CN114421508B - 一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能参与电网二次调频控制方法，具体为基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法。首先将系统频率划分为三个区间：次调节区、调节区和紧急调节区；其次确定调频过程中储能效能评估指标，包含成本、收益及性能；根据不同频率区间调节需求，确定各区间效能评估指标权重；最后采用TOPSIS法计算储能评估分数，基于该分数确定各频率区间储能出力。本发明确定的方法考虑到不同信号扰动产生的频率波动差异，提供一种全面的储能调频效能评估体系，可以根据频率波动及时调整储能出力，实现系统频率稳定控制。
Description
技术领域
本发明涉及电网自动发电控制(AGC)领域，具体为一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法。
背景技术
以新能源为主体的新型电力系统具有惯性低、不确定性高等特性，对系统频率稳定问题提出新的挑战。造成电力系统频率波动的扰动分为大扰动和小扰动，小扰动对系统危害较小，通过一定手段可使频率保持或恢复到允许范围内；大扰动使系统发生很大的状态偏移和振荡，严重将导致系统崩溃。为应对各类扰动，储能的调节具有显著优势，可以调节电力供需平衡、维持电网稳定运行。因此，提出一种储能参与电网调频的高效控制方法、充分挖掘储能调频潜力具有重要意义。
目前，已有储能参与电网AGC调节的方法包括：对扰动信号进行一系列变换后进行高低频分解，依据储能快速响应特性，由储能承担高频信号；或者将扰动信号变换为调频需求信号后，按储能容量动态分配。但扰动信号将产生不同程度的频率波动，不同程度的频率波动产生的调节需求也不尽相同，用统一控制方法无法获取最优的调节效果；同时储能在调节过程中将产生不同程度的损耗、收益等，现有方法没有考虑其对控制结果的影响。因此，为体现不同扰动信号产生的调节需求差异以及储能效能对调节效果的差异，提出一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法，当频率偏差较小时以经济性调节为主，当频率偏差位于中等区间时兼顾经济与性能调节，在频率偏差较大时以频率快速恢复为主，可实现具有不同调频效果的储能与不同频率区间的调频需求匹配控制。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法。
本发明提出一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法，包括以下步骤：
步骤一：划分系统频率状态区间。考虑到不同扰动信号产生的频率偏差有很大差别，当系统频率处于不同范围时调节需求差别也较大，为满足各频率下的调频需求、发挥储能二次调频快速无差调节优势，实现电网频率完全稳定，将系统频率划分为三个区间，分别为次调节区、调节区和紧急调节区。当系统频率处于 49.8Hz～50.2Hz范围时为次调节区；当系统频率处于49.6Hz～49.8Hz或 50.2Hz～50.4Hz范围时为调节区；当系统频率大于等于50.4Hz或小于等于49.6Hz 时，为紧急调节区。
步骤二：确定调频过程中的储能效能评估体系。为明确储能在调频过程中的调频性能优劣，需制定较为全面的储能评估体系，用于制定合理的控制方法，应对不同频率区间波动。
所述储能效能评估体系包括成本型指标(能量损耗成本寿命衰减成本)、性能型指标(响应速度/>响应精度/>荷电状态恢复程度/>) 以及收益型指标(调频收益IE.i)，如下：
