本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種面向系統(tǒng)調(diào)控需求的儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置方法，其特點是：從風電對整個電網(wǎng)功率的不平衡性角度出發(fā)，調(diào)控風電場群輸出功率不超出整個電網(wǎng)功率平衡目標的同時，在剩余的電網(wǎng)可利用空間下，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，并建立風儲運行經(jīng)濟性評估模型，以綜合收益最大為目標，確定最佳儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，優(yōu)化儲能系統(tǒng)容量，延長其使用壽命，提高新能源電量的入網(wǎng)規(guī)模，有效利用電網(wǎng)可接納風電空間。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及風力發(fā)電
，是一種面向系統(tǒng)調(diào)控需求的儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置方 法。
技術(shù)介紹
目前，我國面臨著能源枯竭與環(huán)境污染的雙重壓力，開發(fā)利用可再生能源獲得廣 泛關(guān)注。《中國的能源政策（2012)》白皮書提出我國要大力發(fā)展新能源和可再生能源，實現(xiàn) 2020年非化石能源消費比重達到15%的目標。而風力發(fā)電因其環(huán)境友好在全球范圍內(nèi)得 到迅猛發(fā)展，截至2013年，全球風電年新增總裝機容量35GW，累計裝機容量已達318GW。然 而，隨著風電并網(wǎng)規(guī)模的擴大，風電功率的隨機性和間歇性使得既有電網(wǎng)有功功率調(diào)節(jié)能 力下降，制約了系統(tǒng)接納風電的能力，導致大量棄風現(xiàn)象出現(xiàn)。 儲能系統(tǒng)具有快速充放電能力，能夠動態(tài)吸收能量并適時釋放，因此可以有效優(yōu) 化調(diào)控風電功率，在提高風電入網(wǎng)規(guī)模的同時，保障電力系統(tǒng)安全運行。然而，由于儲能系 統(tǒng)投資成本高，極大限制儲能系統(tǒng)的配置容量，從而影響了儲能系統(tǒng)的調(diào)控性能。因此設(shè)計 合理的儲能系統(tǒng)運行控制方法對儲能系統(tǒng)運行具有重大意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，從風電對整個電網(wǎng)功率的不平衡性角度出發(fā)，提 出一種面向電力系統(tǒng)調(diào)控需求的儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置方法，該方法綜合考慮了儲能系統(tǒng)成 本、壽命、多接納風電收益等因素，以綜合收益最大為目標，來確定儲能系統(tǒng)容量。 解決其技術(shù)問題采用的方案是，一種面向系統(tǒng)調(diào)控需求的儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置方 法，其特征是，調(diào)控風電場群輸出功率不超出整個電網(wǎng)功率平衡目標的同時，在剩余的電網(wǎng) 可利用空間下，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化 管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，建立風儲運行經(jīng)濟性評估模 型，以綜合收益最大為目標，確定最佳所需儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，優(yōu)化儲能系統(tǒng)容量，延長其 使用壽命，提高新能源電量的入網(wǎng)規(guī)模，有效利用電網(wǎng)可接納風電空間，它包括以下步驟： 1)儲能系統(tǒng)放電區(qū)間的設(shè)定 在接納風電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū) 間a，〇<a〈100%，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風電后剩余的空間比值為a;若系統(tǒng)無剩 余可利用空間時a= 1，若儲能系統(tǒng)不放電a= 〇 ;基于放電區(qū)間a的儲能系統(tǒng)充放電功 率如下：【主權(quán)項】1. ，其特征是，調(diào)控風電場群輸出功 率不超出整個電網(wǎng)功率平衡目標的同時，在剩余的電網(wǎng)可利用空間下，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電 區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功 率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，建立風儲運行經(jīng)濟性評估模型，以綜合收益最大為目標，確定 最佳所需儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，優(yōu)化儲能系統(tǒng)容量，延長其使用壽命，提高新能源電量的入網(wǎng) 規(guī)模，有效利用電網(wǎng)可接納風電空間，它包括以下步驟： 1) 儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間設(shè)定 在接納風電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間 α，〇< α〈1〇〇%，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風電后剩余的空間比值為α ;若系統(tǒng)無剩余 可利用空間時α = 1，若儲能系統(tǒng)不放電α = 〇 ;基于放電區(qū)間α的儲能系統(tǒng)充放電功率 如下：其中PESS(t)為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率；Pwd(t)、分別為t時刻風電場群實 