基于构网控制参数离散自适应的储能多收益协同优化方法与流程

本发明涉及新型电力系统及储能控制领域，具体涉及一种基于构网控制参数离散自适应的储能多收益协同优化方法及系统。

背景技术：

1、为实现“双碳”目标，风电、光伏等新能源在新型电力系统中的渗透率不断提升。然而，传统新能源设备的广泛接入导致电力系统转动惯量和短路容量下降，严重影响电网稳定运行。构网型储能凭借模拟同步发电机特性、主动提供虚拟惯量和电压支撑等优点，成为解决上述问题的关键。对构网型储能参与电力市场进行科学的调度与控制，是充分发挥其电网支撑能力及经济价值的基础。

2、目前已有研究者对储能电站参与电力市场调度进行了研究，并建立了相关的经济优化模型，但现有预测与调度模型考虑的因素仍不全面。实际运行中，构网型储能的综合经济性受多种因素影响。现有方法通常将变流器的虚拟同步发电机控制参数设为固定值，导致底层构网控制参数与顶层经济调度脱节，无法根据市场价格信号和电网状态动态调整控制模式，也难以在保障硬件安全边界的前提下灵活分配容量。同时，储能系统需同时满足能量套利、二次调频和构网支撑等多重任务需求，但现有模型缺乏各模式对应的动态功率预留边界，导致套利运行与构网备用的容量抢占冲突无法量化约束，容易超出硬件电流极限。此外，构网型储能在提供主动惯量和一次调频支撑时需频繁进行功率响应，这种高频波动会加速电池非线性老化，而现有经济优化模型普遍忽略或过度简化了电池老化成本，缺乏对调频高频动作及荷电状态偏离最优区间的精细化惩罚，导致全生命周期收益评估失真。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于构网控制参数离散自适应的储能多收益协同优化方法，解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明提供的基于构网控制参数离散自适应的储能多收益协同优化方法，包括以下步骤：

3、步骤一：实时同步获取电力系统并网点运行状态及多维电力市场价格信号；同时通过电池管理系统采集电池荷电状态与健康状态；

4、步骤二：基于步骤一获取的并网点运行状态，将变流器虚拟同步发电机控制参数离散化为三种安全模式，并建立各模式对应的动态功率预留边界，确保在提供构网支撑时不超过硬件电流极限；

5、步骤三：基于步骤二建立的三种安全模式及其动态功率预留边界，结合步骤一采集的电池荷电状态、健康状态及多维市场价格信号，建立以全调度周期内总利润最大化为目标的目标函数，计及能量套利、二次调频、构网支撑三重收益，并减去电池寿命损耗惩罚成本；

6、步骤四：基于步骤三构建的目标函数及其约束条件，在能量管理系统中对目标函数进行求解，输出最优的功率基准指令序列及最优构网模式序列；

7、步骤五：基于步骤四求解得到的最优构网模式序列，通过工业协议下发指令，变流器根据指令切换对应参数集，并执行无扰切换算法保持内部状态连续。

8、进一步的，所述步骤二中动态功率预留边界，即三种安全模式下变流器必须预留的极限支撑功率，所述极限支撑功率计算式如下：

9、

10、式中：为虚拟惯量时间常数；为下垂阻尼系数，为储能变流器额定视在容量；为电网额定频率；和分别为电网标准允许的最大频率变化率和最大频率偏差。

11、进一步的，所述步骤二中三种安全模式包括：

12、模式1为能量套利优先模式：设置较小的虚拟惯量和下垂阻尼，对应的构网预留支撑功率边界为，最大化释放电池容量参与现货市场套利；

13、模式2为均衡响应模式：设置标准虚拟惯量和下垂阻尼，对应的预留支撑功率边界为；

14、模式3为强构网支撑模式：设置高虚拟惯量和大下垂阻尼，对应的预留支撑功率边界为，用于电网频率波动剧烈或补偿单价极高时。

15、进一步的，所述步骤二中动态功率预留边界需满足模式互斥约束与硬件极限的动态安全边界约束，计算式分别如下：

16、

17、

18、式中：为时刻选择第种模式的决策变量；为参与能量市场套利的计划放电功率；为计划充电功率；为申报的二次调频容量；为第种模式下底层控制器强制预留的构网响应最大功率上限；为当前电池状态允许的最大功率。

