CN115065084A - 一种储能系统跟踪风电计划出力的控制方法 - Google Patents

一种储能系统跟踪风电计划出力的控制方法 Download PDF

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CN115065084A
CN115065084A CN202210895041.6A CN202210895041A CN115065084A CN 115065084 A CN115065084 A CN 115065084A CN 202210895041 A CN202210895041 A CN 202210895041A CN 115065084 A CN115065084 A CN 115065084A
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罗隆福
杨京渝
欧阳志国
马芳
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Hunan Huada Electrician Hi Tech Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种储能系统跟踪风电计划出力的控制方法，包括：根据研究地区的风电特性与负荷需求之间的时序关系，确定风电场储能系统的充电区间段和放电区间段；在充电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力上限值之间的向上偏差为控制目标，储能系统以修正向上偏差为目标充电或不动作；在放电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力下限值之间的向下偏差为控制目标，储能系统以修正向下偏差为目标放电或不动作；结合储能系统的容量和充放电功率约束，对储能系统的充电功率或放电功率实时进行调整。本发明可以提高谷时段风电消纳能力，可以减少风电场储能系统的充放电次数和充放电深度，提高储能使用寿命。

Description

一种储能系统跟踪风电计划出力的控制方法
技术领域
本发明涉及风储联合发电系统控制技术领域，具体涉及一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力的控制方法。
背景技术
当前，风力发电是加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系以及持续推进碳减排发展战略的重要组成之一，而风电功率的波动性和随机性给电网的安全稳定运行带来了巨大的冲击和影响。为保障整个电力系统的安全稳定运行，促进新能源与传统能源的发展，国家制定了风力发电运行管理相应的技术标准与行业规范。对风电功率预测误差、功率波动等方面做了相应的规定和考核标准。利用储能系统配合风电运行，是改善风力发电特性对并网影响的有效手段，促进大规模风电的并网消纳。
储能系统仅参与跟踪风电计划出力为单一场景的控制，增加了储能系统的充放电次数，缩短了电池的使用寿命，同时不能有效解决负荷低谷时段风电消纳问题。以只考虑控制效果或电池寿命为单一的优化目标，难以在跟踪效果与储能使用寿命之间找到一个较好的平衡，从而影响风储系统整体的经济性与竞争力。风电具有明显的反调峰特性，以提高风电跟踪发电计划为单一目标的控制策略，不能有效提高负荷低谷时段风电消纳以及减少弃风电量等问题，风电场储能运营主体效益不明显。
发明内容
为解决风储联合发电系统提高谷时段风电消纳的同时能跟踪风电曲线的技术问题，本发明提供一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力的控制方法。
本发明采用如下技术方案：
一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力的控制方法，包括：
根据风电场研究地区的风电特性与负荷需求之间的时序关系，确定风电场储能系统在一个调度周期内的充电区间段和放电区间段；
在充电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力上限值之间的向上偏差为控制目标，储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作；
在放电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力下限值之间的向下偏差为控制目标，储能系统以修正向下偏差为目标进行放电或不动作；
结合储能系统的容量约束、充放电功率约束，进一步对储能系统的充电功率或放电功率实时进行调整。
为保证储能系统在充电时段有足够的风电消纳能力，储能系统SOC在放电区间结束时刻应减少到下限值。具体地：
在放电区间段，将储能系统的实时荷电状态
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
与荷电状态下限
Figure DEST_PATH_IMAGE002
进 行比较，若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
，则调整储能系统以放电功率下限
Figure DEST_PATH_IMAGE004
作 为当前时刻
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
至结束时刻
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
的放电功率进行放电；其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
表示放电区间段的结束时刻，
Figure 810695DEST_PATH_IMAGE005
为当前时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为储能系统的额定容量；从而使储能系统电量在放电区间结束时刻达到 最小值；
在充电区间段，将储能系统的实时荷电状态
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
与荷电状态上限
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
进行比较，若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
，则调整储能系统以充电功率上限
Figure DEST_PATH_IMAGE012
作为当前时刻
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
至结束时刻
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
的充电功率进行充电；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示充电区间段的结束时 刻。使储能系统电量在充电区间结束时刻达到最大值，以应对接下来的负荷高峰。
作为优选，在充电区间段，若风电场向电网输电存在限电指令，则储能系统的充电功率为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
（1）
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
为风电场在i时刻的实际风电功率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
为储能系统的充电功 率，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为自动发电控制在i时刻限电指令所对应的限电功率；
若风电场向电网输电不存在限电指令，则储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作，具体地：
首先计算实际风电功率与计划出力之间的偏差：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为风电场在
Figure 680474DEST_PATH_IMAGE005
时刻的计划出力，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
