協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的儲能配置方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的儲能配置方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，在全球范圍內(nèi)煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源正日趨枯竭，氣候變暖、環(huán)境污 染等問題日趨嚴重。在此背景下W風能和太陽能為代表的可再生一次能源越來越受到人類 的重視，并得到了快速的發(fā)展，其中風力發(fā)電技術發(fā)展最為迅速。
[0003] 但是風電滲透率的不斷增高，給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了很多前所未 有的挑戰(zhàn)。當前主流風力發(fā)電機組變速風力發(fā)電機組，與傳統(tǒng)火電機組不同，變速風力發(fā)電 機組轉速與電力系統(tǒng)頻率解禪，不具備慣性響應及輔助調頻能力，大規(guī)模風電接入替代了 部分傳統(tǒng)電源，減小了整個電力系統(tǒng)的慣性，削弱了電力系統(tǒng)的頻率調節(jié)能力，對電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運行構成嚴重威脅?？紤]到風電機組參與電力系統(tǒng)的慣性響應對電力系統(tǒng)頻率 穩(wěn)定重要性，風電場采用進行一部分棄風來為電力系統(tǒng)提供一次調頻備用的措施，但是風 電場進行棄風減少了風電場的上網(wǎng)電量，造成了客觀的經(jīng)濟損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種科學合理，效果佳，適用性強的 協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的儲能配置方法，該方法能夠在提供相同的一次調頻備 用的前提下，減少棄風電量帶來的風電場的經(jīng)濟損失，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)額定功率及能量容量 的最優(yōu)配置，做到效益最大化。 陽〇化]實現(xiàn)本發(fā)明的目的采用的技術方案是，一種協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的 儲能配置方法，其特征在于：它包括W下內(nèi)容：
[0006] 1)風電場為電力系統(tǒng)提供一次調頻備用的比例棄風法
[0007] 風電場為電力系統(tǒng)提供一次調頻備用的比例棄風法就是基于風電場最大有功出 力，按照一定的比例進行棄風，棄風容量為式（1) 陽008] Pcu"(t) = (l- 口）Pavali(t) (1) 陽009] 式中Peutt(t)為棄風容量；a為棄風比例系數(shù)，aG(0, 1)，a的具體取值取決與 電力系統(tǒng)調度部分對風電場下達的備用容量要求；Pwgii(t)為瞬時最大可發(fā)電功率；
[0010] 2)風電場有效備用容量的確定
[0011] 因由于風電功率具波動性，風電功率在調度周期T內(nèi)也會隨著風速的變化而不斷 變化，由步驟1)可知，當棄風比例系數(shù)a為某一固定值、風電最大可發(fā)電功率發(fā)生變化時， 所產(chǎn)生的棄風容量也隨之變化，為保證風電場能夠在調度周期T內(nèi)提供恒定的一次備用容 量，需要參考T時間內(nèi)的最小棄風容量，即有效備用容量，則有效備用容量RgygllT為： 陽01 引 RavallT=min(Pcurtailed[t。，t。巧])似 陽〇1引式中Pcurtailed為棄風容量；
[0014] 3)風電場為電力系統(tǒng)提供一次調頻備用時棄風利用率的評價指標
[0015]由步驟2可知，采用比例棄風法得到的棄風電量的一部分并不能為電力系統(tǒng)提供 一次調頻備用，所W定義運部分棄風電量為無用棄風電量EtUf u"uwd，運部分風能無論對于電 力系統(tǒng)還是對于風電場都是一種能量的浪費，為了定量分析比例棄風法的能量浪費情況， 定義了棄風利用率n運一評價指標：
(3)
[0017] 式中6。。,1。11。4代表總棄風電量，由棄風利用率的含義可知，對于比例棄風法棄風利 用率越高說明風能浪費越少，一次備用的效率越高；
[0018] 4)協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻儲能系統(tǒng)的控制策略A
[0019] 應用比例棄風法，在滿足一次調頻備用持續(xù)輸出15min的條件下，選擇一個指令 周期T內(nèi)最大棄風容量為有效備用容量RgygllT，即： 陽020] RavailT=max (Pcurtailed[t。，t。巧])(4) 陽02U 式中口。。,1。11。歷比例棄風法所產(chǎn)生的棄風容量；
[0022] 當風電場結合儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)一次調頻時，儲能系統(tǒng)的放電功率PESSdu= Ravall T-Pcurtalled;由實際電力系統(tǒng)的運行原理可知，電力系統(tǒng)的一次調頻備用只有在電力系 統(tǒng)發(fā)生較大功率或者頻率波動時才被釋放出來，所W在電力系統(tǒng)需要風電場提供一次調頻 備用但是沒有發(fā)生較大功率波動的調度周期內(nèi)，風電場不需要釋放一次調頻備用，此時儲 能系統(tǒng)的放電功率Pessdu= 0 ;
[0023] 5)協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻儲能系統(tǒng)的控制策略B
[0024] 應用比例棄風法，在滿足一次調頻備用持續(xù)輸出15min的條件下，選擇一個指令 周期T內(nèi)棄風容量的平均值作為有效備用容量RwgllT，即：
