CN112906200B - 电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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CN112906200B CN202110098731.4A CN202110098731A CN112906200B CN 112906200 B CN112906200 B CN 112906200B CN 202110098731 A CN202110098731 A CN 202110098731A CN 112906200 B CN112906200 B CN 112906200B
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Abstract

本申请涉及一种电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。所述方法包括：建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差‑切机功率‑装机功率关系；获取电力系统中各台同步发电机组切机功率；根据各个同步发电机组切机功率、频率约束条件和频率偏差‑切机功率‑装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时的最小储能功率；将上述最小储能功率代入储能配置模型，求解得到成本最小的储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。本方法考虑了潮流约束，能够保证电力系统安全性，同时降低成本。

Description

电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及电力系统建设技术领域，特别是涉及一种电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
随着电力系统清洁能源转型，风电光伏等可再生能源迅速发展。电力系统中的可再生能源经电力电子变流器并网，加之我国特高压输电工程的发展，电力系统逐渐演变成为交直流混联连电网。电力系统呈现大规模的直流送入导致部分系统中的同步机组所占比例降低，系统呈现出弱惯性的特点。在惯性水平较低的系统中，发生有功功率扰动时，由于通过电力电子变换器并网的可再生能源以及外来直流电与系统频率解耦，无法有效提供频率支撑，系统会面临严重的频率安全问题。
储能由于其响应快速，灵活可控，具有出色的调频能力，可在系统发生功率扰动时提供紧急支撑，提升系统的频率稳定性。但由于储能成本较高，并且其参与调频提供有功支撑受到系统线路负载率约束，需要考虑输电线路的扩建以及储能的选址定容问题以合理利用储能。
总体而言，目前关于储能参与电力系统调频的规划相关研究大都基于系统最严重切机工况或者历史频率曲线。而电力系统发生故障的位置不同会影响系统的潮流分布，基于传统的储能配置方法在提供频率支撑时会产生潮流越限的问题，严重时潮流越限可引发电力系统大面积瘫痪。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保证电力系统安全性，同时降低成本的电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
一种电力系统储能配置方法，所述方法包括：
建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束；建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；获取电力系统中各台同步发电机组的切机功率；根据各个同步发电机组的切机功率、该频率约束条件和该频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。
在其中一个实施例中，该储能节点总成本包括储能节点的功率成本和储能节点的容量成本；该扩建线路成本包括扩建线路单位长度成本与扩建线路总长度的乘积。
在其中一个实施例中，该潮流等式约束包括：
Figure GDA0003002949220000021
其中，A为系统的节点支路关联矩阵；Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量；
Figure GDA0003002949220000022
为同步发电机组k切机时节点注入有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000023
为同步发电机组k切机时发电机有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000024
为同步发电机组k切机时除同步发电机组k外，其他同步发电机组增发有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000025
为同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率列向量；PL0为节点有功负荷需求列向量；
Figure GDA0003002949220000026
为同步发电机组k切机时节点负荷变化量列向量。
该同步发电机组装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000027
其中，PGl0为同步发电机组l初始有功功率；
Figure GDA0003002949220000028
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；PGl,max为系统设定同步发电机组l的装机功率。
该储能节点装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000029
其中，
Figure GDA00030029492200000210
为同步发电机组k切机时储能节点i的增发有功功率；PEi为储能节点i的装机功率。
该线路负载约束包括：
Figure GDA00030029492200000211
其中，j为输电线支路编号；
Figure GDA00030029492200000212
为同步发电机组k切机时支路j的有功功率；Pj,maxset为系统允许支路j传输有功功率的上限值；
Figure GDA00030029492200000213
为支路j扩建数量。
该频率约束包括：
Figure GDA00030029492200000214
其中，Δfk为同步发电机组k切机时系统频率偏差的最大值；
Figure GDA0003002949220000031
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；Δfmaxset为系统允许的最大频率偏差。
在其中一个实施例中，该建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系包括：
基于下垂控制方式，确定储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系：
Figure GDA0003002949220000032
其中，
Figure GDA0003002949220000033
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；KEi为储能节点i的功率-频率响应系数；PEi为储能节点i的装机功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；
基于同步发电机组一阶简化模型，确定同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系：
Figure GDA0003002949220000034
其中，TG为储能的调速器时间常数；PGl0为同步发电机组l的初始有功功率；KGl为同步发电机组l的功率-频响应系数；
Figure GDA0003002949220000035
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；
基于同步发电机组经典摇摆方程构建系统故障时频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率、同步发电机组切机功率之间的初始关系模型；
将得到的该储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系、该同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系代入所述初始关系模型中，得到同步发电机组切机时，电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系。
在其中一个实施例中，将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案包括：
