CN115313430A - 风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质 - Google Patents

风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质。风储协同的电网调频优化方法包括：基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率。根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。第一最优调频功率与第二最优调频功率的总和为当前时刻的电网调频功率参考值。控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力。通过本发明，使风机和储能装置共同对电网系统进行调频处理，能够在满足电网系统调频需求的同时，保障风机安全稳定运行，提高电网系统的频率稳定性。

Description

风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及电网调频技术领域，具体涉及一种风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质。
背景技术
大规模的风电等新能源通过电力电子设备接入电网，降低了系统的调频惯量能力，且由于风电出力的随机性和波动性所产生的功率扰动问题也增加了电网的一次调频压力。
但在实际应用中，储能装置虽然具有响应速度快、控制灵活等特点，但成本较高，且频繁进行充放电会造成设备的损伤，储能装置参与调频受到荷电状态的限制。另一方面，风机是通过转子动能控制快速改变转子转速释放动能，为系统提供一定的调频功率，但当风机转速下降到转子失速边界转速，风机为保证风机正常运行则会退出调频过程，致使其输出电功率也迅速下降，进而容易导致电网系统的频率出现二次跌落。因此为保证系统的频率稳定性，缓解传统火电机组调频压力，风储协同调频成为缓解当前电网频率波动问题的新思路。
因此，为保证风储系统能够对电网系统进行有效调频的同时，保障风储系统的安全稳定运行，亟需一种能够进行电网系统进行安全调频的调节方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中风储系统不能对电网系统进行安全、稳定、快速调频的缺陷，从而提供一种风储协同的电网调频优化方法、装置、设备及介质。
根据第一方面，本发明提供一种风储协同的电网调频优化方法，所述方法包括：
基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率；
根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；
其中，所述第一最优调频功率与所述第二最优调频功率的总和为所述当前时刻的电网调频功率参考值；
控制所述风机根据所述第一最优调频功率进行出力以及控制所述储能装置根据所述第二最优调频功率进行出力。
在该方式中，能够根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，进而控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力，以使风机和储能装置共同对电网系统进行调频处理时，能够在满足电网系统快速调频需求的同时，保障风机安全稳定运行，提高电网系统的频率稳定性。
结合第一方面，在第一方面的第一实施例中，电网调频成本包括：风机调频成本和储能装置调频成本；
所述根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
根据风机运行状态，分别确定所述风机在上一时刻的第一风机转子转速和在当前时刻的第二风机转子转速；
根据所述第二风机转子转速与所述第一风机转子转速之间的比较结果，确定所述风机在当前时刻的转子失速安全裕度；
根据储能装置运行状态，分别确定所述储能装置在上一时刻的第一功率和在当前时刻的第二功率；
根据所述第二功率与所述第一功率之间的比较结果，确定所述储能装置在当前时刻的实时调节裕度；
基于所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度以及所述实时调节裕度，为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
结合第一方面的第一实施例，在第一方面的第二实施例中，所述基于所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度以及所述实时调节裕度，为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
调节所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度和/或所述实时调节裕度，得到调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的所述转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度；