19、进一步的，所述步骤三中目标函数如下：

20、

21、式中：为套利收益；为二次调频收益；为构网支撑补偿收益；为电池衰减惩罚成本。

22、进一步的，所述步骤三中现货市场能量套利收益：

23、

24、其中，为放电功率，为充电效率，λe(t)第t时段的现货市场电价；pdis(t)第t时段的放电功率，pch(t)第t时段的充电功率；

25、二次调频收益，结合调频容量价格与调用里程收益进行线性预估：

26、

27、其中，为调频容量价格，为里程补偿价格；为调频指令调用概率系数；为储能调频性能指标；(t)第t时段聚合体申报的调频容量；

28、构网支撑补偿收益：

29、

30、其中，为市场对构网型储能提供主动惯量与一次调频支撑容量的单价；uk(t)第t时段第k个调频支撑等级的启用状态变量；pgk第k个调频支撑等级对应的额定功率容量；

31、电池寿命衰减惩罚成本：

32、

33、式中：为依据健康状态的单位能量吞吐折旧单价；为调频高频波动的寿命折算系数；为电池荷电状态偏离惩罚权重；为最优健康维持水平；pdis(t)第t时段的放电功率；pch(t)第t时段的充电功率；(t)第t时段聚合体申报的调频容量，soc(t)第t时段的电池荷电状态。

34、进一步的，所述步骤四中约束条件包括引入荷电状态连续性与极值约束，以及采用大m法进行绝对值的线性化互斥约束，相关计算式如下：

35、

36、

37、

38、

39、式中：soc(t−1)第t−1个时段结束时的荷电状态，pdis(t)第t时段的放电功率，ηdis放电效率，pch(t)第t时段的充电功率，ηch充电效率；δt每个时段的时长，为储能额定容量；socmin荷电状态下限；socmax荷电状态上限，为防止同时充放电引入的布尔状态变量；为充分大的正实常数。

40、进一步的，所述步骤四中采用混合整数二次规划求解器对目标函数进行滚动寻优求解，获得最优功率指令序列及最优构网模式序列。

41、进一步的，所述步骤五中下发指令执行逻辑为：变流器接收模式切换代码后触发硬件中断，调用预存参数集，并采用状态变量平滑初始化算法实现无扰切换，避免切换瞬间引起电流冲击。

42、进一步的，所述无扰切换算法具体为：通过状态变量平滑初始化，在切换时刻保持内部虚拟功角和虚拟电势相位连续，避免参数突变引起电流冲击。

43、本发明提供了基于构网控制参数离散自适应的储能多收益协同优化方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

44、1.本发明将变流器虚拟同步发电机的虚拟惯量时间常数和下垂阻尼系数离散化为三种安全模式，包括能量套利优先模式、均衡响应模式和强构网支撑模式，并建立了各模式对应的动态功率预留边界计算式。通过引入模式决策变量及互斥约束，使顶层优化模型能够根据现货电价、调频价格及构网补偿单价动态选择最优控制模式，避免了传统方法中底层参数固化导致的经济性损失，同时确保了变流器在模式切换过程中不超过硬件电流极限，解决了底层构网控制参数与顶层经济调度脱节的问题。

45、2.本发明通过构建模式互斥约束及硬件极限动态安全边界约束，明确了能量套利、二次调频与构网支撑三种收益模式间的容量分配关系，解决了现有模型中套利运行与构网备用的容量抢占冲突缺乏量化约束的问题，确保储能系统在任何时刻均运行在安全边界内。同时，本发明在目标函数中引入了包含调频高频波动寿命折算系数及荷电状态偏离惩罚权重的电池寿命衰减惩罚成本项，能够准确量化高频响应及荷电状态偏离最优维持水平对电池寿命的损伤，克服了现有模型忽略或简化老化成本导致的收益评估失真问题。

46、3.本发明借助混合整数二次规划求解器对目标函数进行滚动寻优，输出最优功率指令序列及最优构网模式序列，结合无扰切换算法保持变流器内部虚拟功角和虚拟电势相位连续，实现了储能容量在现货套利、二次调频与构网支撑多市场间的实时最优分配，显著提升了储能电站的综合经济效益与资产使用寿命。