确定电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点的数量；电力系统中各台同步发电机组切机时，分别将电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点数量以及该台同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入储能配置模型的约束条件中，得到每台同步发电机组切机时满足该约束条件的储能配置方案集合
Figure GDA0003002949220000041
从所述电力系统中各台同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案集合中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案集合{PlanA,PlanB,…}，其中
Figure GDA0003002949220000042
满足
Figure GDA0003002949220000043
Figure GDA0003002949220000044
ng为电力系统中同步发电机组的数量；将同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算得到若干成本目标值，最小的成本目标值对应的储能配置方案为最终选定的电力系统储能配置方案。
在其中一个实施例中，该储能配置模型的约束条件还包括节点最大储能功率约束，该节点最大储能功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000045
其中，N为系统节点数量；n为储能节点数量；PEq为节点q的储能装机功率；PEqmax为节点q允许装设的最大储能功率。
在其中一个实施例中，该电力系统储能配置方法还包括：
当储能节点数量未知时，获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值nmax；当n∈[1,nmax]时，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)；最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000046
对应的n为储能节点数量，最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000047
对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。
一种电力系统储能配置装置，该装置包括：
模型建立模块，用于建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束；
关系确定模块，用于基于虚拟下垂控制，建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；
第一获取模块，用于获取电力系统中各个同步发电机组的切机功率；
计算模块，用于根据各个同步发电机组的切机功率、所述频率约束条件和该电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；
求解模块，用于将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行所述计算机程序时，使得该处理器执行上述任一所述的电力系统储能配置方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一所述的电力系统储能配置方法。
上述电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和存储介质，首先建立储能配置模型，该模型包括成本目标函数和约束条件；成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。再建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；根据电力系统实际情况，获取电力系统中各台同步发电机组切机时的切机功率；根据得到的各台同步发电机组切机时的切机功率、频率约束条件和频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；将该最小储能功率代入储能配置模型，求解满足约束条件的储能配置方案，选择使成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。本方法在选择储能配置方案时考虑了系统潮流约束和线路负载约束以及输电线扩建，当按照储能配置方案进行储能节点配置时，增发功率使得某条支路负载超过限度时则扩建输电线，使得扩建后每条支路的线路负载都处于限度内。因此根据本方法选定的储能配置方案能够解决电力系统发生故障时储能节点增发功率可能造成的潮流越限问题。同时计算所有满足条件的储能配置方案的成本，选择最小成本值对应的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案。在保证电力系统安全性的基础上节约成本。
附图说明
图1为一个实施例中电力系统储能配置方法的流程示意图；
图2为一个实施例中建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系的技术过程的流程示意图；
图3为一个实施例中将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解得到系统储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案的技术过程的流程示意图；
图4为另一个实施例中电力系统储能配置方法的流程示意图；
图5为电力系统同步发电机组逐一切机时，切机功率和维持频率稳定所需最小储能功率的示意图；
图6为根据电力系统储能配置方法选定的储能节点分布和储能节点的装机功率的示意图；
图7为线路扩建方案的示意图；
图8A为应用储能配置方案前电力系统内不同同步发电机组切机时频率变化曲线的示意图；
图8B为应用储能配置方案后电力系统内不同同步发电机组切机时频率变化曲线的示意图；
图9为储能节点数量与成本目标值的示意图；
图10为一个实施例中电力系统储能配置装置的结构框图；
图11为另一个实施例中电力系统储能配置装置的结构框图；
图12为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电网储能配置方法，包括以下步骤：
步骤102，建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。
在进行储能选址定容时，一方面要考虑系统频率和潮流的安全性，另一方面也要考虑建立储能节点的成本，在满足电力系统安全的基础上节约成本。建立成本目标函数的目的是为了在满足约束条件的所有配置方案中选择成本最低，即成本目标函数值最小的方案作为最优的电力系统储能配置方案。
潮流是指电网中各节点电压，各支路功率的稳态分布，当节点电压或支路功率超过一定限度时，可能会引发电网部分瘫痪。为了满足线路负载约束，若按照储能配置方案布局，储能节点增发功率后会使某条支路的功率超过限度，则需要在该支路的节点之间再进行支路扩建，使得扩建后每条支路的功率都未超限。因此成本目标函数中包含扩建线路成本。
在本申请的可选实施例中，储能配置需要满足潮流等式约束，潮流等式约束是指任意一台同步发电机组切机时，电力系统中各节点注入功率和各支路功率应满足的等式；同步发电机组装机功率约束是指同步发电机组的初始有功功率与同步发电机组增发的有功功率之和应小于同步发电机组的装机功率；电力系统中存在储能节点，储能节点装机功率为储能节点安装完成后能够输出的最大有功功率。储能节点装机功率约束是指储能节点的增发有功功率应小于储能节点的装机功率；线路负载约束约束是指电网中各支路的功率不能超过系统所允许的最大功率；频率约束是指在同步发电机组发生故障时，储能节点增发的有功功率应能维持电力系统频率稳定，保证电力系统频率偏差不超过系统所允许的最大频率偏差。
步骤104，建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系。
电力系统中的同步发电机发生故障时会影响频率稳定，需要储能节点和电力系统内其他同步发电机组增发功率以维持频率在系统允许范围内波动。在本申请的可选实施例中，以同步发电机组切机模拟同步发电机组产生故障，切机的同步发电机组正常运行时的初始有功功率为该同步发电机组切机功率。
在本申请的可选实施例中，储能节点i装机功率用PEi表示，同步发电机组k切机时储能节点i增发有功功率用
Figure GDA0003002949220000071
表示，同步发电机组k切机时电力系统频率偏差用Δfk表示，同步发电机组l初始有功功率用PGl0表示，同步发电机组k切机时同步发电机组l增发有功功率用
Figure GDA0003002949220000072
表示，同步发电机组k切机功率用PGk0表示，同步发电机组k切机时电力系统最大频率偏差为
Figure GDA0003002949220000073
在全系统刚性连接的情况下，系统中任意节点与同步发电机组具有完全相同的频率动态过程。虚拟下垂控制是产生频率偏差时电力系统的一种控制方式，基于下垂控制方式，得到同步发电机组k切机时储能节点i增发有功功率
Figure GDA0003002949220000074
电力系统频率偏差Δfk与储能节点i装机功率PEi的关系，称为储能关系；基于同步发电机组模型，得到同步发电机组k切机时同步发电机组l增发有功功率