通过调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的所述转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
结合第一方面，在第一方面的第三实施例中，所述根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率：
其中，所述当前时刻的电网调频成本包括当前时刻的风机调频成本和当前时刻的储能装置调频成本；
所述目标函数为：Fmin＝min(αcES+βcWT-γmES-δmWT)，cES为用于确定当前时刻的储能装置调频成本的第一单位时间调频成本函数，cWT为用于确定当前时刻的风机调频成本的第二单位时间调频成本函数、mES为所述储能装置的实时调节裕度、mWT为所述风机的转子失速安全裕度，α为所述cES的第一权重，β为所述cWT的第二权重、γ为所述mES的第三权重，δ为所述mWT的第四权重。
结合第一方面的第三实施例，在第一方面的第四实施例中，所述基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
采用量子粒子群算法对所述目标函数进行最优化处理，得到所述目标函数的最优结果；
根据所述最优结果对应的转子失速安全裕度，基于预置的机械功率与转速之间的对应关系，得到所述风机在当前时刻的第三功率；
根据所述第三功率与所述风机在上一时刻的第四功率之间的功率差，得到为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率；
根据所述电网有功参考频率与所述第一最优调频功率之间的功率差，得到为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
结合第一方面，在第一方面的第五实施例中，所述基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率，包括：
根据上一时刻的电网频率，确定单位时刻内的电网频率变化率；
基于所述电网频率变化率确定当前时刻的虚拟惯量控制功率；
根据上一时刻的电网频率与所述电网额定频率之间的差值，确定单位时刻内的电网频率偏差；
基于所述电网频率偏差和所述电网额定频率，确定当前时刻的下垂控制功率；
将所述虚拟惯量控制功率和所述下垂控制功率之和确定为当前时刻的电网有功参考频率。
结合第一方面的第五实施例，在第一方面的第六实施例中，所述方法还包括：
若所述电网频率变化率与所述电网频率偏差之积小于零，则控制所述虚拟惯量控制功率为零。
根据第二方面，本发明提供一种风储协同的电网调频优化装置，所述装置包括：
第一确定单元，用于基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率；
第二确定单元，用于根据风机运行状态、储能装置运行状态以及预设的目标功率分配函数，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；其中，所述第一最优调频功率与所述第二最优调频功率的总和为所述当前时刻的电网有功参考频率；
控制单元，用于控制所述风机根据所述第一最优调频功率进行出力以及控制所述储能装置根据所述第二最优调频功率进行出力。
根据第三方面，本发明实施方式还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面及其可选实施方式中任一项的风储协同的电网调频优化方法。
根据第四方面，本发明实施方式还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面及其可选实施方式中任一项的风储协同的电网调频优化方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例提出的一种电网系统结构示意图。
图2是根据一示例性实施例提出的一种风储协同的电网调频优化方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例提出的一种风储协同的电网调频优化装置的结构框图。
图4是根据一示例性实施例提出的一种计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相关技术中，储能装置具有响应速度快、控制灵活等特点，但成本较高，且频繁进行充放电会造成设备的损伤，储能装置参与会调频受到荷电状态的限制。另一方面，风机是通过转子动能控制快速改变转子转速释放动能，能够为系统提供一定的调频功率，但当风机转速下降到转子失速边界转速，风机为保证风机正常运行则会退出调频过程，致使其输出电功率也迅速下降，进而容易导致电网系统的频率出现二次跌落。
因此，为缓解传统火电机组调频压力，保证电网系统的频率稳定性，风储协同调频成为缓解当前电网频率波动问题的新思路。
