一种用于构网型储能的多目标优化配置方法及系统与流程

本发明涉及新型电力系统储能规划，尤其涉及一种用于构网型储能的多目标优化配置方法及系统。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的推进，电力系统正加快向以新能源为主体的新型电力系统转型，风电、光伏等新能源装机比例不断提高。但新能源出力具有波动性、随机性和间歇性，大规模并网后容易引起有功平衡困难、新能源消纳受限以及系统运行稳定性下降等问题。同时，新能源机组主要通过电力电子设备并网，缺乏传统火电所具备的天然惯量和阻尼支撑能力，随着火电开机容量减少，系统等效惯量水平下降，频率变化率增大、频率最低点降低等频率安全问题更加突出。

2、储能技术具有响应速度快、调节灵活和布置方便等特点，是提升新能源消纳能力和系统调节能力的重要手段。相比传统跟网型储能，构网型储能能够通过构网控制或虚拟同步控制模拟同步机外特性，为系统提供频率响应和惯量支撑，更适用于高比例新能源系统的主动支撑需求。然而，现有储能容量配置方法多从经济性、新能源消纳、削峰填谷或辅助服务收益等角度开展容量配置，频率安全约束也常被简化为备用容量约束或调频容量约束，难以充分体现构网型储能在新能源消纳、频率支撑和惯量支撑方面的综合作用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于构网型储能的多目标优化配置方法及系统，用于提升高比例新能源电力系统的新能源消纳能力和频率支撑能力。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种用于构网型储能的多目标优化配置方法，包括：

3、获取目标电力系统的基础运行数据、频率边界值及待配置储能设备的静态设备参数及初始容量功率配置方案集；其中，所述初始容量功率配置方案集包括若干组初始容量功率配置方案；

4、根据所述基础运行数据及所述静态设备参数，获取所述待配置储能设备根据每一组所述初始容量功率配置方案构网至所述目标电力系统时的电力系统频率、电力系统频率变化率及准稳态频率偏差；

5、根据所述电力系统频率、所述电力系统频率变化率、所述准稳态频率偏差及所述频率边界值，从所述初始容量功率配置方案集中选取所述待配置储能设备对应的若干组候选容量功率配置方案；

6、对于任意一组所述候选容量功率配置方案，对所述待配置储能设备与所述目标电力系统进行运行优化，得到所述待配置储能设备在该候选容量功率配置方案下的构网储能效果数据；

7、根据所述构网储能效果数据、若干组所述候选容量功率配置方案及预设的方案优化算法，得到所述待配置储能设备的目标容量功率配置方案。

8、本发明公开的一种用于构网型储能的多目标优化配置方法，获取基础运行数据、频率边界值及初始容量功率配置方案集；根据每一组初始方案获取电力系统频率、频率变化率及准稳态频率偏差，以通过所述电力系统频率、频率变化率及准稳态频率偏差的获取将构网型储能对系统频率动态响应的影响纳入容量配置的约束和评价过程，克服了现有技术仅使用静态备用容量约束无法真实反映频率动态过程的缺陷；同时，根据这些频率动态参数与频率边界值选取候选方案；对候选方案进行运行优化得到多维的构网储能效果数据，以提高运行分析的精准度；最后根据效果数据和优化算法得到目标容量功率配置方案，实现了对构网型储能功率与容量的多目标协同优化，显著提高了配置方案在新能源消纳和系统频率安全两方面的综合适用性。

9、作为优选例子，所述获取目标电力系统的基础运行数据、频率边界值及待配置储能设备的静态设备参数及初始容量功率配置方案集，包括：

10、获取目标电力系统的频率边界值、典型运行数据及所述目标电力系统中每一发电源的发电运行数据，以根据所述典型运行数据及所述发电运行数据得到所述目标电力系统的基础运行数据；其中，所述典型运行数据包括典型日负荷曲线、无储能设备接入时的新能源弃电功率曲线、无储能设备接入时的新能源可用功率以及典型频率扰动场景下的扰动功率值；所述发电源包括火电机组和新能源出力站；

11、当所述发电源为所述火电机组时，所述发电运行数据包括额定容量、最小有功出力、最大有功出力、爬坡速率、启停最小持续时间、惯性时间常数、火电频率响应延迟时间及火电频率响应爬坡时间；