")
[0026] 式中n為一個調度指令周期T內(nèi)風電數(shù)據(jù)的點數(shù)，Ptuthikda)表示第i個時刻對 應的棄風容量；當風電場結合儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)一次調頻時，儲能系統(tǒng)的放電功率為 Pessdis-RavailT-Pcurtailed化加1Pcurtailed);儲能系統(tǒng)的充電功率為Pesschar-Pcurtailed~Ravail T(RavailT<Pcurtailed);
[0027] 6)儲能系統(tǒng)額定功率容量和額定能量容量的確定
[0028] 結合高風電滲透率電力系統(tǒng)的一次調頻需求場景，確定一年時間a內(nèi)的需要儲能 系統(tǒng)輔助風電場提供一次調頻的調度時段，步驟4)和步驟5)提出的兩種儲能控制策略，確 定時長a內(nèi)的兩種控制策略的充放電功率；對分析時長a內(nèi)的充放電功率進行統(tǒng)計學分析， 考慮儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性，確定兩種控制策略下的額定功率pAf。,。及PBf。,。;結合所確定的P 及pBf。,。及儲能系統(tǒng)輔助風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的場景，確定兩種控制策略下的對應 的額定能量容量EAf。,。及EBf。,。；
[0029] 考慮安裝裡電池儲能系統(tǒng)輔助風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的綜合效益最終從 兩種控制策略中選擇較優(yōu)者對應的儲能的容量配置作為本文的儲能容量配置結果，安裝儲 能系統(tǒng)前后風電場的經(jīng)濟效益增加量產(chǎn)為：
[0030]貨彷二,4/、=鮮賤
[0031] 式中，產(chǎn)I為A或B策略下為因安裝儲能所減少的風電場棄風電量所產(chǎn)生的經(jīng)濟效 益，產(chǎn)。和fX。分別為A或B策略下儲能系統(tǒng)的投資成本和運行維護成本，儲能系統(tǒng)減少棄風 電量的經(jīng)濟效益為：
[003引式中，n為需要風電場提供一次調頻備用的調度周期的個數(shù)，EX。。,,reduted為A或B策略下第i個調度周期棄風電量減少量，(；為風電上網(wǎng)電價；
[0034] 儲能系統(tǒng)投資成本產(chǎn)。為： 柳對f:=CP巧。,e+CpE酸(8)
[0036]式中，Cp為儲能系統(tǒng)單位充/放功率的投資成本，C。為儲能系統(tǒng)單位容量的投資 成本，pXf。,。和E 分別為A或B策略下儲能系統(tǒng)的額定功率及容量；
[0037] 儲能系統(tǒng)運行維護成本為；./r=C,,發(fā)， （9) 托I
[003引 Cm為儲能系統(tǒng)單位充/放功率的年運行維護成本，k為儲能系統(tǒng)的壽命；
[0039] 對安裝儲能系統(tǒng)前后采用A控制策略和B控制策略的風電場經(jīng)濟效益增加量FA 和FB進行比較，選擇效益較好者作為儲能系統(tǒng)的控制策略，并將對應的儲能系統(tǒng)的額定功 率及能量容量最為儲能系統(tǒng)的最優(yōu)配置。
[0040] 本發(fā)明的一種協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的儲能配置方法，能夠在提供相 同的一次調頻備用的前提下，減少棄風電量帶來的風電場的經(jīng)濟損失，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)額定 功率及能量容量的最優(yōu)配置，做到效益最大化。具有方法科學合理，效果佳，適用性強等優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0041] 圖1為比例棄風法原理圖；
[0042] 圖2為有效備用容量示意圖；
[0043] 圖3為策略A中儲能系統(tǒng)充放電功率示意圖；
[0044] 圖4為策略A的儲能功率累計概率分布示意圖；
[0045] 圖5為策略A的儲能能量容量累計概率分布示意圖；
[0046] 圖6為策略B中儲能系統(tǒng)的充放電功率示意圖；
[0047] 圖7為策略B的儲能功率累計概率分布示意圖； 陽048] 圖8為策略B的儲能能量容量累計概率分布示意圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面利用附圖和實施例對本發(fā)明的一種協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻的儲 能配置方法作進一步說明。
[0050]本實例結合某電力系統(tǒng)的真實負荷及風電功率數(shù)據(jù)，風電場通過比例棄風法為電 力系統(tǒng)提供一次調頻備用，提出兩種協(xié)調風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻儲能系統(tǒng)控制方 法，根據(jù)電力系統(tǒng)需要風電場提供一次調頻備用的場景，確定兩種控制策略對應的儲能系 統(tǒng)的額定功率容量及能量容量，通過配置儲能系統(tǒng)后風電場經(jīng)濟效益增長量的對比擇優(yōu)確 定儲能系統(tǒng)的配置。
[0051] 實施例計算條件說明如下：
[0052] (1)系統(tǒng)年最大負荷2155. 9MW，最大單機容量200MW，風電裝機容量為700MW，風電 及負荷數(shù)據(jù)為Imin時間間隔；
[0053] (2)系統(tǒng)發(fā)生200MW(系統(tǒng)最大單機容量）的功率脫落，系統(tǒng)頻率低頻減載限值為 49. 3Hz;
[0054] (3)風電上網(wǎng)電價(；=0. 6萬元/MWh,裡電池儲能系統(tǒng)單位充/放功率的投資成 本為Cp= 273. 9萬元