为解决上述问题，本发明实施例中提供一种风储协同的电网调频优化方法，用于计算机设备中，需要说明的是，其执行主体可以是风储协同的电网调频优化装置，该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为计算机设备的部分或者全部，其中，该计算机设备可以是终端或客户端或服务器，服务器可以是一台服务器，也可以为由多台服务器组成的服务器集群，本申请实施例中的终端可以是智能手机、个人电脑、平板电脑、可穿戴设备以及智能机器人等其他智能硬件设备。下述方法实施例中，均以执行主体是计算机设备为例来进行说明。
在本实施例中的计算机设备中，包括用于控制风机和储能装置联合对电网系统进行一次调频的频率协调控制器。例如：根据图1所示的电网系统结构，频率协调控制器可以根据交流电网的调频需求、风机状态以及储能装置的储能状态，控制风机和储能装置联合对电网进行调频，进而保证系统的频率稳定性。
通过本发明提供的风储协同的电网调频优化方法，能够基于上一时刻的电网频率和电网额定功率，确定当前时刻需要对电网系统进行调频的电网有供参考功率，进而根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，从而控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力，能够有效避免频率恢复阶段的功率反调节问题，以便能够满足电网系统快速调频需求的同时，保障风机的安全稳定运行，提高电网系统的频率稳定性。
图2是根据一示例性实施例提出的一种风储协同的电网调频优化方法的流程图。如图2所示，风储协同的电网调频优化方法包括如下步骤S201至步骤S203。
在步骤S201中，基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网调频功率参考值。
在本发明实施例中，如果电网系统在上一时刻受到功率干扰，则会影响电网系统在上一时刻输出的电网频率，进而为保障电网系统的频率稳定性，则需要对电网系统进行调频处理。
为确定对电网系统进行调频处理的系统调频出力总需求，则基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率，以便后续根据该电网有功参考频率，分别控制风机和存储装置进行联合调频。
在一实施例中，可以根据上一时刻的电网频率，确定单位时刻内的电网频率变化率。例如，根据上一时刻的电网频率f(k-1)对时间t求导，得到单位时刻内的电网频率变化率
Figure BDA0003818234240000091
根据电网系统中的虚拟惯量响应系数Kv、虚拟惯量参与系数sv以及电网频率变化率，确定当前时刻的虚拟惯量控制功率。其中，可以采用下式表示当前时刻的虚拟惯量控制功率：
Figure BDA0003818234240000092
根据上一时刻的电网频率f(k-1)与电网额定频率f0之间的差值，确定单位时刻内的电网频率偏差(f(k-1)-f0)。根据电网系统中的下垂系数、电网额定频率f0以及电网频率偏差(f(k-1)-f0)，确定当前时刻的下垂控制功率Kp。其中，可以采用下式表示当前时刻的下垂控制功率：Kp(f(k-1)-f0)。将虚拟惯量控制功率和下垂控制功率之和确定为当前时刻的电网调频功率参考值。
在一实施场景中，可以采用下述公式基于上一时刻的电网频率f(k-1)和电网额定频率f0，确定当前时刻的电网调频功率参考值ΔPtotal(k)：
Figure BDA0003818234240000101
在一例中，若电网频率变化率与电网频率偏差反向，则表征该电网系统处于频率恢复状态，因此，为避免虚拟惯量控制与下垂控制之间产生的反调节作用，则将虚拟惯量参与系数sv设置为零，以关闭虚拟惯量控制(控制虚拟惯量控制功率为零)，达到避免虚拟惯量控制与下垂控制产生功率反调节作用的目的，进而提高频率恢复效率。
在另一例中，若电网频率变化率与电网频率偏差同向，则表征表征该电网系统处于频率快速跌落或者上升初始阶段，需要根据虚拟惯量控制与下垂控制之间产生的反调节作用，对电网系统进行惯量补偿，以实现一次调频的快速响应，进而抑制频率超调。
因此，虚拟惯量参与系数sv可以采用下述公式进行表示：
Figure BDA0003818234240000102
即，若电网频率变化率与电网频率偏差同向，则可以根据虚拟惯量控制功率与下垂控制功率之间的和，确定当前时刻的电网调频功率参考值。若电网频率变化率与电网频率偏差反向，则可以根据下垂控制功率确定当前时刻的电网调频功率参考值。
在步骤S202中，根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
在本发明实施例中，为满足电网系统调频需求的同时，能够保障风机的安全稳定运行，且避免电网调频成本过高，则根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，以便分别根据第一最优调频功率控制风机出力和根据第二最优调频功率控制储能装置出力时，能够实现最优一次调频，降低调频成本。
在步骤S203中，控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力。
在本发明实施例中，分别控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力，以控制风机和储能装置联合进行一次调频。
