一种低惯量交直流系统构网型储能鲁棒规划方法及设备

本技术涉及电力系统规划与优化运行，尤其涉及一种低惯量交直流系统构网型储能鲁棒规划方法及设备。

背景技术：

1、随着风电、光伏等新能源发电以及高压直流输电系统在电力系统中的接入比例不断提高，电力系统中采用电力电子接口接入的电源和输电设备逐渐增多，传统同步机的开机数量及其承担的发电比例相应降低。由于电力电子接口设备通常不具备与同步机相同的旋转惯量，系统在发生有功功率扰动后可获得的同步惯量和常规一次频率响应能力下降，容易出现频率变化率过大以及频率最低点低于允许值的问题。

2、频率变化率主要受到扰动功率和系统惯量的影响，频率最低点则同时受到系统惯量、频率响应容量及其响应速度的影响。因此，仅通过系统功率平衡、备用容量或者总惯量约束进行储能规划，难以同时反映扰动初始阶段和频率下降阶段的安全需求。构网型储能能够通过变流器控制提供虚拟惯量和快速频率响应，但其安装位置、额定功率、能量容量以及运行状态需要与同步机物理惯量、同步机一次频率响应和系统运行方式进行协调规划。

3、此外，低惯量交直流系统中的惯量源通常分布不均匀，不同节点与已有惯量源之间的电气耦合程度不同。即使系统总惯量满足预设要求，不同节点所反映的局部惯量支撑能力仍可能存在明显差异。如果将全部节点直接作为构网型储能候选节点，不仅难以体现惯量空间分布对储能选址的影响，还会增加规划模型中的整数变量数量和求解规模。

4、风电和光伏实际出力还具有不确定性。按照预测出力形成的构网型储能配置方案及日前运行计划，在新能源出力发生不利偏差时，可能无法满足功率平衡和频率安全要求。因此，需要在储能规划阶段同时考虑日前运行决策以及新能源不确定场景下的实时再调度决策。

5、在两阶段鲁棒规划模型中，构网型储能实时充电、放电状态通常由二进制变量表示。当第二阶段实时再调度问题包含所述二进制变量时，其内层最小化问题属于混合整数规划问题，难以直接利用强对偶理论转化为单层最恶劣场景搜索问题，常规列与约束生成方法因而难以直接应用。

6、因此，需要一种构网型储能鲁棒规划方法，在考虑风电和光伏出力不确定性的同时，协调处理频率变化率、频率最低点、惯量空间分布以及构网型储能实时运行状态，并形成构网型储能的选址、定容、日前运行计划和不确定场景再调度方案。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种低惯量交直流系统构网型储能鲁棒规划方法及设备，解决了现有构网型储能规划方法难以同时考虑频率变化率和频率最低点安全要求，难以反映惯量支撑能力在网络中的空间分布，难以适应风电和光伏出力不确定性的问题，实现了频率变化率、频率最低点、惯量空间分布以及构网型储能实时运行状态的协调处理，形成了构网型储能的选址、定容、日前运行计划和不确定场景再调度方案。

2、为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供了一种低惯量交直流系统构网型储能鲁棒规划方法，所述方法包括：

3、获取低惯量交直流系统的网络拓扑参数、系统运行参数、频率安全参数、新能源出力参数和构网型储能规划参数；

4、根据低惯量交直流系统中同步机和构网型储能的惯量响应、同步机一次频率响应以及构网型储能快速频率响应，构建频率变化率约束和频率最低点约束；

5、根据所述同步机、所述同步机与接入节点之间的电气耦合关系，确定所述接入节点的计算节点惯量；对所述计算节点惯量进行排序，确定薄弱惯量节点并构建构网型储能候选节点集合；

