CN117220302A - 火储联合调频储能容量优化配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电厂火储联合调频技术领域，具体涉及一种火储联合调频储能容量优化配置方法及系统。所述配置方法包括：计算AGC服务补偿收益；计算火电机组的调频成本；计算储能装置的调频成本；基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。本申请提供的方法，基于净效益期望最大选择最优滤波阶数,实现AGC过程中火储联合调度调频储能容量优化配置。根据净效益期望合理的设置储能容量,从而在提高电网频率稳定性的基础上,提高储能运行经济性,为储能电站的建设提供理论指导。

Description

火储联合调频储能容量优化配置方法及系统

技术领域

本申请涉及电厂火储联合调频技术领域，具体涉及一种火储联合调频储能容量优化配置方法和一种火储联合调频储能容量优化配置系统。

背景技术

近年来，储能系统联合火电机组参与调频服务的模式得到快速推广应用。在调频过程中，储能调频容量设置过大将会使成本大大提，而容量过小又使火电机组频繁响应AGC指令,降低火电机组的运行效率并增加运行和维护成本。因此，根据电网实际调频需求，并结合火电和储能的调频性能、成本等影响因素，合理优化配置参与调频的储能容量，对于改善电网运行的经济性和稳定性都具有重要的现实意义。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种火储联合调频储能容量优化配置方法及装置。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种火储联合调频储能容量优化配置方法，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，所述配置方法包括：计算AGC服务补偿收益；计算火电机组的调频成本；计算储能装置的调频成本；基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述目标函数如下：

式(1)中，i表示典型日的类型编号；B(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的AGC服务补偿收益函数；W_G(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的火电机组的调频成本函数；W_C(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的储能装置的调频成本函数；P_i表示第i类典型AGC运行日的出现概率。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述AGC服务补偿收益B的计算公式如下：

B＝P_AGCt_AGCK_PY_AGC (2)

式(2)中，P_AGC表示火电机组AGC调节可用容量，t_AGC表示火电机组全天AGC补偿计算时间，Y_AGC表示补偿标准系数；K_P表示火电机组的调频性能综合指标。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，火电机组的调频性能综合指标K_P的计算公式如下：

K_P＝K₁*K₂*K₃ (3)

式(3)中，K₁表示调节速率指标；K₂表示响应时间指标；K₃表示调节精度指标。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述调节速率指标K₁的计算公式如下：

K₁＝V/V_pu (4)

式(4)中，V表示发电单元实测速率，即由输出变化除以时间间隔得出的对应实测速率；V_pu表示调频资源分布区内AGC发电单元平均标准调节速率；其中，P_e、P_s表示某次调节过程开始和结束时的火电机组实发功率，T_e、T_s表示该次调节过程的开始时间和结束时间。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述响应时间指标K₂的计算公式如下：

式(5)中，τ表示发电单元AGC动作与发电单元接到AGC指令之间的延迟时间。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述调节精度指标K₃的计算公式如下：

式(6)中，ΔP表示发电单元调节误差，指发电单元响应AGC指令后实际出力值与控制指令值的偏差，ΔP_N表示发电单元调节允许误差；其中t₁、t₂表示计算K₃有效区间的开始和结束时刻；P_a表示计算K₃有效区间过程中的AGC指令值；P(t)表示t时刻的机组实发功率值。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述火电机组的调频成本的计算公式如下：

W_G＝∑_t W_P|P_G(t+1)-P_G(t)|Δt+∑_t W₀|P_G(t)|t (7)

式(7)中，P_G(t)、P_G(t+1)分别表示火电机组在t和t+1时刻接收的AGC信号，W_P表示每兆瓦火电机组因频繁爬坡产生的额外成本，W₀表示每兆瓦火电机组因偏离经济调度曲线出力产生的额外成本。

基于第一方面，在本申请一些实施例中，所述储能装置包括储能变流器和储能单元；

储能装置的调频成本的计算公式如下：

W_C＝W_cpP^sto*τ+W_csE^stoθ (8)

式(8)中，W_cp和W_cs表示单位功率和单位能量的成本，τ和θ分别表示储能变流器的使用率和储能单元的使用率，P^sto、E^sto分别表示储能装置参与调频所需配置的功率容量和能量容量；其中，T_L表示储能装置的寿命；其中，/>N_cyc表示储能装置的循环次数。

第二方面，本申请提供一种火储联合调频储能容量优化配置系统，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，所述配置系统包括：第一计算模块，用于计算AGC服务补偿收益；第二计算模块，用于计算火电机组的调频成本；第三计算模块，用于计算储能装置的调频成本；构建模块，用于基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；解算模块，用于求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。

采用本申请提供的火储联合调频储能容量优化方法，基于净效益期望最大选择最优滤波阶数,实现AGC过程中火储联合调度调频储能容量优化配置。根据净效益期望合理的设置储能容量,从而在提高电网频率稳定性的基础上,提高储能运行经济性,为储能电站的建设提供理论指导。