通过上述实施例，能够根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，进而控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力，以使风机和储能装置共同对电网系统进行调频处理时，能够在满足电网系统快速调频需求的同时，保障风机安全稳定运行，提高电网系统的频率稳定性。
以下实施例将具体说明为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率的过程。
在本发明中，针对电网系统进行调频时，是通过风机和储能装置进行调频，因此，电网调频成本包括风机调频成本和储能装置调频成本。
在进行调频时，风机可以通过改变转子转速释放动能，进而为电网系统提供一定的调频功率。但当风机但当风机转速下降到转子失速边界转速时，为保障自身的安全运行，则会退出对调频，致使其输出电功率也迅速下降，容易对电网系统产生新的频率干扰，容易导致电网系统的电网频率出现二次跌落的现象。并且，当风机在转子失速边界转速运行时间过长时也容易导致风机失速。因此，为保障在对电网系统的电网频率进行调频时，风机能够安全稳定运行，则根据风机运行状态，分别确定风机在上一时刻的第一风机转子转速和在当前时刻的第二风机转子转速。根据第二风机转子转速与第一风机转子转速之间的比较结果，确定风机在当前时刻的转子失速安全裕度。
其中，转子失速安全裕度MWT为：
Figure BDA0003818234240000121
其中，
Figure BDA0003818234240000122
和
Figure BDA0003818234240000123
分别是k时刻风机转子在风速vk下对应的最大转速和最小转速，ωWT(k)和ωWT(k-1)分别是调频时刻k和上一时刻(k-1)的风机转子转速。
由于储能装置在每个时刻的充放电功率不同，且受到储能荷电状态SOCES上下限的约束，因此，在不同时刻下，储能装置在参与调频时的实时最大功率不同。因此，为确定储能装置在当前时刻的实时调节裕度，则根据储能装置运行状态，分别确定储能装置在上一时刻的第一功率和在当前时刻的第二功率，进而根据第二功率与第一功率之间的比较结果进行确定。
其中，储能装置的实时调节裕度MES为：
Figure BDA0003818234240000131
其中，ΔPES_up(k)和ΔPES_down(k)分别为储能装置在k时刻的实时可上调的调节裕度和可下调的调节裕度。PES(k)为第二功率，PES(k-1)为第一功率。
进而在为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率时，则基于当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度以及实时调节裕度进行分配。
在一示例中，当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度以及实时调节裕度均为可调节参数，为确定第一最优调频功率以及第二最优调频功率，则可以采用调节当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度和/或实时调节裕度的方式进行分配。
在调节过程中，若转子失速安全裕度发生改变，则会导致当前时刻的风机调频成本与会相应发生改变。若储能装置的实时调节裕度发生改变，则会导致当前时刻的储能装置调频成本与会相应发生改变。因此，在调节过程中，通过调节当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度和/或实时调节裕度，得到调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度。进而通过调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，以便能够满足电网系统调频需求的同时，能够保障风机的安全稳定运行，且避免电网调频成本过高。
在另一实施例中，为风机分配第一最优调频功率时，需满足风机有功功率的约束，以便提高分配的合理性。在一实施场景中，风机有功功率的约束包括：风机安全功率的上下限约束以及爬坡率约束：
Figure BDA0003818234240000141
其中，PWT_min和PWT_max为风机的最小安全功率和最大安全功率。RWT为风机的爬坡率。ΔPWT_min为风机单位时间内的最小调频功率。
在又一实施例中，为储能装置分配第二最优调频功率时，需满足储能装置的充放电功率约束，以便提高分配的合理性。其中，若当前时刻储能装置处于放电状态，则储能装置在该时刻下的放电有功功率应小于或者等于放电额定功率。同理，若当前时刻储能装置处于放电状态，则储能装置在该时刻下的充电有功功率应小于或者等于充电额定功率。具体约束可以采用下述公式进行表示：
Figure BDA0003818234240000142
其中，PES_chN和PES_disN分别表示储能装置的充电额定功率和放电额定功率。
