使得电力系统频率降低。另一方面，由于北海电网内风机耐受低频的能力不足，电力系统频率降低导致风机大量脱网，因此风电场出力骤降，并进一步增加了电网损失的发电负荷，导致系统频率继续下降，并最终触发北海电网内设置的低频减载设备动作而切除部分用电负荷。
与北海电网相似，目前新能源在我国电网中的渗透率也越来越高，但新能源接入比高的电力系统普遍存在惯量支撑不足的问题。一旦系统频率发生快速变化，这类新能源接入比高的电网发生继发停电事故的风险很大。
目前，电网中/电力系统中的火电机组、水电机组、燃气机组、热电机组、核电机组、抽水蓄能机组、光热机组等同步发电机组，大多都可以在电网频率快速变化或系统频率发生快速变化时，提供一次调频能力。但是，风电场中的同步风力发电机、光伏等新能源场站的发电设备并不具有一次调频能力，整体上，新能源场站的惯量支撑不足、调节能力不强。在新能源高占比的电网中，新能源并网导致的电网安全问题相对严重。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机，以解决目前新能源场站调节能力不足的问题。
第一方面，本发明提供一种增加新能源场站调节能力的储能确定方法，包括：
根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量；
根据调节过程中电力系统的频率动态变化量，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；
根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；
根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
第二方面，本发明提供一种增加新能源场站调节能力的储能确定装置，包括：
电力系统频率动态变化量确定单元，用于根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量；
储能装置有功功率参考值确定单元，用于根据调节过程中电力系统的频率动态变化量，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；
吸收能量或释放能量确定单元，用于根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；
储能装置容量确定单元，用于根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
第三方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现如第一方面所述的储能确定方法。
第四方面，本发明提供一种储能装置，包括：
双向DC/DC变换器、直流储能单元和储能控制单元；
所述储能装置的容量根据第一方面所述的储能确定方法确定；
所述双向DC/DC变换器的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述直流储能单元的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述储能控制单元根据接收到的有功功率参考值，控制所述双向DC/DC变换器变换至所述直流储能单元的电流，以使得所述直流储能单元吸收电能或释放电能。
第五方面，本发明提供一种新能源支撑机，包括：
根据第四方面所述的储能装置；
所述新能源支撑机并联在新能源场站的并网点，
所述新能源支撑机通过释放或吸收有功功率来抑制电力系统的频率变化。
本发明提供的增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机，提取待评价电力系统中的惯量支撑因素，确定电力系统的等效惯性参数；基于电力系统的等效惯性参数，确定电力系统响应功率扰动时的系统频率偏差方程；基于系统频率偏差方程、不平衡功率的正向最大值/反向最大值、正向初始频率偏差最大值/反向初始频率偏差最大值、确定参与调节过程中，储能装置吸收的最大能量或储能装置释放的最大能量；综合储能装置吸收能量的过程或释放能量过程，确定储能装置的容量。
本发明提供的增加新能源场站调节能力的储能确定方法及新能源支撑机全面考虑了电网运行中的极限工况，对电网运行剖面的覆盖率高；对计算资源的需求低、求解效率高、准确度好。
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 为本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能确定方法的流程示意图；
图 2 是本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能确定装置的组成示意图；