为实际风电功率与计划出力 之间在
Figure 649567DEST_PATH_IMAGE013
时刻的偏差；
然后，将偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE023
与计划出力向上偏差阈值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
进行比较；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
为偏差阈值 设置系数；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
，则以
Figure DEST_PATH_IMAGE027
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
的差值功率，即向上偏差功 率，对储能系统进行充电：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
（3）
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
，则储能系统不动作，即
Figure DEST_PATH_IMAGE031
。
作为优选，在放电区间段，储能系统以修正向下偏差为目标进行放电或不动作，具体地：
首先计算实际风电功率与计划出力之间的偏差：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为风电场在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
时刻的计划出力，
Figure 460397DEST_PATH_IMAGE027
为实际风电功率与计划出力 之间在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
时刻的偏差；
然后，将偏差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
与计划出力向下偏差阈值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
进行比较；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
，则以
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
的差值功率，即向下偏差 功率，对储能系统进行放电：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
（4）
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
为储能系统的放电功率；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
，则储能系统不动作，即
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
。
作为优选，储能系统的实时荷电状态
Figure 792022DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
（7）
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
为储能系统的充电效率，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为储能系统的放电效率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
时 表示充电功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
时表示放电功率；且任意时刻
Figure 967788DEST_PATH_IMAGE005
的荷电状态和充放电功率满足 以下不等式约束：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
（8）
Figure DEST_PATH_IMAGE051
（9）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
（10）
其中，式（8）为荷电状态约束，式（9）为充电功率约束，式（10）为放电功率约束，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
为控制时间间隔，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
表示储能系统的充电功率上限，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为储能放电功率下限。
有益效果
制约风电消纳的一个重要原因是风电的反调峰特性，而其本质是电网向下调峰的瓶颈出现在负荷低谷期，而在负荷高峰时段则拥有充足的负备用容量来吸收风电功率。采用储能系统将负荷高峰期电网的部分负备用容量转移到低谷期，可改善系统负备用不足的现状来松弛电网调峰瓶颈以及由此造成的弃风问题。将储能系统划分为固定的充电和放电时段，在负荷低谷期进行充电，高峰期进行放电，促进谷时段风电消纳和减少弃风。同时，在充电区间以修正实际风电功率向上偏差为目标存储电量；在放电区间以修正实际风电功率向下偏差为目标释放电量，以此来减少风电功率计划偏差。因此，本发明在提高风电场跟踪计划出力的情况下，减少了储能系统的充放电次数和电池电能的充放电深度，提高风电场内储能系统使用寿命，同时具备对能量的时空平移能力，能促进谷时段风电消纳和减少弃风电量，有效提升了风储系统的市场竞争力。
附图说明
图1是本申请实施例所述方法的流程图；
图2是本申请实施例所述的风储联合出力曲线；
图3是本申请实施例所述的储能系统输出功率曲线；
图4是本申请实施例所述的储能系统SOC曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力控制方法做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力控制方法，包括：
（1）根据风电场研究地区的风电特性与负荷需求之间的时序关系，确定风电场储能系统在一个调度周期内的充电区间段和放电区间段。
（2）在充电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力上限值之间的向上偏差为控制目标，储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作。
若风电场向电网输电存在限电指令，则储能系统的充电功率为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
（1）
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
为风电场在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
时刻的实际风电功率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE059
为储能系统的充电功 率，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
为自动发电控制在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
时刻限电指令所对应的限电功率。
若风电场向电网输电不存在限电指令，则储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作，具体地：
首先计算实际风电功率与计划出力之间的偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为风电场在
Figure DEST_PATH_IMAGE064
时刻的计划出力，
Figure 814390DEST_PATH_IMAGE022
为实际风电功率与计划出力之 间在
Figure DEST_PATH_IMAGE065
时刻的偏差；