6、根据所述新能源出力参数构建风电和光伏出力不确定集合；

7、根据所述频率变化率约束、所述频率最低点约束、所述风电和光伏出力不确定集合以及所述构网型储能候选节点集合，建立构网型储能两阶段鲁棒规划模型；

8、采用嵌套列与约束生成算法求解所述构网型储能两阶段鲁棒规划模型，得到求解结果并输出构网型储能的安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略。

9、在一种可能的实施方式中，所述系统运行参数为线路参数、节点负荷参数、同步机运行参数及直流输电功率参数；所述频率安全参数为系统额定频率、等效有功扰动功率、最大允许频率变化率、最大允许频率偏差、同步机一次频率完全响应时间以及构网型储能快速频率完全响应时间；

10、所述新能源出力参数为风电和光伏预测出力、最大允许出力下偏比例及出力不确定预算；所述构网型储能规划参数为候选安装节点、功率容量上下限、能量容量上下限、充放电效率、惯量时间常数取值范围、快速频率响应能力以及投资和维护成本参数。

11、在一种可能的实施方式中，所述根据低惯量交直流系统中同步机和构网型储能的惯量响应、同步机一次频率响应以及构网型储能快速频率响应，构建频率变化率约束和频率最低点约束，包括：

12、忽略所述低惯量交直流系统中暂态频率响应过程中的负荷阻尼和二次调频，根据所述同步机一次频率响应、所述构网型储能快速频率响应以及等效有功功率缺额，构建系统频率偏差动态模型；

13、根据处于运行状态的所述同步机的物理惯量响应和所述构网型储能的虚拟惯量响应，确定系统总惯量；

14、基于所述系统频率偏差动态模型，结合所述系统总惯量和扰动功率确定系统总惯量需求，并构建所述频率变化率约束；

15、基于所述同步机一次频率响应和构网型储能快速频率响应构建分段响应模型；

16、根据所述分段响应模型，构建所述频率最低点约束。

17、在一种可能的实施方式中，所述根据所述同步机、所述同步机与接入节点之间的电气耦合关系，确定所述接入节点的计算节点惯量；对所述计算节点惯量进行排序，确定薄弱惯量节点并构建构网型储能候选节点集合，包括：

18、在构网型储能规划前，将处于运行状态的所述同步机确定为已有惯性源；根据所述接入节点的节点扰动功率和节点初始频率变化率确定所述计算节点惯量；

19、按照升序排列所述计算节点惯量，将所述计算节点惯量数值小于预设惯量阈值的第一预设数量个节点作为所述薄弱惯量节点，并基于所述薄弱惯量节点构建所述构网型储能候选节点集合。

20、在一种可能的实施方式中，所述构网型储能两阶段鲁棒规划模型包括目标函数、第一阶段规划与日前运行约束和第二阶段实时再调度约束；所述第一阶段规划与日前运行约束基于构网型储能安装状态、功率容量、能量容量和安装数量确定，用于确定构网型储能的安装位置、额定功率、能量容量以及日前运行计划；所述第二阶段实时再调度约束基于构网型储能实时充放电功率和实时充放电状态确定，用于在风电和光伏出力不确定场景下确定实时再调度策略。

21、在一种可能的实施方式中，所述第一阶段规划与日前运行约束还包括同步机日前启停约束、同步机日前出力约束、爬坡约束、上下备用约束、一次调频备用约束、节点功率平衡约束、直流潮流约束、线路传输容量约束、构网型储能日前充放电互斥约束、日前能量平衡约束、荷电状态约束以及新能源利用约束；

22、所述第二阶段实时再调度约束还包括同步机实时再调度约束、新能源实时利用约束、负荷削减约束、节点实时功率平衡约束、直流潮流约束、线路传输容量约束、频率变化率约束和频率最低点约束。

23、在一种可能的实施方式中，所述采用嵌套列与约束生成算法求解所述构网型储能两阶段鲁棒规划模型，得到求解结果并输出构网型储能的安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略，包括：