Figure GDA0003002949220000075
电力系统频率偏差Δfk与同步发电机组l初始有功功率PGl0的关系，称为同步发电机组关系；同步发电机组经典摇摆方程描述了同步发电机组k切机时，电力系统频率偏差Δfk、同步发电机组l增发有功功率
Figure GDA0003002949220000076
同步发电机组切机功率PGk0和储能节点i增发有功功率
Figure GDA0003002949220000077
之间的关系。将上述储能关系和同步发电机组关系代入同步发电机组经典摇摆方程，经过微分计算得到电力系统最大频率偏差
Figure GDA0003002949220000078
同步发电机组切机功率PGk0与储能节点装机功率PEi的关系。
步骤106，获取电力系统中各台同步发电机组的切机功率。
统计电力系统中同步发电机组的数量ng，每一台同步发电机组的初始有功功率为该台同步发电机组切机时的切机功率，电力系统中各台同步发电机组的切机功率为
Figure GDA0003002949220000079
步骤108，根据各个同步发电机组的切机功率、该频率约束条件、该频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率。
步骤104得到同步发电机组k切机时电力系统最大频率偏差
Figure GDA0003002949220000081
同步发电机组切机功率PGk0与储能节点装机功率PEi的关系，即
Figure GDA0003002949220000082
的关系。同步发电机组k切机时储能节点i增发有功功率
Figure GDA0003002949220000083
电力系统频率偏差Δfk与储能节点i装机功率PEi的关系，即
Figure GDA0003002949220000084
的关系。在本申请的可选实施例中，当
Figure GDA0003002949220000085
时，利用
Figure GDA0003002949220000086
关系对
Figure GDA0003002949220000087
关系进行变换，得到
Figure GDA0003002949220000088
之间的关系，将步骤106获得的同步发电机组的切机功率代入
Figure GDA0003002949220000089
的关系中，得到
Figure GDA00030029492200000810
的关系。
如上文所述，频率约束是指在同步发电机组发生故障时，储能节点增发的有功功率应能维持电网频率稳定，保证电网频率偏差不超过系统所允许的最大频率偏差。在本申请的可选实施例中，Δfmax,set为电力系统允许的最大频率偏差，
Figure GDA00030029492200000811
为同步发电机组k切机时，电力系统中所有储能节点增发有功功率的总量。根据频率约束条件，可得同步发电机组k切机时电力系统频率偏差
Figure GDA00030029492200000812
同步发电机组k切机时，储能节点增发有功功率总量
Figure GDA00030029492200000813
与电力系统允许的最大频率偏差Δfmax,set的关系，即
Figure GDA00030029492200000814
Figure GDA00030029492200000815
的关系。其中，Δfmax,set为系统设定值，通过上述推导已经得到
Figure GDA00030029492200000816
的关系，通过计算可得到同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率总量的最小值
Figure GDA00030029492200000817
当储能节点的装机功率全部用来增发有功功率时，上述储能节点增发有功功率总量的最小值为储能节点装机功率总量的最小值。因此当电力系统内各台同步发电机组切机时，能够计算出对应的维持系统频率稳定的最小储能装机功率。
步骤110，将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。
如上文所述，储能配置模型包括成本目标函数和约束条件，该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载和频率约束。在本申请的可选实施例中，首先确定约束条件的上下限值和配置储能节点的数量n，步骤108中得到各台同步发电机组切机时电力系统满足频率稳定所需的储能装机功率总量。在第k台同步发电机组切机时，考虑满足同步发电机组装机功率约束和储能节点装机功率约束的所有储能节点分布和储能节点装机功率方案。储能节点分布是指电力系统中n个储能节点建设的位置，储能节点装机功率是指在已知储能节点装机功率总量的情况下，总装机功率应如何分配在n个储能节点中。在将该种储能节点分布和储能节点装机功率方案代入潮流等式约束中，计算在该种方案下的电力系统各条支路的线路负载，若某条支路的负载超过系统设定的最大负载值，则在该该支路的两个节点之间进行线路扩建，使得扩建后该节点之间每一条支路的负载都不超过最大值，得到该种储能节点分布和储能节点装机功率方案下的线路扩建方案，得到完整的储能配置方案，包括储能节点分布、储能节点装机功率和线路扩建方案。考虑电力系统中每台同步发电机组切机时，满足约束条件的储能配置方案集合为
Figure GDA0003002949220000091
Figure GDA0003002949220000092
其中第k台同步发电机组切机时，满足约束条件的储能配置方案集合为
Figure GDA0003002949220000093
在本申请的可选实施例中，储能配置方案应能保证电力系统中任意一台同步发电机组切机时，都能够维持电力系统的频率稳定。符合该条件的储能配置方案Planx应满足：
Figure GDA0003002949220000094
将满足上述条件的储能配置方案代入成本目标函数中，分别计算其对应的成本目标值，得到储能配置方案与成本目标值的数据对(PlanA,CA),(PlanB,CB),(PlanC,CC),…(Planmax,Cmax)。选择最小的成本目标值对应的储能配置方案作为该方法选定的储能配置方案。
上述电力系统储能配置方法、装置、计算机设备和存储介质，首先建立储能配置模型，该模型包括成本目标函数和约束条件；成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。再建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；根据电力系统实际情况，获取电力系统中各台同步发电机组切机时的切机功率；根据得到的各台同步发电机组切机时的切机功率、频率约束条件和频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；将该最小储能功率代入储能配置模型，求解满足约束条件的储能配置方案，选择使成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。本方法在选择储能配置方案时考虑了系统潮流约束和线路负载约束以及输电线扩建，当按照储能配置方案进行储能节点配置时，增发功率使得某条支路负载超过限度时则扩建输电线，使得扩建后每条支路的线路负载都处于限度内。因此根据本方法选定的储能配置方案能够解决电力系统发生故障时储能节点增发功率可能造成的潮流越限问题。同时计算所有满足条件的储能配置方案的成本，选择最小成本值对应的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案。在保证电力系统安全性的基础上节约成本。
如上文所述储能配置模型包括成本目标函数和约束条件，该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本。在一个实施例中，该成本目标函数包括：
C＝CBESS+CLine (1)
其中，C为成本目标函数；CBESS为储能节点总成本；CLine为扩建线路成本。
在一个实施例中，该储能节点总成本包括储能节点的功率成本和储能节点的容量成本，该扩建线路成本包括扩建线路单位长度成本与扩建线路总长度的乘积。在本申请的可选实施例中该储能节点的功率成本包括：
Figure GDA0003002949220000101
Figure GDA0003002949220000102
其中，i为电力系统节点编号；N为电力系统节点总数；cp为储能系统的单位功率成本；cE为储能系统单位容量成本；
Figure GDA0003002949220000103
为储能系统在节点i配置的功率；
Figure GDA0003002949220000104
储能系统在节点i配置的容量；Td为储能系统参与调频的时间。
该扩建线路成本包括：
Figure GDA0003002949220000105
其中，cline为扩建输电线的单位长度成本；j为输电线路编号，相同节点之间的输电线路编号相同；b为输电线路编号总数；
Figure GDA0003002949220000106
为输电线路j的扩建数目；
Figure GDA0003002949220000107
为输电线路j的长度。
如上文所述，储能配置模型包括成本目标函数和约束条件，该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。在一个实施例中，潮流等式约束是指任意一台同步发电机组切机时，电力系统中各节点注入功率和各支路功率应满足的等式。该潮流等式约束包括：