然后，将偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE066
与计划出力向上偏差阈值
Figure 569857DEST_PATH_IMAGE024
进行比较；
Figure 896933DEST_PATH_IMAGE025
为偏差阈值 设置系数；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，则以
Figure DEST_PATH_IMAGE068
与
Figure DEST_PATH_IMAGE069
的差值功率，即向上偏差功率， 对储能系统进行充电：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
（3）
若
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，则储能系统不动作，即
Figure DEST_PATH_IMAGE072
。
（3）在放电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力下限值之间的向下偏差为控制目标，储能系统以修正向下偏差为目标进行放电或不动作。
首先，按照与充电区间段相同的方法计算实际风电功率与计划出力之间在
Figure 509180DEST_PATH_IMAGE035
时刻 的偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE073
。然后，将偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE074
与计划出力向下偏差阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE075
进行比较；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，则以
Figure DEST_PATH_IMAGE077
与
Figure DEST_PATH_IMAGE078
的差值功率，即向下偏差功 率，对储能系统进行放电：
Figure DEST_PATH_IMAGE079
（4）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为储能系统的放电功率；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE081
，则储能系统不动作，即
Figure DEST_PATH_IMAGE082
。
（4）为提高谷时段风电消纳能力，结合储能系统的容量约束、充放电功率约束，对储能系统的充电功率或放电功率实时进行调整。
在放电区间段，为保证储能系统在充电时段有足够的风电消纳能力，储能系统SOC 在放电区间结束时刻应减少到下限值。具体实施时，将储能系统的实时荷电状态
Figure 46340DEST_PATH_IMAGE009
与荷电状态下限
Figure DEST_PATH_IMAGE083
进行比较，若满足下面式（5），则调整储能系统以放电功率下限
Figure DEST_PATH_IMAGE084
作为当前时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE085
至结束时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE086
的放电功率进行放电，使储能系统电量在放电区间结 束时刻达到最小值；
Figure DEST_PATH_IMAGE087
（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
表示放电区间段的结束时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为当前时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为储能系统的放电效率，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为储能系统的额定容量；
在充电区间段，将储能系统的实时荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE092
与荷电状态上限
Figure 933394DEST_PATH_IMAGE010
进 行比较，若满足式（6），则调整储能系统以充电功率上限
Figure DEST_PATH_IMAGE093
作为当前时刻
Figure 640275DEST_PATH_IMAGE085
至结束时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE094
的充电功率进行充电：
Figure DEST_PATH_IMAGE095
（6）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
表示充电区间段的结束时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE097
为储能系统的充电效率。
上面储能系统的实时荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE098
，其计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
（7）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
时表示充电，
Figure 954582DEST_PATH_IMAGE049
时表示放电。考虑蓄电池使用寿命和 安全等因素，且任意时刻i的荷电状态和充放电功率满足以下不等式约束：
Figure 854405DEST_PATH_IMAGE050
（8）
Figure 686095DEST_PATH_IMAGE051
（9）
Figure DEST_PATH_IMAGE101
（10）
其中，式（8）为荷电状态约束，式（9）为充电功率约束，式（10）为放电功率约束，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
为控制时间间隔，
Figure DEST_PATH_IMAGE103
表示储能系统的充电功率上限，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
为储能放电功率下限。
下面给出具体实例：
对于本实施例，采用某地区含50MW的风电场配建10MW/20MW·h的电化学储能为测试系统，采样时间为15min，调度周期为72小时，储能系统充放电效率为0.9，SOC上限为0.9，SOC下限为0.1。
为验证本发明所提控制方法的优越性，设置储能系统仅参与跟踪风电计划出力为单一场景的控制策略为对比方案，为叙述方便，简称方案1。本发明所提方法称为方案2。
由图2、图3、图4可知，方案1虽然能够将风储联合系统出力偏差控制在限定范围内，但是大幅度增加了充放电次数，严重影响了电池的使用寿命，而且平移谷时段电量效果最差，不具有减少弃风电量的能力。本发明提出的方法（方案2）在提高跟踪计划出力的情况下，减少了储能系统的充放电次数和电池电能的充放电深度，提高储能使用寿命。同时也具有较好的平移谷时段电量和减少弃风电量的能力。相比于方案1，本发明方法能更好的协调控制效果与储能寿命之间的关系，从而进一步提升了风储系统的竞争力。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种计及谷时段风电消纳的储能系统跟踪风电计划出力的控制方法，其特征在于，包括：
根据风电场研究地区的风电特性与负荷需求之间的时序关系，确定风电场储能系统在一个调度周期内的充电区间段和放电区间段；
在充电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力上限值之间的向上偏差为控制目标，储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作；
在放电区间段，以减少风电场的实际风电功率与计划出力下限值之间的向下偏差为控制目标，储能系统以修正向下偏差为目标进行放电或不动作；
结合储能系统的容量约束、充放电功率约束，进一步对储能系统的充电功率或放电功率实时进行调整；