24、建立外层主问题；所述外层主问题用于确定构网型储能规划变量、日前调度变量和最大实时再调度成本辅助变量；

25、初始化历史最恶劣场景集合并求解所述外层主问题，得到构网型储能规划解、日前调度解以及最大实时再调度成本界值；

26、建立最恶劣场景筛选问题，从所述风电和光伏出力不确定集合中确定候选最恶劣场景；

27、在所述最恶劣场景筛选问题的目标函数值大于预设函数阈值的情况下，将所述候选最恶劣场景代入原始实时再调度模型，重新优化构网型储能充放电状态、充放电功率和快速频率响应功率，得到再调度校验成本；

28、根据所述再调度校验成本，确定有效违反场景，并输出所述安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略。

29、在一种可能的实施方式中，所述根据所述再调度校验成本，确定有效违反场景，并输出所述安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略，包括：

30、在所述再调度校验成本大于预设成本阈值的情况下，将对应的候选最恶劣场景确定为所述有效违反场景；

31、在所述再调度校验成本小于或等于预设成本阈值的情况下，将对应的候选最恶劣场景加入典型日的场景排除集合，重新求解所述最恶劣场景筛选问题，并输出所述安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略。

32、在一种可能的实施方式中，所述重新求解所述最恶劣场景筛选问题，并输出所述安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略，包括：

33、从多个所述有效违反场景中，按照所述再调度校验成本由高到低选取第二预设数量个目标有效违反场景；

34、将所述目标有效违反场景对应的新能源出力不确定变量、实时再调度变量副本、实时运行约束、频率安全约束和实时再调度成本约束加入所述外层主问题；

35、重复求解调整后的所述外层主问题和所述最恶劣场景筛选问题，确定新的再调度校验成本，直至所述新的再调度校验成本小于或等于所述预设成本阈值，或者求解迭代次数大于或等于预设迭代次数后停止，输出所述安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划和实时再调度策略。

36、第二方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述第一方面所述方法的步骤。

37、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

38、（1）通过同时构建频率变化率约束和频率最低点约束，协调同步机物理惯量、构网型储能虚拟惯量、同步机一次频率响应和构网型储能快速频率响应，使规划结果在给定扰动模型和新能源出力不确定集范围内同时考虑扰动初始阶段和频率最低点阶段的频率安全要求；

39、（2）通过计算节点惯量表征不同节点与已有惯量源之间的电气耦合关系，并据此筛选薄弱惯量节点，能够在构网型储能规划中反映惯量支撑能力的空间差异，同时缩小构网型储能候选节点范围，减少选址变量数量；

40、（3）通过风电和光伏出力不确定预算限制新能源出力下偏的累计程度，并采用两阶段鲁棒规划协调日前运行决策和不确定场景下的实时再调度决策，使构网型储能的选址、定容和运行计划能够适应所构建不确定集内的新能源出力变化；

41、（4）通过将解析形式的频率最低点约束转化为时间离散化扫描约束，避免在混合整数鲁棒规划模型中直接引入由频率最低点时刻产生的双线性项、二次项和分式项，使频率最低点安全要求能够嵌入两阶段鲁棒规划模型；

42、（5）通过固定构网型储能实时充放电状态，将最恶劣场景筛选中的内层问题转化为能够进行强对偶变换的连续线性规划问题；再利用允许充放电状态重新优化的原始实时再调度模型校验候选场景，避免将固定状态下产生但经灵活再调度后不再违反当前成本界值的场景直接加入外层主问题；

43、（6）通过迭代加入经实时灵活再调度校验确认的有效违反场景，无需穷举风电和光伏出力不确定集中的全部场景，即可更新构网型储能规划变量、日前运行变量和历史场景再调度变量，从而实现包含第二阶段二进制运行状态的构网型储能两阶段鲁棒规划求解；

44、（7）通过输出构网型储能安装节点、额定功率、能量容量、日前运行计划以及相应不确定场景下的实时再调度策略，可为低惯量交直流系统的构网型储能规划和运行方案制定提供依据。