例如：由于放电深度越大，储能电池的寿命会越短，需尽量避免储能电池进行频繁的深度充放电，所以在经过调频后，储能装置的SOCES需满足：
SOCES_min≤SOCES(k)≤SOCES_max，
其中，SOCES(k)为储能装置在k时刻参与调频时的SOCES状态，SOCES_min和SOCES_max分别为储能装置的充放电SOCES上下限。不同的厂家的储能装置SOCES限制不同，SOCES上下限区间一般为15％～90％。
储能装置的实时放电功率取决于放电的额定功率PES_disN和电池放电电量的下限SOCES_min约束，进而在单位时间段Δk内，储能装置可以减少的最大电量为ΔSOCES_dis(k)＝SOCES(k-1)-SOCESmin，从而采用下述公式可以确定在k时刻储能装置最大的实时放电功率PES_up(k)：
Figure BDA0003818234240000151
其中，SES为储能装置的额定容量，ηES_dis为储能装置在放电状态下的工作效率。
当PES_up(k)>PES(k-1)时，则表示储能装置在当前时刻具有可上调空间，进而在确定第二最优调频功率的过程中，可以继续增加放电功率，第二功率的实时可上调能力为：ΔPES_up(k)＝PES_up(k)-PES(k-1)。
储能装置的实时充电功率取决于充电的额定功率PES_chN和电池放充电电量的上限SOCESmax约束，进而在单位时间段Δk内，储能装置可以增加的最大电量为ΔSOCES_ch(k)＝SOCESmax-SOCES(k-1)，从而采用下述公式可以确定在k时刻储能装置最大的实时放电功率PES_down(k)，
Figure BDA0003818234240000152
其中，ηES_ch为储能装置在充电状态下的工作效率。
当PES_down(k)<PES(k-1)时，则表示储能装置在当前时刻具有可下调空间，进而在确定第二最优调频功率的过程中，可以继续增加充电功率，第二功率的实时可下调能力为：ΔPES_down(k)＝PES(k-1)-PES_down(k)。
在又一实施例中，根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，可以基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。其中，目标函数为：Fmin＝min(αcES+βcWT-γMES-δMWT)，cES为用于确定当前时刻的储能装置调频成本的第一单位时间调频成本函数，cWT为用于确定当前时刻的风机调频成本的第二单位时间调频成本函数、MES为储能装置的实时调节裕度、MWT为风机的转子失速安全裕度，α为cES的第一权重，β为cWT的第二权重、γ为MES的第三权重，δ为MWT的第四权重。在一例中，α、β、γ以及δ可以采用层次分析法进行确定，或者根据实际现场情况进行指定，在本发明中不进行限制。
具体的，为量化储能装置调频时由内部功率损耗带来的负面影响，则基于储能装置出力与内损功率之间的解析关系建立储能装置的单位时间调频成本函数cES：
CES＝CES_loss(mk(ΔPES(k))2+nkΔPES(k))Δk，
其中，CES_loss为储能装置的单位内损成本，Δk为场站有功分配控制策略的控制周期，mk和nk为储能内损功率系数，与储能装置的储能荷电状态SOCEs相关，可以基于储能装置的出厂配置文件进行确定，ΔPES(k)为待分配的第二最优调频功率。
第二单位时间调频成本函数cWT可以采用下述公式进行表示：
CWT＝CWT_loss(lkΔPWT(k))2Δk，
其中，CWT_loss为风机的单位内损成本，lk为风机的单位内损功率系数，与风电场内设备与集电线路上的阻值相关，ΔPWT(k)为待分配的第一最优调频功率。
储能装置的实时调节裕度MES采用下式公式进行表示：
Figure BDA0003818234240000171
转子失速安全裕度mWT采用下式公式进行表示：
Figure BDA0003818234240000172
在一示例中，为便于计算，消除量纲，则可以预先对cES、cWT、MES以及MES进行归一化处理。归一化处理过程可以如下：
Figure BDA0003818234240000173
其中，Xmax为Xi(CES,CWT,MES,MWT)的最大值，Xmin为Xi(CES,CWT,MES,MWT)的最小值。
在一示例中，可以采用量子粒子群算法对目标函数进行最优化处理，得到目标函数的最优结果。根据最优结果对应的转子失速安全裕度，基于预置的机械功率与转速之间的对应关系，得到风机在当前时刻的第三功率。其中，风机输入机械功率PWT和转速ωWT的关系可以采用下述公式进行表示：
Figure BDA0003818234240000174
其中，K、A、B和C为常系数，不同型号的风机对应的值不同，可基于风机的出厂配置文件进行确定。
根据第三功率与风机在上一时刻的第四功率之间的功率差，得到为风机分配当前时刻的第一最优调频功率，进而根据电网有功参考频率与第一最优调频功率之间的功率差，得到为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