图 3 为本发明优选实施方式的新能源支撑机的典型示意图；
图 4 为本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能装置的电气连接示意图。
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。
我国电网构建复杂，交直流、多直流、送受端相互影响，电网运行特性复杂，控制难度大，大电力系统稳定运行面临严峻考验。尤其在新能源高占比的电网中，新能源并网导致的电网安全问题相对严重。
目前，电力系统中的惯量支撑主要来自常规的同步发电机和同步调相机，新能源接入比高的电力系统急需针对新能源场站增加惯量支撑能力及调节能力。
如图1所示，本发明实施例的增加新能源场站调节能力的储能确定方法，包括：
步骤S100：根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量Δf；
步骤S200：根据调节过程中电力系统的频率动态变化量Δf，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值P bref ；
步骤S300：根据所述有功功率参考值P bref 和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；
步骤S400：根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
具体地，所述根据参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量，包括：
确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值中的较大值W，为储能装置参与调节过程的单侧能量上限：
以储能装置分别从荷电状态为50%启动吸收能量过程或释放能量过程、且以在参与调节过程中不发生过充或过放为约束条件，根据所述单侧能量上限，确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件，并对所述容量限定条件取等号时的容量值乘以放大系数后作为储能装置的容量S：
并将所述容量限定条件取等号时的容量值的2倍作为储能装置的最小容量S min ：
具体地，所述根据所述有功功率参考值P bref 和获取的调节过程持续时间t1，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量，包括：在储能装置参与频率上调的过程中（也即Δf<0），对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间t1，其积分结果为调节过程中储能装置释放的总能量：
在储能装置参与频率下调（也即Δf>0）的过程中，对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间t1，其积分结果为调节过程中储能装置吸收的总能量：
具体地，所述根据调节过程中电力系统的频率动态变化量Δf，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值P bref ，包括：
根据调节过程中电力系统的频率动态变化量和获取的频率调节死区，确定电网频率的待调节频率偏差Δf * ：
根据所述待调节频率偏差、获取的频率调节系数及获取的转差率，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值P bref ：
具体地，还包括：
根据获取的电力系统中同步发电机的惯性时间常数、电力系统负荷侧的惯性时间常数、电力系统中虚拟惯量的等效时间常数、电力系统中各新能源场站配置的支撑机的惯性时间常数，确定系统等值惯性时间常数：
综上，该储能确定方法，提取待评价电力系统中的惯量支撑因素（包括与电源侧对应的惯性参数、与负荷侧对应的惯性参数和与全部虚拟惯性元件对应的惯性参数），确定电力系统的等效惯性参数；基于电力系统的等效惯性参数，确定电力系统响应功率扰动时的系统频率偏差方程；基于系统频率偏差方程、不平衡功率的正向最大值/反向最大值、正向初始频率偏差最大值/反向初始频率偏差最大值、确定参与调节过程中，储能装置吸收的最大能量或储能装置释放的最大能量；综合储能装置吸收能量过程或释放能量过程，确定储能装置的容量。
该储能确定方法全面考虑了电网运行中的极限工况，对电网运行剖面的覆盖率高；该方法对计算资源的需求低、求解效率高、准确度好。如图2所示，本发明实施例的增加新能源场站调节能力的储能确定装置，包括：
电力系统频率动态变化量确定单元10，用于根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量；