Figure GDA0003002949220000108
Figure GDA0003002949220000109
其中，A为系统的节点支路关联矩阵；Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量；
Figure GDA00030029492200001010
为同步发电机组k切机时节点注入有功功率列向量；
Figure GDA00030029492200001011
为同步发电机组k切机时发电机有功功率列向量；
Figure GDA00030029492200001012
为同步发电机组k切机时除同步发电机组k外，其他同步发电机组增发有功功率列向量；
Figure GDA00030029492200001013
为同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率列向量；PL0为节点有功负荷需求列向量；
Figure GDA00030029492200001014
为同步发电机组k切机时节点负荷变化量列向量。
潮流等式约束中式(4)描述了电力系统各支路功率与各节点注入功率的关系，式(5)具体是指当同步发电机组k切机时，电力系统各节点注入功率包括各同步发电机组初始有功功率、各同步发电机组增发的有功功率和各储能节点增发的有功功率相加之和，同时减去各节点的有功负荷，再减去各节点负荷的变化量。
在本申请的可选实施例中，同步发电机组装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000111
其中PGl0为同步发电机组l初始有功功率；
Figure GDA0003002949220000112
为同步发电机组k切机时，同步发电机组l增发的有功功率；PGl,max为系统设定同步发电机组l的装机功率。同步发电机组发电功率约束具体是指对于同步发电机组l，在同步发电机组k切机时，同步发电机组l的初始有功功率与增发有功功率之和不应超过该同步发电机组l的装机功率。
在本申请的可选实施例中，储能节点装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000113
其中，
Figure GDA0003002949220000114
为同步发电机组k切机时，储能节点i增发的有功功率；PEi为储能节点i的装机功率。储能节点装机功率约束具体是指对于储能节点i，在同步发电机组k切机时，储能节点i增发的有功功率应不超过该储能节点的装机功率。
在本申请的可选实施例中，线路负载约束包括：
Figure GDA0003002949220000115
其中，j为输电线支路编号；
Figure GDA0003002949220000116
为同步发电机组k切机时支路j的有功功率；Pj,maxset为系统允许支路j传输有功功率的上限值；
Figure GDA0003002949220000117
为支路j扩建数量。线路负载约束是指电网中各支路的功率不能超过系统所允许的最大功率；如上文所述，当电力系统中某条支路的功率超过上限值，则进行线路扩建，使得扩建后的每条支路功率都符合要求。线路负载约束中
Figure GDA0003002949220000118
为未进行线路扩建时支路j的有功功率，若
Figure GDA0003002949220000119
Figure GDA00030029492200001110
则在该支路的两个节点之间进行线路扩建，扩建数量
Figure GDA00030029492200001111
需满足线路建成后，任意一条支路的功率都不超过系统设定的上限值。
在本申请的可选实施例中，频率约束条件包括：
Figure GDA00030029492200001112
其中，
Figure GDA00030029492200001113
为同步发电机组k切机时电力系统实际频率偏差的最大值；
Figure GDA00030029492200001114
为发电机k切机时储能节点i增发的有功功率；Δfmaxset为系统允许的最大频率偏差。频率约束条件具体是指储能节点增发的有功功率应能维持电网频率稳定，各储能节点增发功率总量应保证调频后电网频率偏差不超过系统所允许的最大频率偏差。
在一个实施例中，如图2所示，其示出了一种示例性的“建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系”的技术过程，该技术过程包括以下步骤：
步骤202，基于下垂控制方式，确定储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系。
在本申请的可选实施例中，下垂控制方式是指储能的有功增量与频率偏差成正比的控制方式，在下垂控制方式下，储能节点i的装机功率、同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率与同步发电机组k切机时电力系统频率偏差的关系为：
Figure GDA0003002949220000121
其中，
Figure GDA0003002949220000122
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的功率；PEi为储能节点i的装机功率；KEi为储能节点i的功率-频率响应系数；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差。
步骤204，基于同步发电机组一阶简化模型，确定同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系。
在本申请的可选实施例中，根据同步发电机组一阶简化模型，同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率、同步发电机组l初始有功功率与同步发电机组k切机时电力系统频率偏差的关系为：
Figure GDA0003002949220000123
其中，TG为储能的调速器时间常数；PGl0为同步发电机组l初始有功功率；KGl为同步发电机组l的功率-频响应系数；
Figure GDA0003002949220000124
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差。
步骤206，基于同步发电机组经典摇摆方程构建系统故障时电力系统频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率、同步发电机组切机功率之间的初始关系模型。
在本申请的可选实施例中，基于同步发电机组经典摇摆方程可得到同步发电机组k切机时电力系统频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率与同步发电机组切机功率的初始关系模型。该同步发电机组经典摇摆方程为：
Figure GDA0003002949220000125
其中，TJl为同步发电机组l的惯性时间常数；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；PGl0为同步发电机组i的初始有功功率；
Figure GDA0003002949220000131
为同步发电机组k切机时同步发电机组i增发的有功功率；
Figure GDA0003002949220000132
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；PLi0为电力系统节点i的初始负荷；
Figure GDA0003002949220000133
为电力系统节点i负荷的改变量。
步骤208，将得到的该储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系，同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系代入所述初始关系模型中，得到同步发电机组切机时，电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系。
在本申请的可选实施例中，同步发电机组k切机时负荷的改变量
Figure GDA0003002949220000134
与电力系统频率偏差Δfk成正比：
Figure GDA0003002949220000135
其中，D为负荷的频率调节效应系数。
由式(11)、(12)、(13)、(14)推导可得同步发电机组k切机时，电力系统最大频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系：
Figure GDA0003002949220000136
其中，
Figure GDA0003002949220000137
Figure GDA0003002949220000138
在一个实施例中，如图3所示，其示出了一种示例性的“将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案”的技术过程，该技术过程包括以下步骤：
步骤302，确定电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点的数量。
如上文所述，同步发电机组装机功率约束包括同步发电机组l的初始有功功率PGl0与同步发电机组l增发的有功功率
Figure GDA0003002949220000141