在一实施场景中，采用量子粒子群算法对目标函数进行最优化处理的过程可以如下：
分别将ΔPWT(k)和ΔPES(k)定义为粒子2个维度的不同属性，采用量子粒子群算法针对Fmin＝min(αcES+βcWT-γMES-δMWT)进行寻优计算，得到的Fmin＝min(αcES+βcWT-γMES-δMWT)的最优结果。具体流程如下：
(1)定义种群的规模I、代数N和维度J。
(2)利用蒙特卡洛算法初始化种群粒子的初始位置Pij(1)，并设定算法的相关参数，其中i表示种群中粒子的个数，i＝1,2,…I；j表示种群中粒子的维度，j＝1,2,…J；n表示种群中粒子的代数，n＝1,2,…N。Pij(n)表示第i个粒子的第j维在第n代的位置。由于ΔPWT(k)和ΔPES(k)为决策变量，因此，粒子具有2个维度的属性，J＝2。
(3)分别计算每个粒子的当前适应度值，即目标函数Fmin i＝f(Pi1(n),Pi2(n))，并计算平均适应度值
Figure BDA0003818234240000181
(4)计算第i个粒子的第j维在第n代和种群平均最优位置的带权重距离Lij(n)和种群中粒个体的平均最优位置mbest，其表达式为：
Figure BDA0003818234240000182
其中，μ是量子粒子群的收缩扩张系数。
(5)比较每个粒子i的个体适应度Fmin i和根据历史最优位置Pbest_j(n)计算出来的历史最优适应度Fhismini，如果Fmini<Fhismini，则令Fhismin i＝Fmin i，如果Fmin i>Fhismin i，则Fhismin i不变。
(6)历史最优适应度Fbestmin i和根据全局最优位置Pbest_j(n)计算出来的全局最优适应度Fbestmin i，如果Fhismin i<Fbestmin i，则令Fbestmin i＝Fhismin i，如果Fhismin i>Fbestmin i，则Fbestmin i不变。
(7)更新粒子的位置。更新表达式如下：
Figure BDA0003818234240000191
其中，pij为第i个粒子的第j维在迭代变化时的吸引子；γij和φij为区间[0,1]上均匀分布的随机数，Lij(n)为第i个粒子的第j维在第n代和种群平均最优位置的带权重距离。
(8)重复步骤2～7，直到代数n满足最大迭代次数N，可以计算最优的适应度，最终从而得到最优的决策变量：ΔPWT(k)和ΔPES(k)。
通过本发明，能够综合考虑电网系统的电网调频成本、储能装置实时调节裕度以及风机转子失速边界裕度，对调频过程中风机和储能装置的功率进行优化分配，以实现储能和风机转子动能的联合一次调频，在满足电网系统调频需求的同时，能够保证风机的安全稳定运行，降低风机和储能的调频成本。
基于相同发明构思，本发明还提供一种风储协同的电网调频优化装置。
图3是根据一示例性实施例提出的一种风储协同的电网调频优化装置的结构框图。如图3所示，风储协同的电网调频优化装置包括第一确定单元301、第二确定单元302和控制单元303。
第一确定单元301，用于基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网调频功率参考值；
第二确定单元302，用于根据风机运行状态、储能装置运行状态以及预设的目标功率分配函数，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；其中，第一最优调频功率与第二最优调频功率的总和为当前时刻的电网调频功率参考值；
控制单元303，用于控制风机根据第一最优调频功率进行出力以及控制储能装置根据第二最优调频功率进行出力。
在一实施例中，当前时刻的电网调频成本包括：当前时刻的风机调频成本和当前时刻的储能装置调频成本。第二确定单元302包括：第三确定单元，用于根据风机运行状态，分别确定风机在上一时刻的第一风机转子转速和在当前时刻的第二风机转子转速。第四确定单元，用于根据第二风机转子转速与第一风机转子转速之间的比较结果，确定风机在当前时刻的转子失速安全裕度。第五确定单元，用于根据储能装置运行状态，分别确定储能装置在上一时刻的第一功率和在当前时刻的第二功率。第六确定单元，用于根据第二功率与第一功率之间的比较结果，确定储能装置在当前时刻的实时调节裕度。分配单元，用于基于当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度以及实时调节裕度，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
在另一实施例中，分配单元包括：调节单元，用于调节当前时刻的风机调频成本、当前时刻的储能装置调频成本、转子失速安全裕度和/或实时调节裕度，得到调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度。分配子单元，用于通过调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