储能装置有功功率参考值确定单元20，用于根据调节过程中电力系统的频率动态变化量Δf，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；
吸收能量或释放能量确定单元30，用于根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量总能量及储能；
储能装置容量确定单元40，用于根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
具体地，所述储能装置容量确定单元，用于：
确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值中的较大值，为储能装置参与调节过程的单侧能量上限；以储能装置分别从荷电状态为50%启动吸收能量过程或释放能量过程、且以在参与调节过程中不发生过充或过放为约束条件，根据所述单侧能量上限，确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件，并对所述容量限定条件取等号时的容量值乘以放大系数后作为储能装置的容量。
该储能装置容量确定装置与前述的储能确定方法具有相同的构思、技术方案和技术效果，这里不再赘述。
具体实施时，储能装置接收的有功功率参考值P bref 根据下式确定：
其中，Δf * 为电网频率的待调节频率偏差；
K p 为频率调节系数，为标夭值；
s为与储能装置所在的支撑机中双馈异步电机的转差率，为无量纲值。
具体实施时，考虑频率调节死区效应，电网频率的待调节频率偏差Δf * 根据下式确定：
其中，Δf为电力系统的频率动态变化量；
f dead 为频率调节死区，其数值为正的常数。
应该理解为，在系统频率偏差落在频率调节死区内时，系统的频率调节功能不会动作。通过设置频率调节死区，避免电力系统的频率调节功能频繁动作，从而影响电力系统的稳定性/控制过于频繁/投入不必要的控制资源和能量。
具体实施时，根据下式确定电力系统的频率动态变化量Δf：
其中，df 0 为电力系统频率偏差初始值（或初始系统频率偏差）；在电力系统运行时，电力系统频率偏差初始值可以实时测量得到，也可以按照电力系统稳定运行允许的频率偏差范围确定。
应该理解为，df 0 可能为正数，也可能为负数。在电力系统稳定运行时频率偏差范围大致为正负0.03Hz时，正向频率偏差上限为+0.03Hz；反向频率偏差下限为-0.03Hz。
dP为电力系统的不平衡功率（或初始系统不平衡功率）；在电力系统运行时，电力系统不平衡功率可以实时测量得到，也可以按照电力系统稳定运行允许的不平衡功率范围确定。
应该理解为，dP可能为正数，也可能为负数。在电力系统发生电源侧故障时，电力系统的不平衡功率dP为负数；在电力系统发生负荷侧故障时，电力系统的不平衡功率dP为正数。
D为系统等值阻尼系数，用于综合反映同步发电机组和同步调相机的阻尼特性；
H sys 为系统等值惯性时间常数。
应该理解为，储能装置参与调节时，电网的初始条件由df 0 和dP的取值确定。应该理解为，电力系统的频率动态变化量为有符号的数，其值可以为正数，也可以为负数。通常，Δf的绝对值是df 0 的绝对值的数倍。
应该理解为，从初始时刻开始，在整个调节过程中，电力系统的频率动态变化量的绝对值随时间呈先递增再递减的趋势。
具体实施时，系统等值阻尼系数D可以通过电力系统在故障响应过程中的频率特性来确定。记dP d 为某个情形下电力系统发生功率扰动时的不平衡功率，df d 为电力系统在功率扰动过后的稳态频率偏差，K R 为同步发电机组的静态调节系数，则根据下式确定电力系统的等值阻尼系数D（其恒定为正值）：
其中，电力系统发生功率扰动时的不平衡功率dP d 与电力系统在功率扰动过后的稳态频率偏差df d 的符号一致。
具体实施时，根据以下步骤确定系统等值惯性时间常数H sys 。
（1.1）利用下式计算电力系统中同步发电机的惯性时间常数H gen ：
其中，H gen,i 为第i台同步发电机组的惯性时间常数，S gen,i 为第i台同步发电机组的额定容量，I为电力系统中同步发电机组的台数；H cds,i 为第j台同步调相机的惯性时间常数，S cds,i 为第j台同步调相机的额定容量，J为电力系统中同步调相机的台数。以上各基本参数的数值可以从电力系统的技术文档中获取或者根据电力系统运行时的动态响应过程确定。
应该理解为，同步发电机组包括电力系统中所有同步旋转的发电机组，包括火电机组、水电机组、燃气机组、热电机组、核电机组、抽水蓄能机组、光热机组及同步风力发电机等。
该基于代数平均得到的电力系统中同步发电机的惯性时间常数H gen 能够较好地描述将电力系统电源侧的同步发电机组和同步调相机的惯性参数综合后整体上的惯量特性。
利用下式计算电力系统负荷侧的惯性时间常数H load ：
