一种风储安全调度方法及相关装置与流程

本发明属于海上风电场储能系统，尤其涉及一种风储安全调度方法及相关装置。

背景技术：

1、随着新能源产业的快速发展，海上风电已成为电力系统清洁能源供给的重要组成部分；受台风过境、强对流等极端气象条件影响，海上风电出力可在短时间内产生剧烈波动，易引发配套储能系统soc越限、电网侧功率倒送等异常工况，进而导致设备损坏与调度考核处罚。在上述安全攸关的运行场景中，调度控制算法需将硬性约束的绝对保障作为首要目标，其性能直接决定海上风电场储能系统的运行安全性与并网稳定性。

2、当前海上风电场储能系统的调度方案多采用模型预测控制架构，主流技术路线可分为三类且均存在技术缺陷：第一类为固定确定性mpc方案，仅基于单点风电预测结果进行优化调度，未预留运行安全裕度，且滚动修正机制存在固有滞后性，调度周期内的突发风电波动极易造成储能soc越限，全年约束违反时段占比较高；第二类为软约束惩罚mpc方案，通过在优化目标函数中设置高额罚金的方式间接抑制约束违规，仅能实现统计层面的约束防护，不具备数学意义上的确定性安全保证，在极端电价场景下优化器会主动选择越限以获取经济收益，同时惩罚系数需人工反复调试，工程通用性较差；第三类为经典极小极大鲁棒mpc方案，统一采用全时域最大扰动区间收紧约束边界，全时段保持均等的保守度，未匹配风电功率误差随预测距离平方根放大的客观规律，会过度压缩近端时段的储能调节空间，导致系统全年经济收益损失较大。

3、由此可见，现有mpc调度方案均无法同时兼顾极端气象条件下硬性约束的确定性安全保障与调度运行经济性，难以满足海上风电场储能系统的实际工程应用需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种风储安全调度方法及相关装置，采用本方法能够有效解决现有mpc调度方案均无法同时兼顾极端气象条件下硬性约束的确定性安全保障与调度运行经济性的问题，能够满足海上风电场储能系统的实际工程应用需求。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种风储安全调度方法，包括：

4、构建风储系统离散线性标称动态模型，对风电预测偏差构建随预测距离动态变化的有界加性扰动集，并建立风电扰动至系统状态的传播映射关系，得到包含标称系统状态方程的系统建模参数与时变扰动边界；

5、基于风储系统离散线性标称动态模型推导状态偏差与控制偏差的偏差动态方程，结合系统建模参数离线求解辅助线性状态反馈控制器的反馈增益矩阵，并针对全时域最大扰动集离线计算最小鲁棒正不变集，得到管截面基准安全半径参数；

6、结合管截面基准安全半径参数和时变扰动边界，根据预测距离自适应计算各预测时段对应的时变管截面半径，并根据时变管截面对系统原始硬约束执行向内收紧处理，生成各预测时段对应的时变收紧约束集；

7、以当前实测的风储系统真实运行状态为滚动优化初始点，基于离散线性标称动态模型构建标称系统动态约束，结合时变收紧约束集搭建名义mpc优化模型，求解名义mpc优化模型得到最优名义控制序列和对应名义状态轨迹，提取首时段名义控制量作为当期基础调度指令；

8、调用反馈增益矩阵，结合实时采集的系统真实状态与名义状态轨迹计算实时状态偏差，通过线性状态反馈校正当期基础调度指令，生成实际执行控制指令并下发执行。

9、进一步地，所述构建风储系统离散线性标称动态模型，包括：

10、选取储能荷电状态和场站并网点功率构成系统状态向量，选取储能充电功率与放电功率构成控制向量，选取风电预测功率与日前市场电价构成外生输入向量，建立离散时间线性标称系统状态方程，以得到风储系统离散线性标称动态模型；

11、所述有界加性扰动集基于风电预测误差的正态分布统计特性构建得到，扰动区间宽度随预测步长的平方根呈扩散增长；

12、所述传播映射关系用于表征风电扰动在储能荷电状态中的积分累积效应，以及风电扰动对并网点功率的直接叠加效应。

13、进一步地，所述管截面基准安全半径参数的求解过程，包括：

14、将实际系统与标称系统作差消去确定性输入项，得到线性偏差动态方程；

15、对反馈增益矩阵进行求解；其中，通过离散代数黎卡提方程的稳态解求解线性二次型最优反馈增益矩阵，以使闭环偏差动态系统满足离散渐近稳定；

16、选取全预测时域内的最大扰动集作为计算基准，通过闵可夫斯基求和迭代逼近方式计算最小鲁棒正不变集，迭代收敛后得到的凸多面体集合各维度支撑函数值作为管截面基准安全半径参数。