在放电区间段，将储能系统的实时荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE001
与荷电状态下限
Figure 511166DEST_PATH_IMAGE002
进行比 较，若
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，则调整储能系统以放电功率下限
Figure 693885DEST_PATH_IMAGE004
作为当前时 刻
Figure DEST_PATH_IMAGE005
至结束时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的放电功率进行放电；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示放电区间段的结束时刻，
Figure 270360DEST_PATH_IMAGE008
为当前时 刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为储能系统的额定容量；
在充电区间段，将储能系统的实时荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE010
与荷电状态上限
Figure DEST_PATH_IMAGE011
进行比 较，若
Figure 462307DEST_PATH_IMAGE012
，则调整储能系统以充电功率上限
Figure DEST_PATH_IMAGE013
作为当 前时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE014
至结束时刻
Figure 542259DEST_PATH_IMAGE015
的充电功率进行充电；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示充电区间段的结束时刻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在充电区间段，若风电场向电网输电存在限电指令，则储能系统的充电功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（1）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为风电场在
Figure 161459DEST_PATH_IMAGE019
时刻的实际风电功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为储能系统的充电功率，
Figure 959651DEST_PATH_IMAGE021
为自动发电控制在
Figure 158551DEST_PATH_IMAGE008
时刻限电指令所对应的限电功率；
若风电场向电网输电不存在限电指令，则储能系统以修正向上偏差为目标进行充电或不动作，具体地：
首先计算实际风电功率与计划出力之间的偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（2）
式中，
Figure 358588DEST_PATH_IMAGE023
为风电场在
Figure DEST_PATH_IMAGE024
时刻的计划出力，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为实际风电功率与计划出力之间在
Figure DEST_PATH_IMAGE026
时刻的偏差；
然后，将偏差
Figure 883110DEST_PATH_IMAGE027
与计划出力向上偏差阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE028
进行比较；
Figure 903019DEST_PATH_IMAGE029
为偏差阈值设置 系数；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，则以
Figure 171189DEST_PATH_IMAGE031
与
Figure DEST_PATH_IMAGE032
的差值功率，即向上偏差功率，对储能 系统进行充电：
Figure 960154DEST_PATH_IMAGE033
（3）
若
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，则储能系统不动作，即
Figure DEST_PATH_IMAGE035
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在放电区间段，储能系统以修正向下偏差为目标进行放电或不动作，具体地：
首先计算实际风电功率与计划出力之间的偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为风电场在
Figure DEST_PATH_IMAGE038
时刻的计划出力，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为实际风电功率与计划出力之间 在
Figure 717894DEST_PATH_IMAGE008
时刻的偏差；
然后，将偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE040
与计划出力向下偏差阈值
Figure 225099DEST_PATH_IMAGE041
进行比较；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，则以
Figure 296960DEST_PATH_IMAGE039
与
Figure DEST_PATH_IMAGE043
的差值功率，即向下偏差功率，对 储能系统进行放电：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
（4）
式中，
Figure 471589DEST_PATH_IMAGE045
为储能系统的放电功率；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，则储能系统不动作，即
Figure 72335DEST_PATH_IMAGE047
。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，储能系统的实时荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE048
的计算 公式为：
Figure 332415DEST_PATH_IMAGE049
（7）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为储能系统的充电效率，
Figure 676809DEST_PATH_IMAGE051
为储能系统的放电效率，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
时表示充电 功率，
Figure 440365DEST_PATH_IMAGE053
时表示放电功率；且任意时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE054
的荷电状态和充放电功率满足以下不等式 约束：
Figure 477591DEST_PATH_IMAGE055
（8）
Figure DEST_PATH_IMAGE056
（9）
Figure DEST_PATH_IMAGE057
（10）
其中，式（8）为荷电状态约束，式（9）为充电功率约束，式（10）为放电功率约束，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为控 制时间间隔，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
表示储能系统的充电功率上限，
Figure 490547DEST_PATH_IMAGE060
为储能放电功率下限。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 638631DEST_PATH_IMAGE062
。
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