其中，H sm,n 为第n台同步电动机的惯性时间常数，S sm,n 第n台同步电动机的额定容量，N为系统中同步电动机的台数。
除了同步电动机以外，在负荷侧，一些其他的旋转元件也会提供一定惯性，例如异步电动机等； 
表示负荷侧除同步电动机以外的旋转元件提供的惯量，H rot,m 为第m台旋转元件的惯性时间常数，S rot,m 为第m台旋转元件的额定容量，M为负荷侧除同步电动机以外的旋转元件的数量，S load 为电力系统所有负荷的额定容量。以上各基本参数的数值可以从电力系统的技术文档中获取或者根据电力系统运行时的动态响应过程确定。
需要说明的是，电力系统负荷侧既包括可以提供惯量的旋转部件，也包括不提供惯量的其他静止负荷，如各种照明灯。
以上基于代数平均得到的电力系统负荷侧的惯性时间常数H load 能够较好地描述将电力系统负荷侧的同步电动机和其他提供惯量的旋转部件的惯性参数综合后整体上的惯量特性。
（1.3）利用下式计算电力系统中虚拟惯量的等效时间常数H vi ：
其中，S vk 为电力系统中第k台可提供虚拟惯性元件的额定容量，H vk 为电力系统中第k台可提供虚拟惯性元件的虚拟惯量时间常数；K为电力系统中可提供虚拟惯性元件的数量。
具体地，根据在电力系统发生故障时，各可提供虚拟惯量的虚拟惯性元件的响应过程，来确定电力系统中各可提供虚拟惯量的虚拟惯性元件对应的虚拟惯性时间常数。
需要说明的是，电力系统中能够通过控制手段提供虚拟惯量的大多为电力电子元件，包括风电、光伏、常规直流、柔性直流、储能等电力电子控制单元的快速元件。
（1.4）利用下式计算电力系统中各新能源场站配置的支撑机的惯性时间常数H dc ：
其中，S dc,a 为电力系统中第a台支撑机的额定容量，H dc,a 为电力系统中第a台支撑机的惯性时间常数，A为电力系统中支撑机的总台数。
应该理解为，支撑机是指在新能源场站的并网点配置、具有有功无功双向调节能力的惯量补偿装置。其通过释放或增加旋转组件的转动动能在一次调频投入之前，向系统提供惯量支撑。
（1.5）根据下式确定系统等效惯性时间常数H sys ：
其中，S sys 为电力系统的额定容量；可以从电力系统的技术文档中获取该数值（MW）。
具体实施时，根据下式确定以指定初始条件参与调节过程中储能装置释放的总能量（其中，Δf <0），也即对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间：
也即，在电力系统的频率动态变化量Δf为负数时，参与调节过程中，储能装置释放能量；
具体实施时，根据下式确定以指定初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量（其中，Δf >0），也即对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间：
也即，在电力系统的频率动态变化量Δf为正数时，参与调节过程中，储能装置吸收能量。
为保证电力系统安全运行，在系统频率低于设定的阈值（电力系统安全运行时的最低频率）时，电力系统会自动切除不重要的负荷，也即低频减载；在系统频率高于设定的阈值（电力系统安全运行时的最高频率）时，电力系统会自动切除发电机组，也即高频切机。
具体实施时，电力系统安全运行的最低频率为电力系统允许的频率偏差范围的下限；电力系统安全运行的最高频率为电力系统允许的频率偏差范围的上限。
应该理解为，电力系统安全运行时的频率偏差阈值（如0.15 Hz）通常大于电力系统稳定运行时的频率偏差阈值（如0.03 Hz）。
如，在df 0 <0（取反向初始频率偏差最大值），dP<0（取不平衡功率的反向最大值），有Δf <0，且在满足Δf>-0.15的限定时，参与调节过程中，储能装置释放能量最多；
如，在df 0 >0（取正向初始频率偏差最大值），dP>0（取不平衡功率的正向最大值），有Δf>0，且在满足<+0.15的限定时，参与调节过程中，储能装置吸收能量最多。
综合考虑储能装置释放能量和吸收能量的场景，根据下式确定以指定初始条件参与调节过程中储能装置参与调节的最大能量W（也即单侧能量上限）：
以储能装置分别从荷电状态为50%启动吸收能量过程或释放能量过程、且以在参与调节过程中不发生过充或过放为约束条件，根据所述单侧能量上限，确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件：
其中，在上式取等号时，为以指定初始条件参与调节过程中储能装置的最小容量。
也即，对所述容量限定条件取等号时的容量值乘以放大系数2后作为储能装置的最小容量。
综上，根据下式确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件为：
本发明实施例的计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序用于实现前述的储能确定方法。