之和应不超过系统设定的同步发电机l的装机功率PGl,max。线路负载约束包括扩建后每条支路的有功功率不超过系统允许的功率上限值Pj,maxset。
在本申请的可选实施例中，根据电力系统的实际情况，确定系统设定的各台同步发电机组的装机功率PGl,max，确定系统允许的电力系统中各条支路的功率上限值Pj,maxset，确定储能节点的数量n。
步骤304，电力系统中各台同步发电机组切机时，分别将电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点数量以及该台同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入储能配置模型的约束条件中，得到每台同步发电机组切机时满足所述约束条件的储能配置方案集合。
如上文所述，得到电力系统中同步发电机组k切机时维持系统频率稳定所需的最小储能装机功率
Figure GDA0003002949220000142
在本申请的可选实施例中，当电力系统中同步发电机组共有ng台时，能够电力系统中各台同步发电机组切机时对应的最小储能装机功率
Figure GDA0003002949220000143
将系统设定的各台同步发电机组的装机功率PGl,max代入同步发电机组装机功率约束，将系统允许的电力系统中各条支路的功率上限值Pj,maxset代入线路负载约束。首先考虑同步发电机组1切机时对应的最小储能装机功率
Figure GDA0003002949220000144
已知电力系统储能节点的数量为n，求解满足同步发电机组装机功率约束和储能节点装机功率约束的n个储能节点具体分布和n个储能节点各自的装机功率。将满足条件的储能节点分布和储能节点装机功率方案代入潮流等式约束的式(5)中，求解得到
Figure GDA0003002949220000145
将
Figure GDA0003002949220000146
代入式(4)中，进一步得到Pk。Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量，若该列向量中的存在分项了超过系统设定的支路功率上限值，则利用线路负载约束制定线路扩建方案，最终得到储能节点分布、储能节点装机功率和线路扩建扩建的完整储能配置方案。上述已知储能装机功率总量、储能节点数量以及约束条件求解储能配置方案的问题是一个混合整数线性规划的问题，在本申请的一个可选的实施例中，可以利用Matlab和cplex软件联合进行求解。由此得到同步发电机组1切机时，满足约束条件的所有储能配置方案
Figure GDA0003002949220000147
以此类推，可求得电力系统中其他同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案
Figure GDA0003002949220000148
步骤306，从该电力系统中各台同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案集合中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案集合。
N-1准则是判定电力系统安全性的一种准则，根据N-1准则，电力系统的N个元件中的任一独立元件发生故障而被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电，不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故。在本申请的可选实施例中，储能配置方案应满足电力系统中任意同步发电机组切机时，都能够维持频率稳定。因此要在步骤306得到的储能配置方案中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案，即储能配置方案Planx应满足：
Figure GDA0003002949220000151
满足条件的储能配置方案组成新的集合{PlanA,PlanB,…}。
步骤308，将同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算得到若干成本目标值，最小的成本目标值对应的储能配置方案为最终选定的电力系统储能配置方案。
在本申请的可选实施例中，将步骤306得到的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算对应的成本目标值，即{(PlanA,CA),(PlanB,CB),…}。其中最小成本目标值对应的储能配置方案即为最终选定的储能配置方案。
在一个实施例中，储能配置模型的约束条件还包括节点最大储能功率约束，该节点最大储能功率约束是指：
Figure GDA0003002949220000152
0≤PEq≤NqPEqmax (19)
其中，N为系统节点数量；n为储能节点数量；PEq为节点q的储能装机功率；PEqmax为系统设定节点q允许装设的最大储能功率。
在本申请的可选实施例中，系统设定了每一个节点允许装设的最大储能功率，因此储能配置方案中储能节点的装机功率不应超过该节点允许装设的最大储能功率。
在本申请的可选实施例中，在上述考虑同步发电机组k切机时对应的最小储能装机功率
Figure GDA0003002949220000153
已知电力系统储能节点的数量为n，求解满足约束条件的n个储能节点具体分布和n个储能节点各自的装机功率的步骤中，约束条件不仅包括同步发电机组装机功率约束和储能节点装机功率约束，还包括节点最大储能功率约束。
本申请实施例提供的电力系统储能配置方法，储能配置模型的约束条件除了包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束、频率约束外，还包括节点最大储能功率约束。节点最大储能功率是指储能节点的装机功率不应超过系统允许装设的最大储能功率。在储能配置中，限于实际情况的约束，某些节点只能容纳一定量的储能功率，只有储能配置方案中储能节点的装机功率未超过节点容纳储能功率的上限值，该方案才能够实际应用于电力系统储能配置。因此考虑节点最大功率约束更贴合电力系统的实际情况。
在一个实施例中，如图4所示，电力系统储能配置方法还包括以下步骤：
步骤402，当储能节点数量未知时，获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值nmax。
通常情况下，由于外界因素影响，储能节点数量已经被提前确定。储能配置方案只需探讨储能节点具体的位置、各储能节点的装机功率以及如何进行线路扩建即可。在本申请的可选实施例中，当储能节点数量未知时可以通过电力系统储能配置方案选定既能满足约束条件又能够实现成本最小化的储能节点数量。
在本申请的可选实施例中，首先获得电力系统允许设置储能节点数量的最大值nmax，储能节点数量可以选择[1,nmax]中的任意值。
步骤404，当n∈[1,nmax]时，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)。
在本申请的可选实施例中，储能节点数量n取[1,nmax]中的每一个值时，分别建立储能配置模型，在本申请的一个可选实施例中，该储能配置模型的约束条件可以为潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。将储能节点数量n代入该储能配置模型，求解对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)。
在本申请的一个可选实施例中，该储能配置模型的约束条件可以为潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束、节点最大储能功率约束和频率约束。将储能节点数量n代入该储能配置模型，求解对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)。
步骤406，最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000161
对应的n为储能节点数量，最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000162
对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。
在本申请的可选实施例中，步骤404中得到n取[1,nmxx]每一个值时，对应的
Figure GDA0003002949220000163
选择最小的成本目标值，该成本目标值对应的储能配置方案为选定的储能配置方案，该成本目标值对应的储能节点数量为选定的储能节点数量。
本申请实施例提供的电力系统储能配置方法，当储能节点数量未知时，首先获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值nmax；当n∈[1,nmax]时，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)；最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000171
对应的n为储能节点数量，最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000172