際輸出功率之和以及風電可運行域極值；α為儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間； 面向系統(tǒng)需求區(qū)間的儲能系統(tǒng)充放電能量Et以及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放 電累積容量Wt如下所示：其中h，t2分別為充放電的起始與結(jié)束時刻；ηndisdmge分別為儲能系統(tǒng)的充放 電效率；Pess為儲能系統(tǒng)充放電功率；E C1為儲能系統(tǒng)初始能量；風電場群所需配置儲能系統(tǒng) 容量Ipt如下所示： Wopt= max {ff J-min {ffj , t = I, 2, ---,N (4) 其中max{Wt}為各調(diào)度時段累計容量最大值，min{Wt}為各調(diào)度時段累計容量最小值， N為儲能系統(tǒng)總控制時段； 2. SOC分層控制策略 構(gòu)建SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)充放電功率進行實時修正，確保儲能系統(tǒng)具有良 好工作性能；將儲能系統(tǒng)SOC按照充放電能力分為以下五個層次：不充電緊急層、少充電預(yù) 防層、正常充放電安全層、少放電預(yù)防層、不放電緊急層；儲能系統(tǒng)充放電能量需求值P ESS， 經(jīng)儲能能量管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令 P?x：_Es;Ksa；值與Sigmoid函數(shù)特性類似，因此利用Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如 下所示： 儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，Pess (t)>0Xf (S S min) / (Spre-min Smin) (8) 經(jīng)調(diào)整系數(shù)修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率Psc^ess (t)為： Psoc-ESS ⑴-KsocPess ⑴ （9) 其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；Smax為不充電緊急層的下限；S max、Spm imx為少充電預(yù)防 層的上下限；Spm _、Spm min為正常充放電安全層的上下限；S min為少放電預(yù)防層的下限；X。 為儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算KS(X；的系數(shù)；X f為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算K ^的系數(shù)； 3)風儲系統(tǒng)經(jīng)濟性評估模型 評估模型以風儲運行最終收益最大為目標，其目標函數(shù)表示如下： max (Rincome-Tinvest) (10) 其中為儲能系統(tǒng)總收益費用，T inTCSt為儲能系統(tǒng)投資費用； 模型的投資主要由儲能系統(tǒng)容量投資與其運行維護費用兩部分組成，表示為： Tinvest= W OptP+WoptMn (11) 其中，P為儲能系統(tǒng)的單位容量價格；M為儲能系統(tǒng)年運行維護費用；η為儲能系統(tǒng)的運 行年限； 模型的收益主要分為配置儲能系統(tǒng)多接納的電量收益，儲能系統(tǒng)存儲能量改變量收益 以及減少化石燃料發(fā)電的氣體排放量所帶來的環(huán)境保護收益三部分； 采用儲能系統(tǒng)面向系統(tǒng)需求的控制策略，多接納電量收益Rsw為：其中Esw為利用儲能裝置面向系統(tǒng)需求控制后電網(wǎng)多接納的風電電量；P sw為利用儲能 裝置面向系統(tǒng)需求調(diào)控后風場實際發(fā)電功率；Isw為風電上網(wǎng)電價；Pw為未安裝儲能裝置風 電場輸出功率；t為每個調(diào)度日內(nèi)的調(diào)度時段，At為調(diào)度時間， 儲能系統(tǒng)在調(diào)度日內(nèi)累計的存儲電量的變化量Es，其帶來存儲電量收益Rs: Rs=EsIs (14)其中Is為儲能電量上網(wǎng)電價，Et表示儲能系統(tǒng)1個調(diào)度日內(nèi)剩余電量； 風儲電量的增加促進新能源開發(fā)利用，減少化石燃料用量與減排費用，為環(huán)境保護帶 來收益；具體環(huán)境收益1?〇)2為：其中1?2為傳統(tǒng)發(fā)電機組產(chǎn)生單位電能所排放CO2的減排價格，m。。# IkW · h的電能 向大氣排放的〇)2的質(zhì)量。【專利摘要】本專利技術(shù)涉及，其特點是：從風電對整個電網(wǎng)功率的不平衡性角度出發(fā)，調(diào)控風電場群輸出功率不超出整個電網(wǎng)功率平衡目標的同時，在剩余的電網(wǎng)可利用空間下，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，并建立風儲運行經(jīng)濟性評估模型，以綜合收益最大為目標，確定最佳儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，優(yōu)化儲能系統(tǒng)容量，延長其使用壽命，提高新能源電量的入網(wǎng)規(guī)模，有效利用電網(wǎng)可接納風電空間。