式中，ce为上网电价；分别为第i个储能在t时刻的充放电功率；分别为其充放电效率；/>分别为其额定容量和额定功率；/>分别为其单位功率成本和100％充放电深度下的等效循环次数；kp为常数。ΔPE.i.z为其在第z个指令周期起始和结束时刻出力差值；v0、ez分别为标准调节速率和调节精度，由储能类型决定；eE.i.z为实际调节精度；Pz为第z个调节指令，PE,i(t)为t时刻分散储能的出力，有为分散储能的理想SOC；Ssoc.Ei.z为实际SOC；DE.i.z为调节深度，upf为标准补偿费用；
步骤三：采用TOPSIS法对储能效能评估指标聚类：通过聚类计算储能的综合评分，明确储能调节过程中对系统的贡献，指导后续不同区间频率下储能的调用。其一般步骤如下：
1)对m个储能的6个指标列评估矩阵，根据指标特征选择统一方法，作正向化处理。矩阵正向化即将所有指标类型统一为极大型指标，上述性能型和经济型指标均为极大型指标，无需再进行转化；上述成本型指标为极小型指标，需转化为极大型指标，如下：
xij′＝max{x1j,x2j,...,xmj}-xij j＝1,2
xij′＝xij j＝3,4,5,6
式中，xij为第i个储能的第j个指标，xij′为第i个储能的第j个指标正向化后的结果。
2)矩阵标准化处理。上述正向化后的指标矩阵如下：
对其标准化处理后的矩阵记为Z，Z中的每个元素为：
3)确定不同频率区间下储能效能评估指标权重。根据不同频率区间特征及需求，改变评估指标的权重，获得该区域频率下的储能打分结果，具体如下：假设成本型、性能型、经济型指标权重分别为ωc、ωp、ωe，次调节区频率偏差最小，该区以实现经济调节为主，经济型指标与成本型指标权重最大，ωe＝ωc＞＞ωp；调节区频率波动较大，该区需进行频率有效调节，兼顾调节性能与调节经济性，成本型、经济型与性能型指标权重相当，ωe＝ωc＝ωp；紧急调节区频率波动最大，该区需进行频率高效调节，以频率尽快恢复为主，性能型指标权重最大，ωe＝ωc＜＜ωp。在所有频率区间下都有：能量损耗成本与寿命衰减成本指标权重相同，均为ωc/2；响应速度、响应精度、荷电状态恢复程度三个指标权重相同，均为ωp/3；所有指标权重和为1，即ωe+ωc+ωp＝1。
4)寻找最优和最劣方案，计算距离及各方案得分。其中计算距离如下：
式中，Z+为标准化矩阵最大值，Z-为标准化矩阵最小值，为第i个储能到最大值距离，/>为第i个储能到最小值距离，Scorei为第i个储能评分。
步骤四：确定各频率区间下储能出力。根据上述各频率区间的指标权重，计算储能效能评估分数，并基于效能评估分数确定各储能出力，以实现在不同频率范围下储能高效调用。其思路为，经济性好的储能在次调节区被更多地调用，实现系统经济性进一步提升；综合效能最好的储能在调节区被更多地调用，兼顾调节成本与调节性能；调频性能优的储能在紧急调节区被更多地调用，加快系统频率稳定。若m个储能在次紧急调节区评估得分分别为 在调节区评估得分分别为/>在紧急调节区评估得分分别为/>则各储能在不同分区频率下出力为：
其中，分别为次调节区、调节区、紧急调节区的调频需求。
本发明的特点及有益效果在于：本发明设计的储能效能评估体系及指标权重，体现了不同扰动信号产生的频率偏差，以及对调节需求的差异。根据本发明优化得到的储能效能评估结果，可以引导系统处于不同频率区间时对具有不同调节效果储能的高效调用，有效提高电网运行经济性与稳定性，实现储能调频潜力最大限度发挥。同时，储能效能评估指标明确了调节过程中各储能对系统的贡献差异，有助于在调频市场中对其进行考核。
附图说明
图1为实施例频率分区及各区储能效能评估指标权重示意图。
图2为实施例中的TOPSIS法流程图。
图3为实施例中的各分区频率下储能二次调频控制结果。
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适用范围。
步骤一：划分系统频率状态区间。考虑到不同扰动信号产生的频率偏差有很大差别，当系统频率处于不同范围时调节需求差别也较大，为满足各频率下的调频需求、发挥储能二次调频快速无差调节优势，实现电网频率完全稳定，将系统频率划分为三个区间，分别为次调节区、调节区和紧急调节区。当系统频率处于 49.8Hz～50.2Hz范围时为次调节区；当系统频率处于49.6Hz～49.8Hz或 50.2Hz～50.4Hz范围时为调节区；当系统频率大于等于50.4Hz或小于等于49.6Hz 时，为紧急调节区。如附图1所示。