本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：

图1示意性示出了本申请实施例的火储联合调频储能容量优化方法的流程示意图；

图2示意性示出了本申请实施例的火储联合调频储能容量优化方法的应用环境示意图；

图3示意性示出了本申请实施例的火储联合调频储能容量优化装置的结构框图。

附图标记说明

102-终端；104-服务器；A01-处理器；A02-网络接口；A03-内存储器；A04-显示屏；A05-输入装置；A06-非易失性存储介质；B01-操作系统；B02-计算机程序。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

本实施例提供一种火储联合调频储能容量优化配置方法，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，所述配置方法包括：

S1、计算AGC服务补偿收益；

具体的，所述AGC服务补偿收益B的计算公式如下：

B＝P_AGCt_AGCK_PY_AGC (2)

式(2)中，P_AGC表示火电机组AGC调节可用容量，t_AGC表示火电机组全天AGC补偿计算时间，Y_AGC表示补偿标准系数；K_P表示火电机组的调频性能综合指标。其中，火电机组的调频性能综合指标K_P的计算公式如下：

K_P＝K₁*K₂*K₃ (3)

式(3)中，K₁表示调节速率指标；K₂表示响应时间指标；K₃表示调节精度指标。

具体的，所述调节速率指标K₁的计算公式如下：

K₁＝V/V_pu (4)

式(4)中，V表示发电单元实测速率，即由输出变化除以时间间隔得出的对应实测速率；V_pu表示调频资源分布区内AGC发电单元平均标准调节速率；其中，P_e、P_s表示某次调节过程开始和结束时的火电机组实发功率，T_e、T_s表示该次调节过程的开始时间和结束时间。

响应时间指标K₂的计算公式如下：

式(5)中，τ表示发电单元AGC动作与发电单元接到AGC指令之间的延迟时间。

调节精度指标K₃的计算公式如下：

式(6)中，ΔP表示发电单元调节误差，指发电单元响应AGC指令后实际出力值与控制指令值的偏差，ΔP_N表示发电单元调节允许误差；其中t₁、t₂表示计算K₃有效区间的开始和结束时刻；P_a表示计算K₃有效区间过程中的AGC指令值；P(t)表示t时刻的机组实发功率值。

S2、计算火电机组的调频成本；

具体的，所述火电机组的调频成本W_G的计算公式如下：

W_G＝∑_t W_P|P_G(t+1)-P_G(t)|Δt+∑_t W₀|P_G(t)|t (7)

式(7)中，P_G(t)、P_G(t+1)分别表示火电机组在t和t+1时刻接收的AGC信号，W_P表示每兆瓦火电机组因频繁爬坡产生的额外成本，W₀表示每兆瓦火电机组因偏离经济调度曲线出力产生的额外成本。

S3、计算储能装置的调频成本；

具体的，所述储能装置包括储能变流器和储能单元；

储能装置的调频成本W_C的计算公式如下：

W_C＝W_cpP^sto*τ+W_csE^stoθ (8)

式(8)中，W_cp和W_cs表示单位功率和单位能量的成本，τ和θ分别表示储能变流器的使用率和储能单元的使用率，P^sto、E^sto分别表示储能装置参与调频所需配置的功率容量和能量容量；其中，T_L表示储能装置的寿命；其中，/>N_cyc表示储能装置的循环次数。

S4、基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；

具体的，目标函数如下：

式(1)中，i表示典型日的类型编号；B(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的AGC服务补偿收益函数；W_G(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的火电机组的调频成本函数；W_C(i，d)表示第i类典型日的滤波阶数d的储能装置的调频成本函数；P_i表示第i类典型AGC运行日的出现概率。

S5、求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。

具体的，可基于固有模态分量构造AGC信号时空滤波器，选取合适的滤波阶数d。由于d值的改变会引起各性能指标(K₁、K₂和K₃)、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本的改变，因此可通过仿真模拟计算出不同d值情况下的综合净效益，将综合净效益最大时对应的d值作为储能和火电机组分配调频功率的分界点。利用EEMD子系统将AGC信号中真实存在的不同时间尺度或趋势的分量逐级分解出来，产生一系列具有相同时间尺度的数据序列，如下所示：

式(9)中，X(t)表示待分解信号，h_i(t)表示原始信号的第i阶固有模态分量；r_n(t)表示分解余项，n表示分解阶次。

将原始信号分解成两部分，令储能装置承担频率较高的部分，频率较高的部分为：

火电机组承担的调频功率信号可表示为：

式(11)中，0≤d≤n。

基于储能装置和火电机组承担的频率范围设置储能容量配置。

本申请提供的火储联合调频储能容量优化配置方法，可以应用于如图2所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与服务器104通过网络进行通信。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

