CN115545549A - 一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质。该方法根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。本发明技术方案实现了不依赖于具体的储能控制策略,能够直接根据集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的定量关系得到集群储能容量并进行容量配置。
Description
技术领域
本发明涉及集群储能容量配置技术领域,尤其涉及一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质。
背景技术
近年来,随着新能源发电技术的不断发展与多种储能技术的应用,电力系统呈现电力电子化的发展趋势,系统安全稳定运行面临新的挑战。考虑电力系统的频率稳定性,新能源发电的大量接入在一定程度上替代了部分传统同步发电机,且新能源发电无法为系统提供转动惯量,以上情况可能会导致电力系统惯量不足,使其在出现不平衡功率时频率变化率更大,易出现频率稳定问题。因此,新能源电力系统需要额外的惯量支撑。
考虑储能系统的集群化发展,集群储能系统是解决新能源消纳问题的有效措施之一,其灵活可控特性也给电力系统的惯量支撑提供了新的思路。然而,在利用集群储能进行惯量支撑时,如何对集群储能进行容量配置,以满足系统的惯量支撑需求,依然是一个亟待解决的技术问题。
传统的储能容量配置问题一般以系统的经济性最优为目标,建立优化问题,并在考虑多种约束条件的情况下进行求解,然而,传统方法并未从系统动态支撑(例如,惯量支撑)的角度来考虑储能的容量配置问题。为了从系统惯量支撑的角度给集群储能系统容量配置提供参考,增强不平衡功率下系统的频率稳定性,本发明提出一种考虑功率调节惯性的集群储能等效惯量计算与容量配置方法,在考虑集群储能的功率调节惯性的情况下,推导得到了系统等效惯量提升与储能功率变化量之间的定量关系,并基于该定量关系,给出考虑等效惯量支撑的集群储能容量配置方法。
目前在考虑动态支撑的储能容量配置技术方面,与本发明最接近的技术方案为一种基于一次调频备用与惯量响应的储能容量配置方法。该方法步骤如下:
(1)确定系统可能产生的最大不平衡功率ΔPm,确定系统的一次调频需求以及惯量响应需求;
(2)搭建能够为电网提供惯量支撑与一次调频的储能控制策略;
(3)假设系统惯量响应时间尺度很小,首先根据ΔPm和系统一次调频需求对储能容量进行配置;
(4)根据惯量响应需求,对储能控制策略中的等效惯性常数HESS进行配置,并通过仿真校验此时的系统是否满足系统惯量响应需求。
上述现有技术存在以下不足:
(1)现有方法对于系统惯量支撑不具备保守性。现有方法在综合考虑一次调频备用与惯量支撑时,通过一次调频需求来配置储能容量,并通过整定控制参数来保证惯性支撑效果,即:未直接通过惯性支撑来配置储能容量。因此,在系统惯性支撑需求较大时,较大的控制参数(等效惯性常数HESS)易导致储能功率饱和,此时,通过一次调频确定的储能容量不能满足系统的惯量支撑需求。
(2)需要依赖具体的控制策略。现有方法由于通过整定控制参数来保证惯性支撑效果,因此需要依赖具体的控制策略来得到储能等效惯性常数HESS。然而,考虑工程实际中储能控制策略的多样化,不依赖具体控制策略的储能容量配置方法更具优势。
(3)未考虑储能的功率调节惯性。现有方法在进行储能容量配置时未考虑储能的功率调节惯性,因此,在故障后初期,储能系统由于其功率调节惯性而在短时间内无法达到功率调节指令值,可能导致故障后初期的储能惯量支撑效果无法达到要求。
发明内容
本发明提供一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质,实现了不依赖于具体的储能控制策略,能够直接根据集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的定量关系得到集群储能容量并进行容量配置。
本发明一实施例提供一种集群储能容量配置方法,包括以下步骤:
根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;
根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