步骤二：确定调频过程中的储能效能评估体系。为明确储能在调频过程中的调频性能优劣，需制定较为全面的储能评估体系，用于制定合理的控制方法，应对不同频率区间波动。
所述储能效能评估体系包括成本型指标(能量损耗成本寿命衰减成本)、性能型指标(响应速度/>响应精度/>荷电状态恢复程度/>) 以及收益型指标(调频收益IE.i)，如下：
式中，ce为上网电价；分别为第i个储能在t时刻的充放电功率；/> 分别为其充放电效率；/>分别为其额定容量和额定功率；/>分别为其单位功率成本和100％充放电深度下的等效循环次数；kp为常数。ΔPE.i.z为其在第z个指令周期起始和结束时刻出力差值；v0、ez分别为标准调节速率和调节精度，由储能类型决定；eE.i.z为实际调节精度。Pz为第z个调节指令，PE,i(t) 为t时刻分散储能的出力，有为分散储能的理想SOC； Ssoc.Ei.z为实际SOC。DE.i.z为调节深度，upf为标准补偿费用。对上述所有指标进行一个控制周期内平均，以控制周期为单位进行效能评估。
步骤三：采用TOPSIS法对储能效能评估指标聚类。通过聚类计算储能的综合评分，明确储能调节过程中对系统的贡献，指导后续不同区间频率下储能的调用。其一般步骤如附图2所示，具体如下：
1)对m个储能的6个指标列评估矩阵，根据指标特征选择统一方法，作正向化处理。矩阵正向化即将所有指标类型统一为极大型指标，上述性能型和经济型指标均为极大型指标，无需再进行转化；上述成本型指标为极小型指标，需转化为极大型指标，如下：
xij′＝max{x1j,x2j,...,xmj}-xij j＝1,2
xij′＝xij j＝3,4,5,6
式中，xij为第i个储能的第j个指标，xij′为第i个储能的第j个指标正向化后的结果。
2)矩阵标准化处理。上述正向化后的指标矩阵如下：
对其标准化处理后的矩阵记为Z，Z中的每个元素为：
3)确定不同频率区间下储能效能评估指标权重。根据不同频率区间特征及需求，改变评估指标的权重，获得该区域频率下的储能打分结果，具体如下：假设成本型、性能型、经济型指标权重分别为ωc、ωp、ωe，次调节区频率偏差最小，该区以实现经济调节为主，经济型指标与成本型指标权重最大，ωe＝ωc＞＞ωp；调节区频率波动较大，该区需进行频率有效调节，兼顾调节性能与调节经济性，成本型、经济型与性能型指标权重相当，ωe＝ωc＝ωp；紧急调节区频率波动最大，该区需进行频率高效调节，以频率尽快恢复为主，性能型指标权重最大，ωe＝ωc＜＜ωp。在所有频率区间下都有：能量损耗成本与寿命衰减成本指标权重相同，均为ωc/2；响应速度、响应精度、荷电状态恢复程度三个指标权重相同，均为ωp/3；所有指标权重和为1，即ωe+ωc+ωp＝1。指标权重与频率分区对应关系见附图1。
4)寻找最优和最劣方案，计算距离及各方案得分。其中计算距离如下：
式中，Z+为标准化矩阵最大值，Z-为标准化矩阵最小值，为第i个储能到最大值距离，/>为第i个储能到最小值距离，Scorei为第i个储能评分。
步骤四：确定各频率区间下储能出力。根据上述各频率区间的指标权重，计算储能效能评估分数，并基于效能评估分数确定各储能出力，以实现在不同频率范围下储能高效调用。其思路为，经济性好的储能在次调节区被更多地调用，实现系统经济性进一步提升；综合效能最好的储能在调节区被更多地调用，兼顾调节成本与调节性能；调频性能优的储能在紧急调节区被更多地调用，加快系统频率稳定。若m个储能在次紧急调节区评估得分分别为 在调节区评估得分分别为/>在紧急调节区评估得分分别为/>则各储能在不同分区频率下出力为：
其中，分别为次调节区、调节区、紧急调节区的调频需求。