12、当所述发电源为所述新能源出力站时，所述发电运行数据包括额定容量及典型日出力曲线；

13、获取待配置储能设备对应的静态设备参数、多个初始储能额定功率及多个初始储能额定容量，以根据所述初始储能额定功率及所述初始储能额定容量得到所述待配置储能设备对应的初始容量功率配置方案集；其中，所述初始容量功率配置方案集包括多个不同的初始容量功率配置方案；每一所述初始容量功率配置方案包括一个初始储能额定功率及一个所述初始储能额定容量。

14、上述方案明确了基础运行数据包括典型日负荷曲线、无储能时的弃电功率和可用功率、典型扰动功率值；火电机组数据包括额定容量、爬坡速率、启停持续时间、惯性时间常数、频率响应延迟及爬坡时间；新能源数据包括额定容量及典型日出力曲线；初始方案集由多个初始储能额定功率和容量组合构成，以通过系统性地定义输入数据的构成，保证了后续频率动态响应计算和联合运行优化具有完整的数据基础，解决了现有技术中因参数不全而无法精细刻画构网型储能与火电协同动态响应特性的问题，提高了配置方法的可实施性和准确性。

15、作为优选例子，所述静态设备参数包括储能频率响应延迟时间、储能频率响应爬坡时间、虚拟惯量常数、储能额定功率及等效惯性常数；所述频率边界值包括系统额定频率；所述根据所述基础运行数据及所述设备参数，获取所述待配置储能设备构网至所述目标电力系统时的电力系统频率、电力系统频率变化率及准稳态频率偏差，包括：

16、对于任意一组初始容量功率配置方案，获取该初始容量功率配置方案中的初始储能额定功率；

17、根据所述火电频率响应延迟时间、所述火电频率响应爬坡时间、所述储能频率响应延迟时间及所述储能频率响应爬坡时间，获取所述火电机组与所述待配置储能设备之间的等效总调频容量；

18、根据所述扰动功率值、所述惯性时间常数、所述火电机组的额定容量、所述新能源出力站的额定容量、该初始容量功率配置方案中的初始储能额定功率及所述储能额定功率，得到所述待配置储能设备构网至所述目标电力系统时的系统等效惯性常数；

19、根据所述系统等效惯性常数、所述扰动功率值及所述目标电力系统对应的同步机转子运动数据，得到所述待配置储能设备构网至所述目标电力系统时的最大频率变化率，以作为电力系统频率变化率；

20、根据所述等效总调频容量、所述扰动功率值及所述最大频率变化率，得到频率最低点偏差，并根据所述频率最低点偏差及所述系统额定频率，得到电力系统频率；

21、根据所述等效总调频容量及所述扰动功率值，计算得到准稳态频率偏差，以作为所述目标电力系统的准稳态频率偏差。

22、上述方案通过将火电与构网型储能的差异化频率响应联合等效为总调频容量，并基于同步机转子运动方程量化计算三个关键频率动态指标，实现了对构网型储能接入后系统频率安全性的准确预评估，其相比现有技术中仅用备用容量约束，能够精确反映储能的快速响应特性和虚拟惯量支撑对频率变化率、最低点及稳态偏差的改善作用，为后续基于频率安全的方案筛选提供了量化依据。

23、作为优选例子，所述根据所述电力系统频率、所述电力系统频率变化率、所述准稳态频率偏差及所述频率边界值，从所述初始容量功率配置方案集中选取所述待配置储能设备对应的若干组候选容量功率配置方案，包括：

24、从频率边界值中获取所述目标电力系统的频率变化率上限值、频率下限值及准稳态频率偏差上限值；

25、根据所述电力系统频率变化率、所述电力系统频率、所述准稳态频率偏差、所述频率变化率上限值、所述频率下限值及所述准稳态频率偏差上限值，从所述初始容量功率配置方案集中选取所述待配置储能设备对应的若干组候选容量功率配置方案。

26、上述方案从频率边界值中获取频率变化率上限值、频率下限值及准稳态频率偏差上限值，使得频率安全评估具有明确的合格标准，接着根据计算得到的电力系统频率变化率、频率、准稳态偏差与这些限值的关系，选取候选方案，为系统性地剔除不满足频率安全的容量方案提供了可操作的条件，保证了候选方案均能满足电网运行规程对频率安全的基本要求，提高了最终配置方案的工程可行性。

27、作为优选例子，所述根据所述电力系统频率变化率、所述电力系统频率、所述准稳态频率偏差、所述频率变化率上限值、所述频率下限值及所述准稳态频率偏差上限值，从所述初始容量功率配置方案集中选取所述待配置储能设备对应的若干组候选容量功率配置方案，包括：

