CN115549091B - 一种储能系统的多目标控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开属于电网技术领域，具体涉及一种储能系统的多目标控制方法及系统，包括：获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行加权计算，得到储能系统的综合指标；根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制。

Description

一种储能系统的多目标控制方法及系统
技术领域
本公开属于电网技术领域，具体涉及一种储能系统的多目标控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
风光时代，可再生能源发电具有间歇性，电力系统对于平滑输出、调峰调频等电力辅助服务的需求明显增长。储能作为新增的灵活性调节资源，将在高比例可再生能源的电力系统中发挥重要作用，其发展与普及将有效助力安全可靠、灵活柔性、开放友好的新一代电力系统的建设。近年来，随着各类储能技术的成熟，储能设备建设成本不断降低，电力系统中的储能设备装机容量正快速增加。储能技术由于其可通过功率双向和能量存储，实现功率和能量在时域上的平移，从而减小发电和负荷需求实时平衡控制的难度，在可再生能源新能源消纳、电网调频、电网调峰、电网调压及提升电能质量等方面有着广阔的应用前景。
目前，关于调峰与调频的控制策略已部分应用于示范工程，通过利用储能无功容量参与电网调压目前有一定理论性研究，但尚未实际应用验证其有效性。而关于协调多目标的调度控制策略目前尚处于早期研究阶段。据发明人了解，这种单目标控制策略往往会造成储能剩余容量的闲置与浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提出了一种储能系统的多目标控制方法及系统，兼顾经济性与电网安稳运行的储能系统多目标控制方法，从提升储能利用率的角度出发，在研究储能系统参与电网多种辅助服务的基础上，创新性的将经济性效益计算纳入储能的多目标控制中，实现电网的安稳经济性运行。
根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种储能系统的多目标控制方法，采用如下技术方案：
一种储能系统的多目标控制方法,包括:
获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；
根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；
对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行权重分析及加权计算，得到储能系统的综合指标；
根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制。
作为进一步的技术限定，所述第一级识别指标包括实时电压偏差和实时频率偏差量；
所述实时电压偏差为储能并网点的电压相对于并网额定电压的偏差量；
所述实时频率偏差量储能并网点的频率相对于并网额定频率的偏差量。
作为进一步的技术限定，在基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态的过程中，根据并网国标将所获取的储能系统并网点的实时电压和实时频率划分为调节死区、稳态调节和紧急支撑三个调节区间，根据所构建的第一级识别指标判断储能系统的电压和频率是否需要紧急支撑，若需要则进行储能系统的调频控制或调压控制；否则完成对储能系统运行状态的初步判断。
作为进一步的技术限定，当储能并网点的电压、频率处于相同优先级时，通过构建储能系统的安稳性指标来衡量电压与频率发生偏移的严重程度；所述储能系统的安稳性指标为电压、频率实时偏差量和调节死区之间的相对偏移率。
作为进一步的技术限定，当储能并网点的电压、频率处于非紧急状态时，通过判断储能参与电网调频、调压、调峰辅助服务的经济收益，构建储能系统的经济性指标，衡量储能控制策略的优先级。
作为进一步的技术限定，所述储能系统的综合指标为
Figure BDA0003925381690000041
其中，S1、S2、S3分别表示储能系统的电网调峰综合评价指标、电网调频综合评价指标、电网调压辅助服务综合评价指标；λ1,p、λ2,p、λ3,p分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调峰综合评价指标的影响权重；λ1,f、λ2,f、λ3,f分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调频综合评价指标的影响权重；λ1,u、λ2,u、λ3,u分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调压综合评价指标的影响权重，Δfi、Δui分别表示i时刻的安稳性指标，I1、I2、I3分别表示储能参与电网削峰填谷、调频、调压的经济性指标。
作为进一步的技术限定，根据所得到的综合指标，确定电网对储能系统削峰填谷、调频、调压的的实时需求，根据多层逻辑判断得到储能系统的最优控制目标，实现储能系统的多目标控制。