【IPC分類本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種面向系統(tǒng)調(diào)控需求的儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置方法，其特征是，調(diào)控風電場群輸出功率不超出整個電網(wǎng)功率平衡目標的同時，在剩余的電網(wǎng)可利用空間下，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，建立風儲運行經(jīng)濟性評估模型，以綜合收益最大為目標，確定最佳所需儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，優(yōu)化儲能系統(tǒng)容量，延長其使用壽命，提高新能源電量的入網(wǎng)規(guī)模，有效利用電網(wǎng)可接納風電空間，它包括以下步驟：1)儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間設(shè)定在接納風電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間α，0≤α<100％，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風電后剩余的空間比值為α；若系統(tǒng)無剩余可利用空間時α＝1，若儲能系統(tǒng)不放電α＝0；基于放電區(qū)間α的儲能系統(tǒng)充放電功率如下：PESS(t)=pwd(t)-Plimitspace(t)Pwd(t)>PlimitspacePESS(t)=α(Pwd(t)-Plimitspace(t))Pwd(t)<Plimitspace(t)---(1)]]>其中PESS(t)為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率；Pwd(t)、分別為t時刻風電場群實際輸出功率之和以及風電可運行域極值；α為儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間；面向系統(tǒng)需求區(qū)間的儲能系統(tǒng)充放電能量Et以及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放電累積容量Wt如下所示：Et=∫t1t2PESSηchargedtPESS>0∫t1t2PESS/ηdischargedtPESS<0---(2)]]>Wt=E0+Σi=1tEt---(3)]]>其中t1，t2分別為充放電的起始與結(jié)束時刻；ηcharge，ηdischarge分別為儲能系統(tǒng)的充放電效率；PESS為儲能系統(tǒng)充放電功率；E0為儲能系統(tǒng)初始能量；風電場群所需配置儲能系統(tǒng)容量Wopt如下所示：Wopt＝max{Wt}?min{Wt},t＝1,2,…,N?????(4)其中max{Wt}為各調(diào)度時段累計容量最大值，min{Wt}為各調(diào)度時段累計容量最小值，N為儲能系統(tǒng)總控制時段；2)SOC分層控制策略構(gòu)建SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)充放電功率進行實時修正，確保儲能系統(tǒng)具有良好工作性能；將儲能系統(tǒng)SOC按照充放電能力分為以下五個層次：不充電緊急層、少充電預(yù)防層、正常充放電安全層、少放電預(yù)防層、不放電緊急層；儲能系統(tǒng)充放電能量需求值PESS，經(jīng)儲能能量管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù)KSOC進行動態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令PSOC_ESS；KSOC值與Sigmoid函數(shù)特性類似，因此利用Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如下所示：儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，PESS(t)>0KSOC=0,Smax≤S≤100%11+e-10(xc-0.5),Spre_max<S<Smax1,0≤S≤Spre_max---(5)]]>xc＝(S?Smax)/(Spre_max?Smax)?????????(6)儲能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)下，PESS(t)<0KSOC=0,0%≤S≤Smin11+e-10(xf-0.5),Smin<S<Spre_min1,Spre_min≤S≤100%---(7)]]>xf＝(S?Smin)/(Spre_min?Smin)?????????(8)經(jīng)調(diào)整系數(shù)KSOC修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率PSOC_ESS(t)為：PSOC_ESS(t)＝KSOCPESS(t)???????(9)其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；Smax為不充電緊急層的下限；Smax、Spre_max為少充電預(yù)防層的上下限；Spre_max、Spre_min為正常充放電安全層的上下限；Smin為少放電預(yù)防層的下限；Xc為儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算KSOC的系數(shù)；Xf為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算KSOC的系數(shù)；3)風儲系統(tǒng)經(jīng)濟性評估模型評估模型以風儲運行最終收益最大為目標，其目標函數(shù)表示如下：max(Rincome?Tinvest)????????(10)其中Rincome為儲能系統(tǒng)總收益費用，Tinvest為儲能系統(tǒng)投資費用；模型的投資主要由儲能系統(tǒng)容量投資與其運行維護費用兩部分組成，表示為：Tinvest＝WoptP+WoptMn???????????(11)其中，P為儲能系統(tǒng)的單位容量價格；M為儲能系統(tǒng)年運行維護費用；n為儲能系統(tǒng)的運行年限；模型的收益主要分為配置儲能系統(tǒng)多接納的電量收益，儲能系統(tǒng)存儲能量改變量收益以及減少化石燃料發(fā)電的氣體排放量所帶來的環(huán)境保護收益三部分；采用儲能系統(tǒng)面向系統(tǒng)需求的控制策略，多接納電量收益Rsw為：Rsw＝EswIsw????...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李軍徽，嚴干貴，葛延峰，王月，馮凱翔，
申請(專利權(quán))人：東北電力大學，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林;22
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