在又一实施例中，第二确定单元302包括：第二确定子单元，用于根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。其中，当前时刻的电网调频成本包括当前时刻的风机调频成本和当前时刻的储能装置调频成本。目标函数为：Fmin＝min(αcES+βcWT-γmES-δmWT)，cES为用于确定当前时刻的储能装置调频成本的第一单位时间调频成本函数，cWT为用于确定当前时刻的风机调频成本的第二单位时间调频成本函数、mES为储能装置的实时调节裕度、mWT为风机的转子失速安全裕度，α为cES的第一权重，β为cWT的第二权重、γ为mES的第三权重，δ为mWT的第四权重。
在又一实施例中，第二确定子单元包括：处理单元，用于采用量子粒子群算法对目标函数进行最优化处理，得到目标函数的最优结果。功率确定单元，用于根据最优结果对应的转子失速安全裕度，基于预置的机械功率与转速之间的对应关系，得到风机在当前时刻的第三功率。第七确定单元，用于根据第三功率与风机在上一时刻的第四功率之间的功率差，得到为风机分配当前时刻的第一最优调频功率。第八确定单元，用于根据电网有功参考频率与第一最优调频功率之间的功率差，得到为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
在又一实施例中，第一确定单元301包括：频率变化确定单元，用于根据上一时刻的电网频率，确定单位时刻内的电网频率变化率。第一控制功率确定单元，用于基于电网频率变化率确定当前时刻的虚拟惯量控制功率。偏差确定单元，用于根据上一时刻的电网频率与电网额定频率之间的差值，确定单位时刻内的电网频率偏差。第二控制功率确定单元，用于基于电网频率偏差和电网额定频率，确定当前时刻的下垂控制功率。第一确定子单元，用于将虚拟惯量控制功率和下垂控制功率之和确定为当前时刻的电网有功参考频率。
在又一实施例中，装置还包括：第三控制功率确定单元，若电网频率变化率与电网频率偏差之积小于零，则控制虚拟惯量控制功率为零。
上述风储协同的电网调频优化装置的具体限定以及有益效果可以参见上文中对于风储协同的电网调频优化方法的限定，在此不再赘述。上述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。
图4是根据一示例性实施例提出的一种计算机设备的硬件结构示意图。如图4所示，该设备包括一个或多个处理器410以及存储器420，存储器420包括持久内存、易失内存和硬盘，图4中以一个处理器410为例。该设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。
处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
处理器410可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器410还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器420作为一种非暂态计算机可读存储介质，包括持久内存、易失内存和硬盘，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的业务管理方法对应的程序指令/模块。处理器410通过运行存储在存储器420中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述任意一种风储协同的电网调频优化方法。
存储器420可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据、需要使用的数据等。此外，存储器420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器420可选包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至数据处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置430可接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器420中，当被一个或者多个处理器410执行时，执行如图2所示的方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图2所示的实施例中的相关描述。
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的认证方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种风储协同的电网调频优化方法，其特征在于，所述方法包括：
基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率；
根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；
其中，所述第一最优调频功率与所述第二最优调频功率的总和为所述当前时刻的电网调频功率参考值；
控制所述风机根据所述第一最优调频功率进行出力以及控制所述储能装置根据所述第二最优调频功率进行出力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