进一步的,根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,具体为根据如下公式确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系:
式中,ΔPord为储能功率变化指令值,dP为所述系统不平衡功率,ΔTJ为所述系统等效惯量需求,TJ为所述系统总惯性时间常数。
进一步的,根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系,具体为根据如下公式确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系:
式中,ΔPord为储能功率变化指令值,dP为所述系统不平衡功率,ΔTJ为所述系统等效惯量需求,TJ为所述系统总惯性时间常数,Te为集群储能的功率调节惯性常数,t为频率偏差相等时刻,e为自然常数。
进一步的,根据所述第一定量关系计算集群储能容量,具体为:
将确定所述第一定量关系时采用的所述系统不平衡功率替换为所述系统最大不平衡功率,得到如下公式计算所述集群储能容量:
进一步的,根据所述第二定量关系计算集群储能容量,具体为:
将确定所述第二定量关系时采用的所述系统不平衡功率替换为所述系统最大不平衡功率,得到如下公式计算所述集群储能容量:
本发明另一实施例提供了一种集群储能容量配置装置,包括定量关系模块和容量配置模块;
所述定量关系模块用于根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;
所述容量配置模块用于根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
本发明又一实施例提供一种可读存储介质,所述可读存储介质包括存储的计算机程序,所述计算机程序执行时,控制所述可读存储介质所在的设备执行本发明任意一项方法项实施例所述的集群储能容量配置方法。
本发明的实施例,具有如下有益效果:
本发明提供了一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质,该方法通过根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;再根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置,实现了不依赖于具体的储能控制策略,能够直接根据集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的定量关系得到集群储能容量并进行容量配置。本发明在考虑功率调节惯性时,针对等效惯量支撑给出了集群储能容量配置方案,不依赖具体的储能控制策略,且能够保证集群储能在故障后初期对于系统的等效惯量支撑效果。同时,本发明在考虑集群储能的功率调节惯性的情况下,定量给出了系统等效惯量提升与储能功率变化量之间的关系,能够给工程实际中考虑惯量支撑的集群储能容量配置问题提供解决方法。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的集群储能容量配置方法的流程示意图;
图2是本发明一实施例提供的集群储能容量配置装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
如图1所示,本发明一实施例提供的一种集群储能容量配置方法,包括以下步骤:
步骤S101:根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系。
作为其中一种实施例,在步骤S101之前,确定系统参数、等效惯量支撑需求和系统不平衡功率。具体包括系统总惯性时间常数、系统等效惯量需求、系统不平衡功率、集群储能的功率调节惯性常数和系统最大不平衡功率。
作为其中一种实施例,根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,具体为根据如下公式确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系:
式中,ΔPord为储能功率变化指令值,dP为所述系统不平衡功率,ΔTJ为所述系统等效惯量需求,TJ为所述系统总惯性时间常数。