17、进一步地，所述根据预测距离自适应计算各预测时段对应的时变管截面半径，包括：

18、采用线性插值方式进行计算，使近端预测时段对应较小的管截面半径、远端预测时段对应趋近于管截面基准安全半径的较大管截面半径；

19、对系统原始硬约束执行向内收紧处理；其中，基于时变管截面半径与约束函数梯度计算约束收紧量，将原始状态约束向可行域内部收缩得到各预测时段对应的时变收紧约束集，形成近松远紧的自适应约束调节机制。

20、进一步地，所述名义mpc优化模型以有限调度时域内综合运行成本最小化为优化目标，所述综合运行成本包括电能购售净成本、储能运行衰减成本和功率偏差考核成本；

21、所述名义mpc优化模型还配套设置充放电功率固有约束和鲁棒终端不变集约束，求解得到最优名义控制序列后，提取首时段名义控制量作为当期基础调度指令。

22、进一步地，每轮名义mpc优化均强制以当前实测的风储系统真实运行状态作为名义轨迹的起始点，消除单轮优化的初始状态偏差；在单个调度周期内，通过线性状态反馈持续校正储能充放电功率，抑制风电扰动导致的状态偏差沿储能荷电状态积分通道持续扩张；每轮调度周期结束后，以最新实测的系统真实状态重置下一轮名义轨迹的起点，清零上一周期累积的状态偏差。

23、进一步地，每个调度周期结束后，采集实际风电出力与储能荷电状态数据计算周期末状态偏差；

24、当检测到周期末状态偏差超出对应时段的时变管截面半径时，判定触发管边界违反预警，按预设比例放大全局扰动集上限，并同步更新各时段的时变管截面半径与时变收紧约束集；

25、当连续多个调度周期未出现管边界违反预警时，按预设比例逐步缩减扰动集上限至离线计算的基准值，循环执行调度流程实现全周期滚动优化。

26、一种风储安全调度系统，包括：

27、模型构建模块，用于构建风储系统离散线性标称动态模型，对风电预测偏差构建随预测距离动态变化的有界加性扰动集，并建立风电扰动至系统状态的传播映射关系，得到包含标称系统状态方程的系统建模参数与时变扰动边界；

28、推导求解模块，用于基于风储系统离散线性标称动态模型推导状态偏差与控制偏差的偏差动态方程，结合系统建模参数离线求解辅助线性状态反馈控制器的反馈增益矩阵，并针对全时域最大扰动集离线计算最小鲁棒正不变集，得到管截面基准安全半径参数；

29、计算模块，用于结合管截面基准安全半径参数和时变扰动边界，根据预测距离自适应计算各预测时段对应的时变管截面半径，并根据时变管截面对系统原始硬约束执行向内收紧处理，生成各预测时段对应的时变收紧约束集；

30、指令提取模块，用于以当前实测的风储系统真实运行状态为滚动优化初始点，基于离散线性标称动态模型构建标称系统动态约束，结合时变收紧约束集搭建名义mpc优化模型，求解名义mpc优化模型得到最优名义控制序列和对应名义状态轨迹，提取首时段名义控制量作为当期基础调度指令；

31、反馈校正模块，用于调用反馈增益矩阵，结合实时采集的系统真实状态与名义状态轨迹计算实时状态偏差，通过线性状态反馈校正当期基础调度指令，生成实际执行控制指令并下发执行。

32、一种风储安全调度设备，包括：

33、存储器，用于存储计算机程序；

34、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述风储安全调度方法。

35、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述风储安全调度方法。

36、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

37、本发明提供一种风储安全调度方法，首先构建风储系统离散线性标称动态模型，并引入随预测距离动态变化的有界加性扰动集，通过建立扰动至状态的传播映射关系，离线求解反馈增益矩阵与最小鲁棒正不变集获得管截面基准安全半径；进而依据时变扰动边界自适应计算各预测时段的管截面半径，向内收紧原始约束生成时变收紧约束集，并以实测状态为起点构建名义mpc模型求解最优名义控制序列，最终通过线性状态反馈校正实际指令。本方法利用时变扰动集匹配风电预测误差随预测距离增大的客观规律，避免传统鲁棒mpc全时域最大扰动边界的过度保守性，同时借助离线鲁棒正不变集确保在最坏扰动下实际状态始终被约束在管内，从而在数学意义上提供确定性安全保证；名义mpc仅对标称状态优化，大幅降低在线计算负担，反馈校正则实时补偿偏差。采用本方法在极端气象条件下既保障了储能系统硬性约束的绝对安全，又显著提升全年调度经济性，完美平衡了安全性与经济性，切实满足海上风电场储能系统的工程应用需求。