根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种储能系统的多目标控制系统，采用如下技术方案：
一种储能系统的多目标控制系统，包括：
获取模块，其被配置为获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
初步判断模块，其被配置为基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
构建模块，其被配置为根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；
计算模块，其被配置为对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行权重分析及加权计算，得到储能系统的综合指标；
控制模块，其被配置为根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制。
根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开从储能变流器利用率的提升角度出发，考虑了储能单目标控制时，储能变流器剩余闲置容量的浪费；既可以满足电压、频率等不同电网需求，实现技术性达标，又可以保证储能系统的经济性最优。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例一中的储能系统的多目标控制方法的流程图；
图2是本公开实施例一中的兼顾经济性与电网安稳运行的储能系统多目标控制方法的步骤流程图；
图3(a)是本公开实施例一中的以调峰目标的储能系统有功出力示意图；
图3(b)是本公开实施例一中的以调峰目标的储能系统无功出力示意图；
图4(a)是本公开实施例一中的储能系统实时有功出力示意图；
图4(b)是本公开实施例一中的储能系统实时无功出力示意图；
图5是本公开实施例二中的储能系统的多目标控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本公开实施例一介绍了一种储能系统的多目标控制方法。
本实施例中所介绍的储能系统的多目标控制方法，从技术性和经济性两个角度进行综合考虑，实现了储能系统的多目标控制，克服了传统储能控制方法存在的不足。
如图1和图2所示的一种储能系统的多目标控制方法，包括：
获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；
构建储能系统的经济性指标；
对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行加权计算，得到储能系统的综合指标；
根据所得到的综合指标确定电网对储能系统的实时需求，实现储能系统的多目标控制。
具体的，首先，读入储能系统并网点电压、频率实时数据，对数据进行实时分析处理，由储能并网国标得到储能是否需要紧急参与电网调频、调压的第一级判断：
采集某地区高比例可再生能源电网的发电机组、储能机组出力数据，通过对数据进行分析处理，得到电网对储能的实际需求；
储能系统的有功出力包括调峰计划出力和调频调度出力，无功出力主要为调压调度出力。本实施例主要针对光伏接入场景展开研究，系统惯性较低，且对于储能接入区域来说，储能参与调压所改善的电压环境比储能参与调频所改善的频率环境的优势更大，因此，选取电压偏差作为有功无功的综合优先级指标，当电压偏差超过并网标准后，令储能优先调压。
储能参与调压是针对电压偏差来确定储能的调压动作，本实施例选取实时电压偏差作为调压一级指标如下：
Δu(t)＝u(t)-uPCC (1)
其中,Δu(t)表示实时电压偏差，u(t)表示实时并网电压，uPCC表示额定并网电压。
由于储能有功出力包括调峰计划出力和调频调度出力，调峰计划出力是根据历史负荷预测曲线通过削峰填谷方法所确定的有功出力，调频调度出力是根据实时的负荷、频率数据通过调频控制策略计算所得有功出力。故选取实时频率偏差作为调频出力的优先级判断指标。本实施例选取实时频率偏差量作为调频一级指标如下：
Δf(t)＝f(t)-fPCC (2)
其中,Δf(t)表示实时频率偏差，f(t)表示实时频率，fPCC表示额定频率。
根据调频、调压一级指标，判断此时并网点电压、频率是否处于急需紧急支撑的状态，若电压、频率中存在某一项指标为紧急支撑状态，则储能系统切换为相应的调频/调压控制，否则，进行下一步。
其次，在第一级识别指标的基础上，选取电压、频率实时偏差量和调节死区之间的相对偏移率作为进一步判断电压、频率调节优先级的安稳性指标，根据对于储能电站参与电网调峰、调频、调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益：
由于储能容量有限，因此需要根据综合指标确定满足电网安稳经济运行的储能最优控制目标，进一步识别调峰、调频、调压不同控制目标的优先级，通过如图2所示的多层判断逻辑进行多目标优先排序，从安稳性指标和经济性指标两方面进行综合考虑。
安稳性指标定义为：当储能并网点的电压、频率处于相同优先级时，进一步衡量电压与频率发生偏移的严重程度。安稳性指标的物理意义为：电压、频率的偏移量与调节死区的位置关系。