电网调频成本包括：风机调频成本和储能装置调频成本；
所述根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
根据风机运行状态，分别确定所述风机在上一时刻的第一风机转子转速和在当前时刻的第二风机转子转速；
根据所述第二风机转子转速与所述第一风机转子转速之间的比较结果，确定所述风机在当前时刻的转子失速安全裕度；
根据储能装置运行状态，分别确定所述储能装置在上一时刻的第一功率和在当前时刻的第二功率；
根据所述第二功率与所述第一功率之间的比较结果，确定所述储能装置在当前时刻的实时调节裕度；
基于所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度以及所述实时调节裕度，为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度以及所述实时调节裕度，为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
调节所述当前时刻的风机调频成本、所述当前时刻的储能装置调频成本、所述转子失速安全裕度和/或所述实时调节裕度，得到调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的所述转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度；
通过调节后的风机调频成本、调节后的储能装置调频成本、调节后的所述转子失速安全裕度，和/或调节后的实时调节裕度为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
根据当前时刻的电网调频成本、风机运行状态以及储能装置运行状态，基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；
其中，所述当前时刻的电网调频成本包括当前时刻的风机调频成本和当前时刻的储能装置调频成本；
所述目标函数为：Fmin＝min(αcES+βcWT-γmES-δmWT)，cES为用于确定当前时刻的储能装置调频成本的第一单位时间调频成本函数，cWT为用于确定当前时刻的风机调频成本的第二单位时间调频成本函数、mES为所述储能装置的实时调节裕度、mWT为所述风机的转子失速安全裕度，α为所述cES的第一权重，β为所述cWT的第二权重、γ为所述mES的第三权重，δ为所述mWT的第四权重。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于目标函数的最优结果，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率，包括：
采用量子粒子群算法对所述目标函数进行最优化处理，得到所述目标函数的最优结果；
根据所述最优结果对应的转子失速安全裕度，基于预置的机械功率与转速之间的对应关系，得到所述风机在当前时刻的第三功率；
根据所述第三功率与所述风机在上一时刻的第四功率之间的功率差，得到为所述风机分配当前时刻的第一最优调频功率；
根据所述电网有功参考频率与所述第一最优调频功率之间的功率差，得到为所述储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率，包括：
根据上一时刻的电网频率，确定单位时刻内的电网频率变化率；
基于所述电网频率变化率确定当前时刻的虚拟惯量控制功率；
根据上一时刻的电网频率与所述电网额定频率之间的差值，确定单位时刻内的电网频率偏差；
基于所述电网频率偏差和所述电网额定频率，确定当前时刻的下垂控制功率；
将所述虚拟惯量控制功率和所述下垂控制功率之和确定为当前时刻的电网有功参考频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述电网频率变化率与所述电网频率偏差之积小于零，则控制所述虚拟惯量控制功率为零。
8.一种风储协同的电网调频优化装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于基于上一时刻的电网频率和电网额定频率，确定当前时刻的电网有功参考频率；
第二确定单元，用于根据风机运行状态、储能装置运行状态以及预设的目标功率分配函数，为风机分配当前时刻的第一最优调频功率以及为储能装置分配当前时刻的第二最优调频功率；其中，所述第一最优调频功率与所述第二最优调频功率的总和为所述当前时刻的电网有功参考频率；
控制单元，用于控制所述风机根据所述第一最优调频功率进行出力以及控制所述储能装置根据所述第二最优调频功率进行出力。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-7中任一项所述的风储协同的电网调频优化方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一项所述的风储协同的电网调频优化方法。
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