本发明实施例的储能装置，包括：
双向DC/DC变换器、直流储能单元和储能控制单元；
所述储能装置的容量根据前述的储能确定方法确定；
所述双向DC/DC变换器的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述直流储能单元的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述储能控制单元根据接收到的有功功率参考值，控制所述双向DC/DC变换器变换至所述直流储能单元的电流，以使得所述直流储能单元吸收电能或释放电能。
具体实施时，本发明实施例的储能装置设置在支撑机内。该支撑机设置在电网中新能源场站的并网点，在系统因不平衡功率导致频率快速变化时，所述支撑机通过释放或吸收有功功率来抑制电力系统的频率变化，向电力系统提供惯量支撑，以增加新能源场站的频率调节能力。
如图3和图4所示，该新能源支撑机包括双馈异步电机、变流器、变压器及调节控制单元（图3中未示出）、储能装置（图3中未示出）。该双馈异步电机包括定子（吸收或释放有功功率P s ）和转子（吸收或释放有功功率P r ）。其中，变流器由交流-直流-交流环节组成，包括网侧变流器、机侧变流器和直流电容；其中，网侧变流器与变压器直接相连，机侧变流器与双馈异步电机转子侧直接相连。
在电力系统响应不平衡功率扰动的过程中，支撑机整体上从电力系统中吸收电能或将电能释放馈入到电力系统。具体地，所述调节控制单元在预先设定的调节时间内，生成有功功率参考值，并发送至储能装置，以使得储能装置吸收能量或使得储能装置释放能量。
如图4，该储能装置包括双向DC/DC变换器、直流储能单元和储能控制单元（图4中未示出）。双向DC/DC变换器在一侧与变流器直流侧母线连接，从变流器吸收有功功率或向变流器注入有功功率；双向DC/DC变换器在另一侧经直流侧母线与直流储能单元连接，从直流储能单元吸收有功功率或向直流储能单元注入有功功率。
需要说明的是，这里的双向DC/DC变换器为受控的功率器件本身；该双向DC/DC变换器的工作电流受控于储能控制单元，向直流储能单元注入有功功率或从直流储能单元吸收有功功率。
具体地，该双向DC/DC变换器响应接收到的电流参考值，调整其工作电流的方向及大小，以输出或吸收有功功率。
直流储能单元处于充电状态时，其从双向DC/DC变换器吸收有功功率并转换为电能，其SOC值持续增加；或
直流储能单元处于放电状态时，其将其存储的电能转换为有功功率（也即放电），向双向DC/DC变换器输出有功功率，其SOC值持续减少；或
直流储能单元处于即不充电也不放电的静止状态，这时，其SOC值大于等于荷电状态最大值，或者，其SOC值小于等于荷电状态最小值。
应该理解为，该直流储能单元为电化学储能装置，如，采用现有技术中公开的结构、形式或电化学工作原理，这里不再赘述。
应该理解为，控制双向DC/DC变换器的工作电流可以保证储能单元在充电至SOCmax或放电至SOCmin时安全稳定运行。
荷电状态， State of charge，简称SOC。
其中，SOC为直流储能单元的荷电状态；
SOCmin为直流储能单元允许的荷电状态最小值，SOCmax为直流储能单元允许的荷电状态最大值；直流储能单元工作时，其SOC在两者之间受控地变化。
为了保证储能装置具有充分大的容量，可以应对/支撑电力系统频率波动时的最大容量需要，避免出现：
1)、储能装置已经将电能释放完毕，但电力系统的频率仍旧低于最低频率（也即，需要储能装置/支撑机继续释放电能）；
2)、储能装置已经充满，但电力系统的频率仍旧高于最高频率（需要储能装置/支撑机继续吸收电能）需要。
可以看出，根据前述的储能确定方法，可以保证在电网频率下降时或上升时，储能装置的容量均可以保证在调节过程中支撑机持续从电网吸收多余能量而不会出现储能装置过充的情况或在调节过程中支撑机持续向电网释放能量而不会储能装置过放的情况。
具体地，该支撑机具有两个典型的工作模式：
1）、当系统频率f>f n 时（也即），支撑机整体上从交流电网中吸收有功功率，其双馈异步电机转子转速上升，且有N r >N n 。这时，该双馈异步电机运行在超同步电动机状态，其定子侧功率流向为从交流电网流入双馈异步电机；其转子侧功率流向为从双馈异步电机/变流器流入储能装置。
这时，通过执行调节单元下发的调节指令，支撑机整体上从交流电网中吸收的总有功功率P e 为双馈异步电机定子功率P s ，也即P e =P s ；双馈异步电机转子功率P r 为双馈异步电机定子功率的转差率倍数，也即P r =s×P s ，其中s为转差率， s=(N n -N r )/N n 。工程实际中，转差率在±0.3区间内取值；额定转速N n = 60×f n /p，p为双馈异步电机的极对数，通常为1、2或3。