根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系,具体为根据如下公式确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系:
式中,ΔPord为储能功率变化指令值,dP为所述系统不平衡功率,ΔTJ为所述系统等效惯量需求,TJ为所述系统总惯性时间常数,Te为集群储能的功率调节惯性常数,t为频率偏差相等时刻,e为自然常数。
作为其中一种实施例,根据以下步骤确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的定量关系:
步骤S1011:含多台同步发电机的电力系统的转动方程为:
其中是系统总惯性时间常数(表征系统总惯量大小),是系统总机械功率,是系统总电磁功率,ω是系统频率;G为同步发电机集合,TJi、Si、Pmi、Pei分别为同步发电机i的惯性时间常数、额定容量、机械功率和电磁功率,Ssys为系统的额定容量。
步骤S1012:当电力系统发生故障时,系统的不平衡功率dP表示为:
dP=Pm-Pe (2)
则有:
可见,系统的频率变化率不仅与系统总惯性时间常数有关,还与系统总不平衡功率有关。
步骤S1013:若以下两个场景设置中系统频率变化率相同:
1)增大惯性时间常数ΔTJ;
2)集群储能改变有功出力ΔP,即:
可以推得:
式(5)为不考虑功率调节惯性时,系统惯量提升与储能功率变化量的定量关系,可见集群储能可以通过改变有功功率的方式,来为系统提供等效惯量支撑。
由于式(5)没有考虑集群储能的功率调节惯性,因此在故障发生后的初期(该时间段内系统频率变化率最大),集群储能的功率调节惯性使得其出力并未达到预期的ΔP,此时集群储能并未起到有效的惯量支撑作用。为了在故障后初期集群储能也可以发挥有效的惯量支撑作用,需要考虑功率调节惯性时,系统等效惯量提升与储能功率变化量的定量关系。因此,需要对控制目标进行调整。
步骤S1014:将控制目标调整为在故障后较短的时刻t时,以下两个场景设置中系统在t时刻的频率偏差ωt基本一致:
1)系统增大惯性时间常数ΔTJ;
2)改变集群储能的出力ΔP。
该控制目标可以保证在故障后初期,集群储能也能对系统提供有效的惯量支撑。令故障发生时刻为0,对式(4)取积分可得:
考虑集群储能系统的功率调节一阶惯性,其复频域表达式为:
将(9)代入(6),可得:
当不平衡功率dP为定值时,则:
式(12)为考虑功率调节惯性时,集群储能系统等效惯量与储能功率变化量之间的第二定量关系。当惯性常数Te趋近于0时,式(12)退化为式(5),即得到集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系。
步骤S102:根据所述第一定量关系或第二定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
作为其中一种实施例,将确定所述第一定量关系时采用的所述系统不平衡功率替换为所述系统最大不平衡功率,得到如下公式计算所述集群储能容量:
或将确定所述第二定量关系时采用的所述系统不平衡功率替换为所述系统最大不平衡功率,得到如下公式计算所述集群储能容量:
其中,公式(13)为考虑集群储能的功率调节惯性时的集群储能容量计算方法,公式(14)为不考虑集群储能的功率调节惯性时的集群储能容量计算方法。本发明通过计算出集群储能容量,可以在电力系统需要集群储能提供惯量支撑时,对电力系统的集群储能容量进行合理的容量配置,能够有效保证惯量支撑效果,避免系统在遭受大扰动时的频率动态恶化问题。
本发明实施例的验证过程如下:
在含3台集群储能的IEEE 39节点系统中进行验证。系统功率基准值为SB=100MVA,系统总惯性时间常数为:TJ=564s。设系统可能出现的最大不平衡功率为dPmax=-1p.u.,负号表示功率缺额。系统的等效惯量提升需求为ΔTJ=300s。
首先,探究集群储能的功率调节惯性以及不同的容量配置目标(故障后频率偏差相同时刻t)对于集群储能容量配置结果的影响。设置集群储能的功率调节惯性系数Te在0~0.2s之间变化,其中Te=0表示不考虑功率调节惯性;在考虑功率调节惯性时,设置故障后频率偏差相同时刻t在0.1~0.6s之间变化。根据本发明的集群储能容量配置方法计算相应的集群储能容量配置结果,如表1所示。
表1不同参数设置下集群储能容量配置结果(p.u.)