对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。通过该电力系统储能配置方法，当储能节点数量未知时，能够计算出既满足约束条件又使成本最小的储能节点数量、储能节点分布、储能节点装机功率和线路扩建方案。
在本申请的一个具体实施例中，将电力系统储能配置方案应用于IEEE-39节点系统电源N-1准则下频率安全的储能规划，具体步骤如下：
步骤502，建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件，约束条件包括潮流等式约束条件、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束、节点最大储能功率约束。
步骤504，建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系，该关系成为频率偏差-切机功率-装机功率关系。
步骤506，获取电力系统中各台同步发电机组的切机功率。
步骤508，根据各个同步发电机组的切机功率、频率约束条件和频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率。
同步发电机组调差系数KGl取值为20，系统允许最大频率偏差Δfmaxset取值为0.5Hz。频率约束条件为：
Figure GDA0003002949220000173
其中，
Figure GDA0003002949220000174
为同步发电机组k切机时电力系统实际频率偏差的最大值，
Figure GDA0003002949220000175
为发电机k切机时储能节点i增发的有功功率。
电力系统同步发电机组逐一切机时，切机功率和维持频率稳定所需的最小储能功率如图5所示。图5的横坐标表示故障的同步发电机组所在节点，纵坐标表示功率，单位为MW(兆瓦)。
步骤510，规划储能节点的数量为10，确定电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率。
步骤512，电力系统中各台同步发电机组切机时，将储能节点数量和维持系统频率稳定的最小储能功率代入储能配置模型中，得到每台同步发电机组切机时满足上述约束条件的储能配置方案集合
Figure GDA0003002949220000176
步骤514，从该电力系统中各台同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案集合中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案集合。
步骤516，将同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算得到若干成本目标值，最小的成本目标值对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。如图6所示，图6的横坐标代表储能节点处于系统哪个节点，纵坐标代表该节点的储能装机功率，单位为MW(兆瓦)，图6为储能配置方法选定的储能节点分布和储能节点装机功率。线路扩建方案如图7所示，图7的横坐标代表线路编号，纵坐标代表负载率。编号为3的线路负载超过额定限度，即负载率超过1时，在连接该线路的节点之间进行线路扩建。根据选定的储能配置方案，进行同步发电机组N-1仿真计算，观测依据该方案进行储能配置，不同同步发电机组切机时系统频率的变化情况。如图8A所示，其示出了应用储能配置方案前电力系统内不同同步发电机组切机时频率变化情况，图8A的横坐标代表时间，单位为s(秒)；纵坐标代表频率，单位为Hz(赫兹)。如图8B所示，其示出了应用储能配置方案后电力系统内不同同步发电机组切机时频率变化情况，图8B的横坐标代表时间，单位为s(秒)；纵坐标代表频率，单位为Hz(赫兹)。
在本申请的一个具体实施例中，当储能节点数量未知时，电力系统储能配置方法还包括以下步骤：
步骤602，获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值为10。
步骤604，当n∈[1,10]，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值。图9示出了n取1-10间的任意值时储能配置方案所对应的成本目标值，图9的横坐标代表储能节点数量，单位为个；纵坐标代表成本目标值，单位为万元。
步骤606，最小成本目标值对应的储能节点数量为10，该最小成本目标值对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。
应该理解的是，虽然图1-4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种电力系统储能配置装置1000，如图10所示，该电力系统储能配置装置包括：模型建立模块1002、关系确定模块1004、第一获取模块1006、计算模块1008、求解模块1010。
其中，该模型建立模块1002，用于建立储能配置模型，该储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；该成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；该约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束。
该关系确定模块1004，用于基于虚拟下垂控制，建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系。
该第一获取模块1006，用于获取电力系统中各个同步发电机组的切机功率。
该计算模块1008，用于根据各个同步发电机组的切机功率、该频率约束条件和该电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率。
该求解模块1010，用于将该电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入该储能配置模型，求解满足该约束条件的储能配置方案，选择使该成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；该储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案。
在本申请的可选实施例中，该储能节点总成本包括储能节点的功率成本和储能节点的容量成本；该扩建线路成本包括扩建线路单位长度成本与扩建线路总长度的乘积。
在本申请的可选实施例中，该潮流等式约束包括：
Figure GDA0003002949220000191
其中，A为系统的节点支路关联矩阵；Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量；
Figure GDA0003002949220000192
为同步发电机组k切机时节点注入有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000193
为同步发电机组k切机时发电机有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000194
为同步发电机组k切机时除同步发电机组k外，其他同步发电机组增发有功功率列向量；
Figure GDA0003002949220000195
为同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率列向量；PL0为节点有功负荷需求列向量；
Figure GDA0003002949220000196
为同步发电机组k切机时节点负荷变化量列向量。
该同步发电机组装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000197
其中，PGl0为同步发电机组l初始有功功率；
Figure GDA0003002949220000198
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；PGl,max为系统设定同步发电机组l的装机功率。
该储能节点装机功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000201
其中，
Figure GDA0003002949220000202
为同步发电机组k切机时储能节点i的增发有功功率；PEi为储能节点i的装机功率。
该线路负载约束包括：
Figure GDA0003002949220000203
其中，j为输电线支路编号；
Figure GDA0003002949220000204
为同步发电机组k切机时支路j的有功功率；Pj,maxset为系统允许支路j传输有功功率的上限值；
Figure GDA0003002949220000205
为支路j扩建数量。
该频率约束包括：
Figure GDA0003002949220000206
其中，Δfk为同步发电机组k切机时系统频率偏差的最大值；
Figure GDA00030029492200002011
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；Δfmaxset为系统允许的最大频率偏差。
在本申请的可选实施例中，该关系确定模块1004具体用于：