记能量从储能装置流向双馈异步电机/变流器为正，则支撑机从交流电网吸收有功功率及电能时，储能装置接收的有功功率参考值P bref 的符号为负，其数值为P r 的绝对值。
2）、当系统频率f<f n （也即）时，支撑机整体上向电网释放有功功率，其双馈异步电机转子转速下降，且有N r <N n ；这时，该双馈异步电机运行在次同步发电机状态，其定子侧功率流向为从双馈异步电机定子流入交流电网；其转子侧功率流向为从储能装置流入双馈异步电机/变流器。
这时，通过执行调节单元下发的功率调节指令，支撑机整体上释放给电网的总有功功率P e 为双馈异步电机定子功率P s ，也即P e =P s ；双馈异步电机转子功率P r 为双馈异步电机定子功率的转差率倍数，也即P r =s×P s ，其中s为转差率， s=(N n -N r )/N n 。工程实际中，转差率在±0.3区间内取值；额定转速N n = 60×f n /p，p为双馈异步电机的极对数，通常为1、2或3。
记能量从储能装置流向双馈异步电机/变流器为正，则支撑机向电网释放有功功率及电能时，储能装置接收的有功功率参考值P bref 的符号为正，其数值为P r 的绝对值。
应该理解为，参与调节过程中，在忽略转换效率时，储能装置释放的总能量为调节过程中支撑机从交流电网吸收的总能量的转差率倍；以及储能装置吸收的总能量为调节过程中支撑机向电网释放的总能量的转差率倍。
应该理解为，调节单元采用现有技术中公开的方法，生成并下发功率调节指令；支撑机的其他控制单元实现针对双馈异步电机定子和转子的分别独立控制，使得两者的有功功率满足转子功率P r 为定子功率的转差率倍数这一固定关系。
应该理解为，双馈异步电机定子与交流电网之间的有功功率和能量的交换，需要依赖变流器、变压器等器件来实现。
应该理解为，双馈异步电机转子与储能装置之间的有功功率和能量的交换，需要依赖变流器、变压器等器件来实现。
应该理解为，该支撑机具有适当的容量、转动惯量及惯性时间常数。该支撑机还具有惯量控制单元，该惯量控制单元采用现有技术中已经公开的方法，向电网提供惯量支撑。
应该理解为，该支撑机具有适当的容量、转动惯量及惯性时间常数。该支撑机还具有有功功率/无功功率控制单元，该有功功率/无功功率控制单元采用现有技术中已经公开的方法，分别独立地控制支撑机的转子及定子的有功功率/无功功率。
该储能装置设置在支撑机中，在系统因不平衡功率导致频率快速变化时，储能装置根据接收到的有功功率参考值，参与频率及功率调节过程，吸收能量或释放能量。
该支撑机向电网提供惯量支撑，增加新能源场站的调节能力。在系统因不平衡功率导致频率快速变化时，设置有该储能装置的支撑机可以快速、稳定、准确地向电网提供惯量支撑和调节能力。
该支撑机设置到电力系统后，对电力系统频率产生正向调节作用，避免电力系统因频率突升或突降导致减载或切机保护动作，避免新能源场站脱网或用电负荷脱网，可有力提升高新能源渗透率电网的运行稳定性和经济性。
电力系统中配置具有前述容量的储能装置后，可抑制系统频率快速变化，避免电网内的新能源场站因系统频率过低而触发保护而脱网或因系统频率过高而主动将新能源场站脱网，以及因切机或减载导致的停电事故，提升了电力系统的频率稳定性，适合在新能源占比高的电网中全面推广。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上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//该[装置、 组件等]”都被开放地解释为装置、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 (8)
1.一种增加新能源场站调节能力的储能确定方法，包括：
根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差初始值、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量，其中，
系统等值惯性时间常数是根据获取的电力系统中同步发电机的惯性时间常数、电力系统负荷侧的惯性时间常数、电力系统中虚拟惯量的等效时间常数和电力系统中各新能源场站配置的支撑机的惯性时间常数确定的；
系统等值阻尼系数是根据电力系统发生功率扰动时的不平衡功率、电力系统在功率扰动过后的稳态频率偏差和同步发电机组的静态调节系数确定的；
根据调节过程中电力系统的频率动态变化量，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值，具体包括：
根据调节过程中电力系统的频率动态变化量和获取的频率调节死区，确定电网频率的待调节频率偏差；
根据所述待调节频率偏差、获取的频率调节系数及获取的转差率，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；