28、对于任意一组所述初始容量功率配置方案：

29、当该初始容量功率配置方案的所述电力系统频率变化率小于或等于所述频率变化率上限值、所述电力系统频率大于或等于所述频率下限值且所述准稳态频率偏差小于或等于所述准稳态频率偏差上限值时，将该初始容量功率配置方案作为候选容量功率配置方案。

30、上述方案对于一组初始方案，当且仅当其电力系统频率变化率小于或等于频率变化率上限值、电力系统频率大于或等于频率下限值且准稳态频率偏差小于或等于准稳态频率偏差上限值时，才将其选为候选方案，确保了候选方案集仅包含能够使系统在典型扰动下保持频率安全的配置。

31、作为优选例子，所述对于任意一组所述候选容量功率配置方案，对所述待配置储能设备与所述目标电力系统进行运行优化，得到所述待配置储能设备在该候选容量功率配置方案下的构网储能效果数据，包括：

32、根据目标电力系统的典型日负荷曲线、典型日出力曲线及新能源弃电功率曲线，获取所述待配置储能设备构网至所述目标电力系统时的联合运行优化模型；

33、获取所述目标电力系统的运行约束条件，对于任意一组所述候选容量功率配置方案，根据所述运行约束条件及该候选容量功率配置方案中的初始储能额定功率及初始储能额定容量，以最大化所述的联合运行优化模型输出的数据为目标，得到该候选容量功率配置方案对应的火电出力计划、风电实际消纳功率以及储能充放电功率；

34、根据所述火电出力计划、所述风电实际消纳功率以及所述储能充放电功率，获取待配置储能设备根据该候选容量功率配置方案构网至所述目标电力系统时的新能源消纳率、频率支撑数据及惯量支撑数据，以作为该候选容量功率配置方案对应的构网储能效果数据。

35、上述方案通过时序联合运行优化，在计及系统运行约束的前提下，协调储能的充放电、新能源的消纳和火电的出力，实现了对每个候选容量方案在典型运行场景下综合性能的精细化评估，相比现有技术中仅基于静态电力电量平衡的估算，能够反映储能的实际调度能力对消纳和频率支撑的影响，显著提高了效果数据的真实性和可靠性。

36、作为优选例子，所述根据所述火电出力计划、所述风电实际消纳功率以及所述储能充放电功率，获取待配置储能设备根据该候选容量功率配置方案构网至所述目标电力系统时的新能源消纳率、频率支撑数据及惯量支撑数据，以作为该候选容量功率配置方案对应的构网储能效果数据，包括：

37、根据所述储能充放电功率及所述目标电力系统的新能源弃电功率曲线，获取该候选容量功率配置方案对应的储能弃电吸收功率；

38、根据新能源弃电功率曲线、新能源可用功率及所述储能弃电吸收功率，获取该候选容量功率配置方案对应的新能源消纳率；

39、根据该候选容量功率配置方案对应的电力系统频率变化率、电力系统频率及准稳态频率偏差，得到该候选容量功率配置方案对应的频率支撑数据；

40、根据该候选容量功率配置方案中的初始储能额定功率、火电机组的惯性时间常数、火电机组的额定容量以及新能源出力站的额定容量，得到该候选容量功率配置方案对应的惯量支撑常数；

41、将所述惯量支撑常数与预设的惯量支撑常数上限值进行比较，得到该候选容量功率配置方案对应的惯量支撑数据。

42、上述方案根据储能充放电功率与无储能弃电功率曲线，获取储能弃电吸收功率；进而计算新能源消纳率；根据得到的频率动态指标计算频率支撑数据；根据储能额定功率、火电惯量及容量、新能源容量计算惯量支撑常数，并与预设上限比较得到惯量支撑数据，分别量化了三个维度的技术效果；比如，新能源消纳率直接反映储能对弃电的吸收能力；频率支撑数据综合了最大频率变化率、最低点和准稳态偏差的改善程度；惯量支撑数据通过系统等效惯性常数与参考上限的比较，评价储能虚拟惯量对频率初始变化率的抑制效果，综上全面体现了构网型储能的主动支撑能力，克服了现有技术评价维度单一的缺陷。

43、作为优选例子，所述根据所述构网储能效果数据、若干组所述候选容量功率配置方案及预设的方案优化算法，得到所述待配置储能设备的目标容量功率配置方案，包括：

44、对于任意一组候选容量功率配置方案，根据该候选容量功率配置方案对应的新能源消纳率、频率支撑数据及惯量支撑数据进行加权求和，得到该候选容量功率配置方案对应的综合评价目标值；