基于下垂控制方式，确定储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系：
Figure GDA0003002949220000207
其中，
Figure GDA0003002949220000208
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；KEi为储能节点i的功率-频率响应系数；PEi为储能节点i的装机功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；
基于同步发电机组一阶简化模型，确定同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系：
Figure GDA0003002949220000209
其中，TG为储能的调速器时间常数；PGl0为同步发电机组l的初始有功功率；KGl为同步发电机组l的功率-频响应系数；
Figure GDA00030029492200002010
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；
基于同步发电机组经典摇摆方程构建系统故障时频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率、同步发电机组切机功率之间的初始关系模型；
将得到的该储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系、该同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系代入所述初始关系模型中，得到同步发电机组切机时，电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系。
在本申请的可选实施例中，该求解模块1010具体用于：
确定电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点的数量；电力系统中各台同步发电机组切机时，分别将电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点数量以及该台同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入储能配置模型的约束条件中，得到每台同步发电机组切机时满足所述约束条件的储能配置方案集合
Figure GDA0003002949220000211
从该电力系统中各台同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案集合中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案集合{PlanA,PlanB,…}，其中
Figure GDA0003002949220000212
满足
Figure GDA0003002949220000213
Figure GDA0003002949220000214
ng为电力系统中同步发电机组的数量；将同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算得到若干成本目标值，最小的成本目标值对应的储能配置方案为最终选定的电力系统储能配置方案。
在本申请的可选实施例中，该储能配置模型的约束条件还包括节点最大储能功率约束，该节点最大储能功率约束包括：
Figure GDA0003002949220000215
其中，N为系统节点数量；n为储能节点数量；PEq为节点q的储能装机功率；PEqmax为节点q允许装设的最大储能功率。
请参考图11，其示出了本申请实施例提供的另一种电力系统储能配置装置1100的框图，该电力系统储能配置装置1100包括第二获取模块1102，多次求解模块1104以及选择模块1106，其中多次求解模块1014包括电力系统储能配置装置1000的各模块。
该第二获取模块1102，用于当储能节点数量未知时，获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值nmax。
该多次求解模块1104，用于当n∈[1,nmax]时，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)。
该选择模块1106，用于最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000216
对应的n为储能节点数量，最小成本目标值
Figure GDA0003002949220000217
对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。
关于电力系统储能配置装置的具体限定可以参见上文中对于电力系统储能配置方法的限定，在此不再赘述。上述电力系统储能配置装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电力系统储能配置方法。
本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力系统储能配置方法，其特征在于，所述方法包括：
建立储能配置模型，所述储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；所述成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；所述约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束；
建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；
获取电力系统中各台同步发电机组的切机功率；
根据各个同步发电机组的切机功率、所述频率约束和所述频率偏差-切机功率-装机功率关系，计算所述电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；
将所述电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入所述储能配置模型，求解满足所述约束条件的储能配置方案，选择使所述成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；所述储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案；
其中，所述同步发电机组装机功率约束是指同步发电机组的初始有功功率与同步发电机组增发的有功功率之和不超过同步发电机组的装机功率；所述储能节点装机功率约束是指储能节点的增发有功功率不超过储能节点的装机功率；所述线路负载约束是指电力系统中各支路的功率不超过电力系统所允许的最大功率；
所述潮流等式约束包括：
Figure FDA0003831447990000011
其中，A为系统的节点支路关联矩阵；Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量；
Figure FDA0003831447990000012
为同步发电机组k切机时节点注入有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000013
为同步发电机组k切机时发电机有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000014
为同步发电机组k切机时除同步发电机组k外，其他同步发电机组增发有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000015
为同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率列向量；PL0为节点有功负荷需求列向量；
Figure FDA0003831447990000016
为同步发电机组k切机时节点负荷变化量列向量；
所述频率约束包括：
Figure FDA0003831447990000021
其中，Δfk为同步发电机组k切机时系统频率偏差的最大值；
Figure FDA0003831447990000022
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；Δfmaxset为系统允许的最大频率偏差；
所述建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系包括：
基于下垂控制方式，确定储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系；
基于同步发电机组一阶简化模型，确定同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系；
基于同步发电机组经典摇摆方程构建系统故障时频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率、同步发电机组切机功率之间的初始关系模型；