由表1可知,在频率偏差相同时刻t保持不变时,考虑功率调节惯性的集群储能容量配置结果比不考虑功率调节惯性(Te=0)时要大,而且随着集群储能功率调节惯性系数的增大,容量配置结果也增大,说明了在进行容量配置时考虑功率调节惯性的必要性,验证了所提容量配置方法的有效性。此外,在考虑功率调节惯性且功率调节惯性系数保持不变时,频率偏差相同时刻t越小,集群储能的容量配置结果越大,因此,在工程实际中,可以根据频率稳定性要求以及集群储能的经济性要求,来确定该频率偏差相同时刻。
进一步的,通过时域仿真来验证本文所提容量配置方法对于系统的等效惯量支撑的效果。在时域仿真中,设置集群储能的功率调节惯性系数为0.1s,频率偏差相同时刻t=0.2s,故障不平衡功率为-1p.u.,相应的集群储能容量配置结果为并控制集群储能的功率指令为阶跃变化。设置以下四个场景:
场景1:不改变惯性时间常数及储能出力,作为对照组。
场景2:改变系统惯性时间常数ΔTJ=300s。
场景3:不考虑集群储能系统的功率调节惯性,故障时刻改变集群储能有功出力ΔPord=0.3472p.u.。
场景4:考虑集群储能系统的功率调节惯性,在故障后t=0~0.2s,令ΔPord==0.6117p.u.;t=0.2s后,ΔPord=0.3472p.u.。
对比上述四个场景下系统的频率和频率变化率。需要注意的是,由于系统的调节特性,暂态过程中不平衡功率会发生变化,因此我们主要对比故障发生后的初始时间段内的频率变化情况。
根据4个场景下系统的频率以及频率变化率可知:
1)在故障后的初始时间段,场景2、场景3和场景4的频率变化率基本一致,均小于场景1的频率变化率,验证了不考虑功率调节惯性时,集群储能出力改变与系统惯性时间常数提升之间的等效性。
2)考虑了功率调节惯性的集群储能等效惯量计算与容量配置方法可以使得集群储能在故障后初期提供有效的惯量支撑。
3)此外,场景1和场景2最后的稳态频率值一致,均低于场景3和场景4的稳态频率值,这是因为场景2改变了实际的惯性时间常数,而场景3和场景4改变了不平衡功率,使得稳态频率更接近于额定值。
本发明在考虑功率调节惯性时,针对等效惯量支撑给出了集群储能容量配置方案,不依赖具体的储能控制策略,且能够保证集群储能在故障后初期对于系统的等效惯量支撑效果。同时,本发明在考虑集群储能的功率调节惯性的情况下,定量给出了系统等效惯量提升与储能功率变化量之间的关系,能够给工程实际中考虑惯量支撑的集群储能容量配置问题提供解决方法。本发明不依赖于具体的储能控制策略,且能够直接根据系统惯量支撑需求来进行储能容量配置。
如图2所示,本发明另一实施例提供了一种集群储能容量配置装置,包括定量关系模块和容量配置模块;
所述定量关系模块用于根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;
所述容量配置模块用于根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
为描述的方便和简洁,本发明装置项实施例包括上述集群储能容量配置方法实施例中的全部实施方式,此处不再赘述。
在上述发明项实施例的基础上,本发明对应提供了可读存储介质项实施例;
本发明另一实施例提供了一种可读存储介质,所述可读存储介质包括存储的计算机程序,所述计算机程序执行时,控制所述可读存储介质所在的设备执行如本发明任意一项方法项实施例所述的集群储能容量配置方法。
示例性的,所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块,所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中,并由所述处理器执行,以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令20段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(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。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,所述处理器是所述终端设备的控制中心,利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
需说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外,本发明提供的装置实施例附图中,模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接,具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例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,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
Claims (7)
1.一种集群储能容量配置方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;
根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
6.一种集群储能容量配置装置,其特征在于,包括定量关系模块和容量配置模块;
所述定量关系模块用于根据系统总惯性时间常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第一定量关系,或根据所述系统总惯性时间常数、集群储能的功率调节惯性常数和系统不平衡功率确定集群储能系统等效惯量和储能功率变化量之间的第二定量关系;
所述容量配置模块用于根据所述第一定量关系或第一定量关系计算集群储能容量,并根据所述集群储能容量进行容量配置。
7.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质包括存储的计算机程序,所述计算机程序执行时,控制所述可读存储介质所在的设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的集群储能容量配置方法。
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CN202211373660.5A CN115545549A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种集群储能容量配置方法、装置及存储介质 |
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Cited By (2)
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2022
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