根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；
根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
2.根据权利要求1所述的方法，
所述根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量，包括：
确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值中的较大值，为储能装置参与调节过程的单侧能量上限；
以储能装置分别从荷电状态为50%启动吸收能量过程或释放能量过程、且以在参与调节过程中不发生过充或过放为约束条件，根据所述单侧能量上限，确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件，并对所述容量限定条件取等号时的容量值乘以放大系数后作为储能装置的容量。
3.根据权利要求1所述的方法，
所述根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量，包括：
在储能装置参与频率上调的过程中，对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间，其积分结果为参与调节过程中储能装置释放的总能量；
在储能装置参与频率下调的过程中，对有功功率参考值求积分，其积分上限为所述调节过程持续时间，其积分结果为参与调节过程中储能装置吸收的总能量。
4.一种增加新能源场站调节能力的储能确定装置，包括：
电力系统频率动态变化量确定单元，用于根据获取的调节过程初始时刻电网的不平衡功率、电力系统的频率偏差初始值、系统等值阻尼系数及系统等值惯性时间常数，确定调节过程中电力系统的频率动态变化量，其中，系统等值惯性时间常数是根据获取的电力系统中同步发电机的惯性时间常数、电力系统负荷侧的惯性时间常数、电力系统中虚拟惯量的等效时间常数和电力系统中各新能源场站配置的支撑机的惯性时间常数确定的；系统等值阻尼系数是根据电力系统发生功率扰动时的不平衡功率、电力系统在功率扰动过后的稳态频率偏差和同步发电机组的静态调节系数确定的；
储能装置有功功率参考值确定单元，用于根据调节过程中电力系统的频率动态变化量，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值，具体包括：根据调节过程中电力系统的频率动态变化量和获取的频率调节死区，确定电网频率的待调节频率偏差；根据所述待调节频率偏差、获取的频率调节系数及获取的转差率，确定调节过程中储能装置接收到的有功功率参考值；
吸收能量或释放能量确定单元，用于根据所述有功功率参考值和获取的调节过程持续时间，确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量及储能装置释放的总能量；
储能装置容量确定单元，用于根据以不同初始条件参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值，确定储能装置的容量。
5.根据权利要求4所述的装置，
所述储能装置容量确定单元，具体用于：
确定参与调节过程中储能装置吸收的总能量的最大值和储能装置释放的总能量的最大值中的较大值，为储能装置参与调节过程的单侧能量上限；
以储能装置分别从荷电状态为50%启动吸收能量过程或释放能量过程、且以在参与调节过程中不发生过充或过放为约束条件，根据所述单侧能量上限，确定参与调节过程中储能装置的容量限定条件，并对所述容量限定条件取等号时的容量值乘以放大系数后作为储能装置的容量。
6.一种计算机存储介质，
其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现如权利要求1至3中任一项所述的储能确定方法。
7.一种储能装置，包括：
双向DC/DC变换器、直流储能单元和储能控制单元；
所述储能装置的容量根据权利要求1至3中任一项所述的储能装置容量确定方法确定；
所述双向DC/DC变换器的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述直流储能单元的容量根据所述储能装置的容量确定；
所述储能控制单元根据接收到的有功功率参考值，控制所述双向DC/DC变换器变换至所述直流储能单元的电流，以使得所述直流储能单元吸收电能或释放电能。
8.一种新能源支撑机，包括：
根据权利要求7所述的储能装置；
所述新能源支撑机并联在新能源场站的并网点，
所述新能源支撑机通过释放或吸收有功功率来抑制电力系统的频率变化。
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