CN113471995B - 一种提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法 - Google Patents

一种提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，公开了一种基于改进平均值法提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，包括如下步骤：采用基于电力系统频率和电压稳定性的新能源电站准入功率计算方法，综合考虑系统负荷曲线、新能源出力波动性等因素，评估符合电网频率和电压波动标准的极限准入容量；从额定功率和额定容量两方面，提出考虑置信度的平均值法确定储能系统额定功率；根据储能系统额定功率，最终确定储能电池的额定容量。与现有技术相比，本发明弥补了采用平均值法配置储能的技术性问题，提升区域电网对高比例新能源发电的接纳能力，同时提升区域电网的频率稳定性。

Description

一种提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种基于改进平均值法提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法。
背景技术
目前，中国在联合国大会上提出了“双碳”目标。在“双碳”目标下，促进能源结构向新能源转型将成为电力系统发展的重点。中国明确提出到2030年风电、光伏发电总装机容量将达12亿kW以上。由于新能源发电出力的波动性与随机性，其渗透率不断提升也给电力系统安全运行造成了严峻的挑战，严重时将带来频率和电压越限等问题。
为保证区域电网的频率稳定性和电压稳定性，新能源准入功率的概念被提出，即保证区域电网安全运行的新能源极限功率。并且我国新能源并网相关标准《风电场接入电力系统技术规定》和《光伏发电站接入电力系统技术规定》均要求了新能源电站应具备参与电力系统一次调频的能力，进一步保证新能源上网发电的安全稳定问题。
随着越来越多的新能源电站建设，研究重点从约束新能源准入功率转到了提高准入功率。储能系统具有响应快速、控制灵活、运行稳定和不受新能源机组运行状态约束的特性。因此，在新能源场站配置适量的容量型储能设备，可以提高新能源场站的发电量，并且提高新能源电站的有功响应能力。目前新能源电站采用混合储能的方式以取得了良好的应用效果，即功率型储能配合能量型储能。由于储能成本较高，在满足新能源场站调节需求的同时，合理配置储能容量具有至关重要性。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于改进平均值法提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，弥补了采用平均值法配置储能的技术性问题，提升区域电网对高比例新能源发电的接纳能力，同时提升区域电网的频率稳定性。
技术方案：本发明提供了一种基于改进平均值法提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，包括如下步骤：
步骤1：采用基于电力系统频率和电压稳定性的新能源电站准入功率计算方法，综合考虑系统负荷曲线、新能源出力波动性等因素，评估符合电网频率和电压波动标准的极限准入容量；
步骤2：从额定功率和额定容量两方面，提出考虑置信度的平均值法确定储能系统额定功率；
步骤3：根据步骤2确定的储能系统额定功率，最终确定储能电池的额定容量。
进一步地，所述步骤1中评估符合电网频率和电压波动标准的极限准入容量时，不计及储能接入，新能源电站的上网功率应同时满足在下面四种运行工况下，系统安全稳定：
1)系统负荷峰值，系统热备用较少；
2)系统负荷低谷；
3)风光资源不足，新能源上网量不足；
4)风光大发，新能源上网量充足；
新能源电站的准入功率取同时满足四种运行工况时的最大值，表示为PPL，系统安全稳定标准为各节点电压偏差在额定值的±5％内和系统频率偏差在±0.2Hz内。
进一步地，所述步骤2中储能系统的额定功率配置仅考虑最大充电功率，采用考虑置信度的平均值法确定储能系统额定功率的计算方法为：
式中，PES,N为储能系统的额定功率；n为一个调度指令周期内新能源电站采样数；Pab(i)表示第i时刻对应的弃风弃光功率；α为最大充电功率的置信度。
进一步地，所述步骤3中储能电池的额定容量计算方法如下，根据额定功率PES,N，可得到储能电池的实时功率序列，然后按如下方法设计储能电池的额定容量EES,N：
式中，EES,N为储能电池的额定容量；Qsoc,max、Qsoc,min和Qsoc,ref分别为荷电状态的上、下限值及初始荷电状态；ΔT为功率指令时间间隔，Qsoc,k为第k时刻储能的荷电状态，
有益效果：
本发明弥补了采用平均值法配置储能的技术性问题，提升区域电网对高比例新能源发电的接纳能力，同时提升区域电网的频率稳定性。
附图说明
图1为新能源高比例地区配置储能的流程图；
图2为某实际电网的结构图；
图3为四种工况下系统频率电压即将越限示意图；
图4是新能源电站的弃电量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是新能源高比例地区配置储能的流程图。本发明公开的一种基于改进平均值法提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，首先采用基于电力系统频率和电压稳定性的新能源电站准入功率计算方法，综合考虑系统负荷曲线、新能源出力波动性等因素，评估区域电网接入新能源的极限准入容量。然后，从额定功率和额定容量两方面提出储能系统的配置方法，考虑到新能源场站的有功响应速度和弃风弃光量，提出考虑置信度的平均值法储能容量配置方法。
以图2某实际电网的结构，包含6座发电厂，其中B1母线上接入风电场为例进行说明。