Figure BDA0003925381690000101
Figure BDA0003925381690000102
其中,Δu'表示电压调节死区，Δu表示调压安稳性指标，Δf'表示频率死区，Δf表示调频安稳性指标。
经济性指标定义为：当储能并网点的电压、频率处于非紧急状态时，从经济性角度出发，通过判断储能参与电网调频、调压、调峰辅助服务的经济收益，进一步衡量储能控制策略的优先级。
储能系统的经济效益主要包括其全寿命周期成本和储能产生的直接、间接效益。由于储能系统在参与电网调峰、调频、调压等辅助服务时所考虑的成本相同，故本实施例所提出的经济性指标仅考虑其产生的收益。
储能参与电网调峰的经济收益主要为电网辅助应用补偿。目前，调峰辅助服务中的储能设施包括独立储能设施、集中式新能源场站配套储能设施等，门槛标准为5MW/10MWh，价格上限按照火电机组降出力调峰价格上限执行，若当日发生直调公用火电机组停机调峰，储能设施有偿调峰出清价格按照0.4元/kWh执行。
定义I1为储能参与调峰带来的收益，C1为调峰服务容量，单位为MWh，F1为储能设施有偿调峰出清价格，ηd为储能系统放电效率，PC、Pd分别表示储能充电宝放电功率，Δt表示充放电时间：
即：
Figure BDA0003925381690000111
储能参与电网调频的经济收益主要为节省电力系统投资和运行产生的费用，以及电网辅助应用补偿。AGC补偿计算规则为按调节里程进行补偿，调频里程是指其响应AGC控制指令后结束时的实际出力值与响应指令时的出力值之差的绝对值。
定义I2为储能参与调频带来的收益，C2为调频服务容量，单位为MWh，t为储能参与调频的时间，F2为储能设施有偿调峰出清价格，D为调频里程，K为调频系数：
即：
Figure BDA0003925381690000121
储能参与电网调压的经济收益主要为削减有功输出而获得的补偿和系统输出无功获得的收益。
当电网出现电压越限预警时，电网公司会发布部分时段内储能系统的并网有功限值Clim、补偿电价F3、储能系统吸收或者发出的感性无功需求以及无功电价FQ，此外，C1、C2分别表示储能参与削峰填谷、调频的容量，Δt表示储能系统运行时间。当储能系统的有功出力大于有功限额时，不会获得有功削减辅助服务收益；反之，储能系统将会根据有功削减量获得相应的收益。储能系统根据电网实际需求发出或吸收无功功率，获得无功辅助服务收益I3，即：
Figure BDA0003925381690000122
储能最终的实际有功出力和实际无功出力与PCS容量C有关，因此需满足有功出力与无功出力的平方和在PCS容量的平方之内，所以储能有功无功的出力受此约束。
Figure BDA0003925381690000123
其中，C1、C2、C3分别表示储能参与削峰填谷、调频、调压的容量，C表示储能变流器的总容量。
最后，将安稳性指标和经济性指标进行加权分析，得到符合电网实际运行的权重系数；同时考虑技术性与经济性，得到兼顾新能源消纳和电网安稳经济运行的综合指标。
本实施例中所定义的综合指标为：综合考虑电压、频率第一级指标、安稳性指标和经济性指标，得到兼顾电网安稳经济运行的综合指标。定义S1、S2、S3分别为储能参与电网调峰、调频、调压辅助服务的综合评价指标。
Figure BDA0003925381690000131
Figure BDA0003925381690000132
/>
Figure BDA0003925381690000133
其中，λ1,p、λ2,p、λ3,p分别为当储能参与电网调峰时，各指标对于调峰综合评价指标的影响权重；λ1,f、λ2,f、λ3,f分别为当储能参与电网调峰时，各指标对于调频综合评价指标的影响权重；λ1,u、λ2,u、λ3,u分别为当储能参与电网调峰时，各指标对于调压综合评价指标的影响权重，Δfi、Δui分别表示i时刻的安稳性指标，I1、I2、I3分别表示储能参与电网削峰填谷、调频、调压的经济性指标。
依据综合指标，根据如图2所示的多层逻辑判断得到储能系统的最优控制目标，并实时切换储能系统的控制策略。
图3(a)和图3(b)分别为未采用本实施例中的方法以调峰目标的储能系统有功出力示意图和无功出力示意图，图4(a)和图4(b)分别为采用本实施例中所提供的方法的储能系统实时有功出力示意图和无功出力示意图。
实施例二
本公开实施例二介绍了一种储能系统的多目标控制系统。
如图5所示的一种储能系统的多目标控制系统，包括：
获取模块，其被配置为获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
初步判断模块，其被配置为基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
构建模块，其被配置为根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；
计算模块，其被配置为对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行权重分析及加权计算，得到储能系统的综合指标；
控制模块，其被配置为根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制。
详细步骤与实施例一提供的储能系统的多目标控制方法相同，在此不再赘述。
