[发明专利]协调风电场参与电力系统一次调频的储能配置方法

摘要

本发明是一种协调风电场参与电力系统一次调频的储能配置方法，其特点是：包括风电场为电力系统提供一次调频备用的比例弃风法、风电场有效备用容量的确定、风电场为电力系统提供一次调频备用时弃风利用率的评价指标、协调风电场参与电力系统一次调频储能系统的控制策略A、协调风电场参与电力系统一次调频储能系统的控制策略B和储能系统额定功率容量和额定能量容量的确定等内容：能够在提供相同的一次调频备用的前提下，减少弃风电量带来的风电场的经济损失，实现储能系统额定功率及能量容量的最优配置，做到效益最大化。具有方法科学合理，效果佳，适用性强等优点。

主权项

一种协调风电场参与电力系统一次调频的储能配置方法，其特征在于：它包括以下内容：1)风电场为电力系统提供一次调频备用的比例弃风法风电场为电力系统提供一次调频备用的比例弃风法就是基于风电场最大有功出力，按照一定的比例进行弃风，弃风容量为式(1)P_curt(t)＝(1‑α)P_avali(t)             (1)式中P_curt(t)为弃风容量；α为弃风比例系数，α∈(0,1)，α的具体取值取决与电力系统调度部分对风电场下达的备用容量要求；P_avali(t)为瞬时最大可发电功率；2)风电场有效备用容量的确定因由于风电功率具波动性，风电功率在调度周期T内也会随着风速的变化而不断变化，由步骤1)可知，当弃风比例系数α为某一固定值、风电最大可发电功率发生变化时，所产生的弃风容量也随之变化，为保证风电场能够在调度周期T内提供恒定的一次备用容量，需要参考T时间内的最小弃风容量，即有效备用容量，则有效备用容量R_{avail_T}为：R_avail‑T＝min(P_curtailed[t₀,t₀+T])              (2)式中P_curtailed为弃风容量；3)风电场为电力系统提供一次调频备用时弃风利用率的评价指标由步骤2可知，采用比例弃风法得到的弃风电量的一部分并不能为电力系统提供一次调频备用，所以定义这部分弃风电量为无用弃风电量E_{cur_unused}，这部分风能无论对于电力系统还是对于风电场都是一种能量的浪费，为了定量分析比例弃风法的能量浪费情况，定义了弃风利用率η这一评价指标：$\mathrm{\η}=(1-\frac{E_{cur\_unused}}{E_{curiailed}})\×100\%---\left(3\right)$式中E_curtailed代表总弃风电量，由弃风利用率的含义可知，对于比例弃风法弃风利用率越高说明风能浪费越少，一次备用的效率越高；4)协调风电场参与电力系统一次调频储能系统的控制策略A应用比例弃风法，在满足一次调频备用持续输出15min的条件下，选择一个指令周期T内最大弃风容量为有效备用容量R_avail‑T，即：R_avail‑T＝max(P_curtailed[t₀,t₀+T])             (4)式中P_curtailed为比例弃风法所产生的弃风容量；当风电场结合储能系统参与电力系统一次调频时，储能系统的放电功率P_ESS‑dis＝R_avail‑T‑P_curtailed；由实际电力系统的运行原理可知，电力系统的一次调频备用只有在电力系统发生较大功率或者频率波动时才被释放出来，所以在电力系统需要风电场提供一次调频备用但是没有发生较大功率波动的调度周期内，风电场不需要释放一次调频备用，此时储能系统的放电功率P_ESS‑dis＝0；5)协调风电场参与电力系统一次调频储能系统的控制策略B应用比例弃风法，在满足一次调频备用持续输出15min的条件下，选择一个指令周期T内弃风容量的平均值作为有效备用容量R_avail‑T，即：$R_{avail-T}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{curtailed}\left(i\right)/n---\left(5\right)$式中n为一个调度指令周期T内风电数据的点数，P_curtailed(i)表示第i个时刻对应的弃风容量；当风电场结合储能系统参与电力系统一次调频时，储能系统的放电功率为P_ESS‑dis＝R_avail‑T‑P_curtailed(R_avail‑T≥P_curtailed)；储能系统的充电功率为P_ESS‑char＝P_curtailed‑R_avail‑T(R_avail‑T＜P_curtailed)；6)储能系统额定功率容量和额定能量容量的确定结合高风电渗透率电力系统的一次调频需求场景，确定一年时间a内的需要储能系统辅助风电场提供一次调频的调度时段，步骤4)和步骤5)提出的两种储能控制策略，确定时长a内的两种控制策略的充放电功率；对分析时长a内的充放电功率进行统计学分析，考虑储能系统的经济性，确定两种控制策略下的额定功率P^A_rate及P^B_rate；结合所确定的P^A_rate及P^B_rate及储能系统辅助风电场参与电力系统一次调频的场景，确定两种控制策略下的对应的额定能量容量E^A_rate及E^B_rate；考虑安装锂电池储能系统辅助风电场参与电力系统一次调频的综合效益最终从两种控制策略中选择较优者对应的储能的容量配置作为本文的储能容量配置结果，安装储能系统前后风电场的经济效益增加量F^x为：$F^x=f_1^x-f_c^x-f_m^x,(x=A/x=B)---\left(6\right)$式中，f₁^x为A或B策略下为因安装储能所减少的风电场弃风电量所产生的经济效益，f_c^x和f_m^x分别为A或B策略下储能系统的投资成本和运行维护成本，储能系统减少弃风电量的经济效益为：$f_1^x=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{curt-reduced}^x\left(i\right)\·C_w---\left(7\right)$式中，n为需要风电场提供一次调频备用的调度周期的个数，E^x_{curt‑reduced}为A或B策略下第i个调度周期弃风电量减少量，C_w为风电上网电价；储能系统投资成本f_c^x为：$f_c^x=C_p{P}_{rate}^x+C_e{E}_{rate}^x---\left(8\right)$式中，C_p为储能系统单位充/放功率的投资成本，C_e为储能系统单位容量的投资成本，P^x_rate和E^x_rate分别为A或B策略下储能系统的额定功率及容量；储能系统运行维护成本为；$f_m^x=\underset{t=1}{\overset{k}{\Σ}}{C}_m{P}_{rate}^x,---\left(9\right)$C_m为储能系统单位充/放功率的年运行维护成本，k为储能系统的寿命；对安装储能系统前后采用A控制策略和B控制策略的风电场经济效益增加量F^A和F^B进行比较，选择效益较好者作为储能系统的控制策略，并将对应的储能系统的额定功率及能量容量最为储能系统的最优配置。