下面，通过分析该系统的暂态稳定性来计算风电场准入功率极限时要综合考虑系统负荷曲线、新能源出力波动性等因素的影响，即满足下列四种工况下，系统频率和母线电压稳定性要求。
①系统工况1：在系统负荷最高点处，此工况下系统接入975MW负荷。在这种情况下，系统热备用较少。如果在很短的时间内风速由额定值减小至零风速，则风电场的有功功率会在短时间内由最大输出功率降为零；如果此时热备用发电容量较少，有功缺额将使系统频率和电压越限。
②系统工况2：在系统负荷最低点处，此工况下，系统接入630MW负荷。在这种情况下，风速如果在很短时间内由零风速增至额定风速，风电场的有功功率将会在短时间内由零增加到最大输出功率，此时若发电机有功调节能力较差，则系统中产生的有功增量将对系统的稳定运行产生较大影响。
③系统工况3：此工况下系统接入725MW负荷，风光资源不足导致新能源上网量不足，将导致系统频率和电压越下限。
④系统工况4：此工况下系统接入725MW负荷，风光大发导致新能源上网量充足，将导致系统频率和电压越上限。
不计及储能接入，新能源电站的上网功率应同时满足在上述四种系统运行工况下的系统安全稳定。系统安全稳定标准制定为各节点电压偏差在额定值的±5％内和系统频率偏差在±0.2Hz内。
图3是四种工况下系统频率电压即将越限的示意图。表1是四种运行工况下新能源机组的准入容量。
表1四种运行工况下新能源机组的准入容量
系统运行工况 新能源准入容量 越限情况
工况1 37MW 频率即将越下限
工况2 80MW 电压即将越上限
工况3 50MW 频率即将越下限
工况4 58MW 电压即将越上限
为保证新能源最大上网量，新能源电站的准入功率取同时满足四种运行工况时的最大值。
图4是新能源电站的弃电量。在新能源场站配置适量的容量型储能设备，可以提高新能源场站的发电量，减少弃风弃光量。对于储能系统配置包括两个方面：储能系统额定功率配置及容量配置，这里采用考虑置信度的平均值法协调储能配置的经济性和技术性。
(1)储能系统额定功率配置
在配置储能系统额定功率时，考虑在提高弃风弃光利用率的同时，减少系统的投资成本。在配置储能系统额定功率时，需考虑储能接入系统的最大充放电功率。储能系统的最大充电功率考虑采用弃风弃光功率的平均值，平均值法定义为一个指令周期T内弃风弃光功率的平均值。储能放电用于支撑风电机组的快速调频性能，对储能放电过程考虑能快速响应频率变化。综上所示，储能系统的额定功率配置仅考虑最大充电功率。
考虑到仅采用平均值法计算储能系统额定功率，该方法的技术性有所欠缺，此处采用考虑置信度的平均值法协调储能配置的经济性和技术性，储能系统额定功率的计算方法为
式中，PES,N为储能系统的额定功率；n为一个调度指令周期内新能源电站采样数；Pab(i)表示第i时刻对应的弃风弃光功率；α为最大充电功率的置信度。
(2)储能系统额定容量配置
假设储能电池的额定容量为EES,N，根据额定功率PES,N，可得到储能电池的实时功率序列，然后按如下方法设计EES,N。引入储能荷电状态Qsoc，第k时刻储能的荷电状态Qsoc,k如式(2)所示。
式中，EES,N为储能电池的额定容量；Qsoc,max、Qsoc,min和Qsoc,ref分别为荷电状态的上、下限值及初始荷电状态；ΔT为功率指令时间间隔。化简上式得：
其中，
下面设置四种置信度，计算储能配置情况以及配置储能的经济性和技术性。弃电量消纳量定义为储能完全消纳弃电量的时刻数与新能源电站采样数n的比值，储能安装成本按照实际工程测算的单位安装成本计算。表2表示不同置信度下的储能配置情况。
表2不同置信度下储能配置情况
由表中的数据分析可得，储能可以减少新能源地区弃电量和提高区域电网频率稳定性，且置信度设置越小，配置储能的经济成本越高，但储能配置的技术性越好。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明权利要求所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用基于电力系统频率和电压稳定性的新能源电站准入功率计算方法，综合考虑系统负荷曲线、新能源出力波动性因素，评估符合电网频率和电压波动标准的极限准入容量；
步骤2：从额定功率和额定容量两方面，提出考虑置信度的平均值法确定储能系统额定功率；采用考虑置信度的平均值法确定储能系统额定功率的计算方法为：
式中，PES,N为储能系统的额定功率；n为一个调度指令周期内新能源电站采样数；Pab(i)表示第i时刻对应的弃风弃光功率；α为最大充电功率的置信度；
步骤3：根据步骤2确定的储能系统额定功率，最终确定储能电池的额定容量。
2.根据权利要求1所述的提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，其特征在于，所述步骤1中评估符合电网频率和电压波动标准的极限准入容量时，不计及储能接入，新能源电站的上网功率应同时满足在下面四种运行工况下，系统安全稳定：
1)系统负荷峰值，系统热备用较少；
2)系统负荷低谷；
3)风光资源不足，新能源上网量不足；
4)风光大发；
新能源电站的准入功率取同时满足四种运行工况时的最大值，表示为PPL，系统安全稳定标准为各节点电压偏差在额定值的±5％内和系统频率偏差在±0.2Hz内。
3.根据权利要求1所述的提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法，其特征在于，所述步骤3中储能电池的额定容量计算方法如下，根据额定功率PES,N，可得到储能电池的实时功率序列，然后按如下方法设计储能电池的额定容量EES,N：
式中，EES,N为储能电池的额定容量；Qsoc,max、Qsoc,min和Qsoc,ref分别为荷电状态的上、下限值及初始荷电状态；ΔT为功率指令时间间隔，Qsoc,k为第k时刻储能的荷电状态，
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