将得到的所述储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系、所述同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系代入所述初始关系模型中，得到同步发电机组切机时，电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能节点总成本包括储能节点的功率成本和储能节点的容量成本；所述扩建线路成本包括扩建线路单位长度成本与扩建线路总长度的乘积。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步发电机组装机功率约束包括：
Figure FDA0003831447990000023
其中，PGl0为同步发电机组l初始有功功率；
Figure FDA0003831447990000024
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；PGl,max为系统设定同步发电机组l的装机功率；
所述储能节点装机功率约束包括：
Figure FDA0003831447990000031
其中，
Figure FDA0003831447990000032
为同步发电机组k切机时储能节点i的增发有功功率；PEi为储能节点i的装机功率；
所述线路负载约束包括：
Figure FDA0003831447990000033
其中，j为输电线支路编号；
Figure FDA0003831447990000034
为同步发电机组k切机时支路j的有功功率；Pj,maxset为系统允许支路j传输有功功率的上限值；
Figure FDA0003831447990000035
为支路j扩建数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系为：
Figure FDA0003831447990000036
其中，
Figure FDA0003831447990000037
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；KEi为储能节点i的功率-频率响应系数；PEi为储能节点i的装机功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差；
所述同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系为：
Figure FDA0003831447990000038
其中，TG为储能的调速器时间常数；PGl0为同步发电机组l的初始有功功率；KGl为同步发电机组l的功率-频响应系数；
Figure FDA0003831447990000039
为同步发电机组k切机时同步发电机组l增发的有功功率；Δfk为同步发电机组k切机时电力系统频率偏差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入所述储能配置模型，求解满足所述约束条件的储能配置方案，选择使所述成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案包括：
确定电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点的数量；
电力系统中各台同步发电机组切机时，分别将电力系统中各支路传输功率上限值、电力系统中各台同步发电机组的装机功率、储能节点数量以及该台同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入储能配置模型的约束条件中，得到每台同步发电机组切机时满足所述约束条件的储能配置方案集合
Figure FDA0003831447990000041
其中ng为电力系统中同步发电机组的数量；
从所述电力系统中各台同步发电机组切机时满足约束条件的储能配置方案集合中选择能够同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案集合{PlanA,PlanB,…}，其中
Figure FDA0003831447990000042
满足
Figure FDA0003831447990000043
Figure FDA0003831447990000044
将同时满足各台同步发电机组切机时约束条件的储能配置方案分别代入成本目标函数中，计算得到若干成本目标值，最小的成本目标值对应的储能配置方案为最终选定的电力系统储能配置方案。
6.据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述储能配置模型的约束条件还包括节点最大储能功率约束：
所述节点最大储能功率约束包括：
Figure FDA0003831447990000045
其中，N为系统节点数量；n为储能节点数量；PEq为节点q的储能装机功率；PEqmax为节点q允许装设的最大储能功率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当储能节点数量未知时，获得电力系统允许设置储能节点数量n的最大值nmax；
当n∈[1,nmax]时，分别建立储能配置模型，得到对应的储能配置方案和成本目标值(Plann,Cn)；
最小成本目标值
Figure FDA0003831447990000046
对应的n为储能节点数量，最小成本目标值
Figure FDA0003831447990000047
对应的储能配置方案为选定的电力系统储能配置方案。
8.一种电力系统储能配置装置，其特征在于，所述装置包括：
模型建立模块，用于建立储能配置模型，所述储能配置模型包括成本目标函数和约束条件；所述成本目标函数包括储能节点总成本和扩建线路成本；所述约束条件包括潮流等式约束、同步发电机组装机功率约束、储能节点装机功率约束、线路负载约束和频率约束；
关系确定模块，用于基于虚拟下垂控制，建立电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率之间的关系，得到频率偏差-切机功率-装机功率关系；
第一获取模块，用于获取电力系统中各个同步发电机组的切机功率；
计算模块，用于根据各个同步发电机组的切机功率、所述频率约束条件和所述电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系，计算电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率；
求解模块，用于将所述电力系统中每一个同步发电机组切机时维持系统频率稳定的最小储能功率代入所述储能配置模型，求解满足所述约束条件的储能配置方案，选择使所述成本目标函数最小的储能配置方案作为最终选定的储能配置方案；所述储能配置方案包括储能节点分布、储能节点装机功率以及输电线扩建方案；
其中，所述同步发电机组装机功率约束是指同步发电机组的初始有功功率与同步发电机组增发的有功功率之和不超过同步发电机组的装机功率；所述储能节点装机功率约束是指储能节点的增发有功功率不超过储能节点的装机功率；所述线路负载约束是指电力系统中各支路的功率不超过电力系统所允许的最大功率；
所述潮流等式约束包括：
Figure FDA0003831447990000051
其中，A为系统的节点支路关联矩阵；Pk为同步发电机组k切机时系统支路功率列向量；
Figure FDA0003831447990000052
为同步发电机组k切机时节点注入有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000053
为同步发电机组k切机时发电机有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000061
为同步发电机组k切机时除同步发电机组k外，其他同步发电机组增发有功功率列向量；
Figure FDA0003831447990000062
为同步发电机组k切机时储能节点增发有功功率列向量；PL0为节点有功负荷需求列向量；
Figure FDA0003831447990000063
为同步发电机组k切机时节点负荷变化量列向量；
所述频率约束包括：
Figure FDA0003831447990000064
其中，Δfk为同步发电机组k切机时系统频率偏差的最大值；
Figure FDA0003831447990000065
为同步发电机组k切机时储能节点i增发的有功功率；Δfmaxset为系统允许的最大频率偏差；
所述关系确定模块具体用于基于下垂控制方式，确定储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系；基于同步发电机组一阶简化模型，确定同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系；基于同步发电机组经典摇摆方程构建系统故障时频率偏差、储能节点增发有功功率、同步发电机组增发有功功率、同步发电机组切机功率之间的初始关系模型；将得到的所述储能节点增发有功功率、储能节点装机功率与电力系统频率偏差的关系、所述同步发电机组增发有功功率、同步发电机组初始有功功率与电力系统频率偏差的关系代入所述初始关系模型中，得到同步发电机组切机时，电力系统频率偏差、同步发电机组切机功率与储能节点装机功率的关系。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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