实施例三
本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例一提供的储能系统的多目标控制方法相同，在此不再赘述。
实施例四
本公开实施例四提供了一种电子设备。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例一提供的储能系统的多目标控制方法相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种储能系统的多目标控制方法，其特征在于，包括：
获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；
根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；
对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行权重分析及加权计算，得到储能系统的综合指标；
根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制；
所述第一级识别指标包括实时电压偏差和实时频率偏差量；
所述实时电压偏差为储能并网点的电压相对于并网额定电压的偏差量；
所述实时频率偏差量储能并网点的频率相对于并网额定频率的偏差量；
当储能并网点的电压、频率处于相同优先级时，通过构建储能系统的安稳性指标来衡量电压与频率发生偏移的严重程度；所述储能系统的安稳性指标为电压、频率实时偏差量和调节死区之间的相对偏移率；
当储能并网点的电压、频率处于非紧急状态时，通过判断储能参与电网调频、调压、调峰辅助服务的经济收益，构建储能系统的经济性指标，衡量储能控制策略的优先级。
2.如权利要求1中所述的一种储能系统的多目标控制方法，其特征在于，在基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态的过程中，根据并网国标将所获取的储能系统并网点的实时电压和实时频率划分为调节死区、稳态调节和紧急支撑三个调节区间，根据所构建的第一级识别指标判断储能系统的电压和频率是否需要紧急支撑，若需要则进行储能系统的调频控制或调压控制；否则完成对储能系统运行状态的初步判断。
3.如权利要求1中所述的一种储能系统的多目标控制方法，其特征在于，所述储能系统的综合指标为
Figure FDA0004178088860000021
其中，S1、S2、S3分别表示储能系统的电网调峰综合评价指标、电网调频综合评价指标、电网调压辅助服务综合评价指标；λ1,p、λ2,p、λ3,p分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调峰综合评价指标的影响权重；λ1,f、λ2,f、λ3,f分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调频综合评价指标的影响权重；λ1,u、λ2,u、λ3,u分别表示当储能参与电网调峰时，各个指标对于调压综合评价指标的影响权重，Δfi、Δui分别表示i时刻的安稳性指标，I 1、I 2、I 3分别表示储能参与电网削峰填谷、调频、调压的经济性指标。
4.如权利要求1中所述的一种储能系统的多目标控制方法，其特征在于，根据所得到的综合指标，确定电网对储能系统削峰填谷、调频、调压的的实时需求，根据多层逻辑判断得到储能系统的最优控制目标，实现储能系统的多目标控制。
5.一种储能系统的多目标控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，其被配置为获取储能系统并网点的实时电压和实时频率；
初步判断模块，其被配置为基于所获取的实时电压和实时频率构建储能系统的第一级识别指标，初步判断储能系统的运行状态；
构建模块，其被配置为根据初步判断后的储能系统的电压和频率以及所构建的第一级识别指标，构建储能系统的安稳性指标；根据储能电站参与电网调峰、调频和调压的辅助补偿收益，计算储能系统在以不同目标运行时的经济效益，构建储能系统的经济性指标；
计算模块，其被配置为对所构建的第一级识别指标、安稳性指标和经济性指标进行权重分析及加权计算，得到储能系统的综合指标；
控制模块，其被配置为根据所得到的综合指标确定电网对储能系统参与削峰填谷、调频和调压的实时需求，实现储能系统的多目标控制；
所述第一级识别指标包括实时电压偏差和实时频率偏差量；
所述实时电压偏差为储能并网点的电压相对于并网额定电压的偏差量；
所述实时频率偏差量储能并网点的频率相对于并网额定频率的偏差量；
当储能并网点的电压、频率处于相同优先级时，通过构建储能系统的安稳性指标来衡量电压与频率发生偏移的严重程度；所述储能系统的安稳性指标为电压、频率实时偏差量和调节死区之间的相对偏移率；
当储能并网点的电压、频率处于非紧急状态时，通过判断储能参与电网调频、调压、调峰辅助服务的经济收益，构建储能系统的经济性指标，衡量储能控制策略的优先级。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的储能系统的多目标控制方法中的步骤。
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