具体实施时，以含3个不同类型储能区域电网进行仿真；次调节区调频收益、能量损耗成本、寿命衰减成本、响应速度、响应精度、荷电状态恢复程度权重分别为0.35、0.175、0.175、0.1、0.1、0.1；调节区各指标权重均为1/6；紧急调节区各指标权重分别为0.1、0.05、0.05、0.8/3、0.8/3、0.8/3。各分区频率下各储能效能评估得分及排名如表1所示：
表1
各储能出力优化结果如附图3所示。
Claims (2)
1.一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：划分系统频率状态区间：将系统频率划分为三个区间，分别为次调节区、调节区和紧急调节区；
步骤二：确定调频过程中的储能效能评估体系：为明确储能在调频过程中的调频性能优劣，制定储能评估体系，用于制定合理的控制方法，应对不同频率区间波动；
所述储能效能评估体系包括成本型指标：能量损耗成本寿命衰减成本性能型指标：响应速度/>响应精度/>荷电状态恢复程度/>以及经济型指标：调频收益IE.i，如下：
式中，ce为上网电价；分别为第i个储能在t时刻的充放电功率；/>分别为其充放电效率；/>分别为其额定容量和额定功率；/>分别为其单位功率成本和100％充放电深度下的等效循环次数；kp为常数；ΔPE.i.z为其在第z个指令周期起始和结束时刻出力差值；v0、ez分别为标准调节速率和调节精度，由储能类型决定；eE.i.z为实际调节精度；Pz为第z个调节指令，PE,i(t)为t时刻分散储能的出力，有 为分散储能的理想SOC；Ssoc.Ei.z为实际SOC；DE.i.z为调节深度，upf为标准补偿费用；
步骤三：采用TOPSIS法对储能效能评估指标聚类：通过聚类计算储能的综合评分，明确储能调节过程中对系统的贡献，指导后续不同区间频率下储能的调用，其步骤如下：
1)对m个储能的6个指标列评估矩阵，根据指标特征选择统一方法，作正向化处理；如下：
xij′＝max{x1j,x2j,...,xmj}-xij j＝1,2
xij′＝xij j＝3,4,5,6
式中，xij为第i个储能的第j个指标，xij′为第i个储能的第j个指标正向化后的结果；
2)矩阵标准化处理：上述正向化后的指标矩阵如下，对其标准化处理后的矩阵记为Z，Z中的每个元素为：
3)确定不同频率区间下储能效能评估指标权重：根据不同频率区间特征及需求，改变评估指标的权重，获得该区域频率下的储能打分结果，具体如下：假设成本型、性能型、经济型指标权重分别为ωc、ωp、ωe，次调节区频率偏差最小，该区以实现经济调节为主，经济型指标与成本型指标权重最大，ωe＝ωc＞＞ωp；调节区频率波动较大，该区需进行频率有效调节，兼顾调节性能与调节经济性，成本型、经济型与性能型指标权重相当，ωe＝ωc＝ωp；紧急调节区频率波动最大，该区需进行频率高效调节，以频率尽快恢复为主，性能型指标权重最大，ωe＝ωc＜＜ωp；
4)寻找最优和最劣方案，计算距离及各方案得分：其中计算距离如下：
式中，Z+为标准化矩阵最大值，Z-为标准化矩阵最小值，为第i个储能到最大值距离，为第i个储能到最小值距离，Scorei为第i个储能评分；
步骤四：确定各频率区间下储能出力：根据上述各频率区间的指标权重，计算储能效能评估分数，并基于效能评估分数确定各储能出力，以实现在不同频率范围下储能高效调用，pE.i＝ScoreiPE，PE调频需求。
2.根据权利要求1所述的一种基于频率分区效能评估的储能二次调频控制方法，其特征在于：当系统频率处于49.8Hz～50.2Hz范围时为次调节区；当系统频率处于49.6Hz～49.8Hz或50.2Hz～50.4Hz范围时为调节区；当系统频率大于等于50.4Hz或小于等于49.6Hz时，为紧急调节区。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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