图1为一个实施例中火储联合调频储能容量优化配置方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

实施例2

本实施例提供一种火储联合调频储能容量优化配置系统，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，所述配置系统包括：第一计算模块，用于计算AGC服务补偿收益；第二计算模块，用于计算火电机组的调频成本；第三计算模块，用于计算储能装置的调频成本；构建模块，用于基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；解算模块，用于求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。

采用本实施例提供的系统能够实现实施例1中所述的方法，具体方法步骤见实施例1中所述，在此不作赘述。

本实施例中，还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器A01、网络接口A02、显示屏A04、输入装置A05和存储器(图中未示出)。其中，该计算机设备的处理器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A06。该非易失性存储介质A06存储有操作系统B01和计算机程序B02。该内存储器A03为非易失性存储介质A06中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器A01执行时以实现一种火储联合调频储能容量优化配置方法。该计算机设备的显示屏A04可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置A05可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种火储联合调频储能容量优化配置方法，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，其特征在于，所述配置方法包括：

计算AGC服务补偿收益；

计算火电机组的调频成本；

计算储能装置的调频成本；

基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；

求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。

2.根据权利要求1所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述目标函数如下：

式(1)中，i表示典型日的类型编号；B(i,d)表示第i类典型日的滤波阶数d的AGC服务补偿收益函数；W_G(i,d)表示第i类典型日的滤波阶数d的火电机组的调频成本函数；W_C(i,d)表示第i类典型日的滤波阶数d的储能装置的调频成本函数；P_i表示第i类典型AGC运行日的出现概率。

3.根据权利要求1所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述AGC服务补偿收益B的计算公式如下：

B＝P_AGCt_AGCK_PY_AGC (2)

式(2)中，P_AGC表示火电机组AGC调节可用容量，t_AGC表示火电机组全天AGC补偿计算时间，Y_AGC表示补偿标准系数；K_P表示火电机组的调频性能综合指标。

4.根据权利要求3所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，火电机组的调频性能综合指标K_P的计算公式如下：

K_P＝K₁*K₂*K₃ (3)

式(3)中，K₁表示调节速率指标；K₂表示响应时间指标；K₃表示调节精度指标。

5.根据权利要求4所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述调节速率指标K₁的计算公式如下：

K₁＝V/V_pu (4)

式(4)中，V表示发电单元实测速率，即由输出变化除以时间间隔得出的对应实测速率；V_pu表示调频资源分布区内AGC发电单元平均标准调节速率；其中，P_e、P_s表示某次调节过程开始和结束时的火电机组实发功率，T_e、T_S表示该次调节过程的开始时间和结束时间。

6.根据权利要求4所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述响应时间指标K₂的计算公式如下：

式(5)中，τ表示发电单元AGC动作与发电单元接到AGC指令之间的延迟时间。

7.根据权利要求6所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述调节精度指标K₃的计算公式如下：

式(6)中，ΔP表示发电单元调节误差，指发电单元响应AGC指令后实际出力值与控制指令值的偏差，ΔP_N表示发电单元调节允许误差；其中t₁、t₂表示计算K₃有效区间的开始和结束时刻；P_a表示计算K₃有效区间过程中的AGC指令值；P(t)表示t时刻的机组实发功率值。

8.根据权利要求1所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述火电机组的调频成本的计算公式如下：

W_G＝∑_tW_P|P_G(t+1)-P_G(t)|Δt+∑_tW₀|P_G(t)|t (7)

式(7)中，P_G(t)、P_G(t+1)分别表示火电机组在t和t+1时刻接收的AGC信号，W_P表示每兆瓦火电机组因频繁爬坡产生的额外成本，W₀表示每兆瓦火电机组因偏离经济调度曲线出力产生的额外成本。

9.根据权利要求1所述的火储联合调频储能容量优化配置方法，其特征在于，所述储能装置包括储能变流器和储能单元；

储能装置的调频成本的计算公式如下：

W_C＝W_cpP^sto*τ+W_csE^stoθ (8)

式(8)中，W_cp和W_cs表示单位功率和单位能量的成本，τ和θ分别表示储能变流器的使用率和储能单元的使用率，P^sto、E^sto分别表示储能装置参与调频所需配置的功率容量和能量容量；其中，T_L表示储能装置的寿命；其中，/>N_cyc表示储能装置的循环次数。

10.一种火储联合调频储能容量优化配置系统，适用于火电机组和储能装置联合参与调频的电力系统，其特征在于，所述配置系统包括：

第一计算模块，用于计算AGC服务补偿收益；

第二计算模块，用于计算火电机组的调频成本；

第三计算模块，用于计算储能装置的调频成本；

构建模块，用于基于AGC服务补偿收益、火电机组的调频成本和储能装置的调频成本构建以电厂的综合净效益期望最大为目标的目标函数；

解算模块，用于求解目标函数，获取综合净效益最大的情况下的火电机组和储能装置的容量配置方案。