45、从若干组所述候选容量功率配置方案中选出所述综合评价目标值最大的候选容量功率配置方案作为实时最优配置方案；

46、获取所述待配置储能设备的历史最优配置方案及历史综合评价目标值，以在所述综合评价目标值大于所述历史综合评价目标值，将所述实时最优配置方案作为所述历史最优配置方案；

47、根据所述历史全局最优方案，通过预设的优化算法更新每一组所述候选容量功率配置方案中的初始储能额定功率与初始储能额定容量，得到更新后候选容量功率配置方案集；

48、将所述更新后候选容量功率配置方案集作为所述初始容量功率配置方案集，以重复执行方案更新操作，直至达到预设的最大迭代次数；

49、将达到最大迭代次数时的所述历史最优配置方案中的初始储能额定功率和初始储能额定容量，作为所述待配置储能设备对应的目标容量功率配置方案。

50、上述方案通过建立综合评价目标值作为寻优导向，并采用群体迭代优化算法，在可行域中高效搜索兼顾新能源消纳、频率安全、惯量支撑及成本的多目标最优解；上述迭代机制能够保留历史最优解，防止因算法探索导致目标值退化，确保最终输出的储能额定功率和额定容量能够最大程度地提升高比例新型电力系统的综合运行性能。

51、另一方面，本发明公开了一种用于构网型储能的多目标优化配置系统，包括初始配置模块、安全约束模块、配置筛选模块、效果评估模块及配置优化模块；

52、所述初始配置模块用于获取目标电力系统的基础运行数据、频率边界值及待配置储能设备的静态设备参数及初始容量功率配置方案集；其中，所述初始容量功率配置方案集包括若干组初始容量功率配置方案；

53、所述安全约束模块用于根据所述基础运行数据及所述静态设备参数，获取所述待配置储能设备根据每一组所述初始容量功率配置方案构网至所述目标电力系统时的电力系统频率、电力系统频率变化率及准稳态频率偏差；

54、所述配置筛选模块用于根据所述电力系统频率、所述电力系统频率变化率、所述准稳态频率偏差及所述频率边界值，从所述初始容量功率配置方案集中选取所述待配置储能设备对应的若干组候选容量功率配置方案；

55、所述效果评估模块用于对于任意一组所述候选容量功率配置方案，对所述待配置储能设备与所述目标电力系统进行运行优化，得到所述待配置储能设备在该候选容量功率配置方案下的构网储能效果数据；

56、所述配置优化模块用于将若干组所述候选容量功率配置方案作为所述初始容量功率配置方案集，以根据所述构网储能效果数据及所述初始容量功率配置方案集重复执行方案更新操作，直至达到所述方案更新操作的预设结束条件，得到所述待配置储能设备对应的目标容量功率配置方案。

57、本发明公开的一种用于构网型储能的多目标优化配置系统，获取基础运行数据、频率边界值及初始容量功率配置方案集；根据每一组初始方案获取电力系统频率、频率变化率及准稳态频率偏差，以通过所述电力系统频率、频率变化率及准稳态频率偏差的获取将构网型储能对系统频率动态响应的影响纳入容量配置的约束和评价过程，克服了现有技术仅使用静态备用容量约束无法真实反映频率动态过程的缺陷；同时，根据这些频率动态参数与频率边界值选取候选方案；对候选方案进行运行优化得到多维的构网储能效果数据，以提高运行分析的精准度；最后根据效果数据和优化算法得到目标容量功率配置方案，实现了对构网型储能功率与容量的多目标协同优化，显著提高了配置方案在新能源消纳和系统频率安全两方面的综合适用性。

58、作为优选例子，其特征在于，所述初始配置模块包括电力采集单元及设备采集单元；

59、所述电力采集单元用于获取目标电力系统的频率边界值、典型运行数据及所述目标电力系统中每一发电源的发电运行数据，以根据所述典型运行数据及所述发电运行数据得到所述目标电力系统的基础运行数据；其中，所述典型运行数据包括典型日负荷曲线、无储能设备接入时的新能源弃电功率曲线、无储能设备接入时的新能源可用功率以及典型频率扰动场景下的扰动功率值；所述发电源包括火电机组和新能源出力站；当所述发电源为所述火电机组时，所述发电运行数据包括额定容量、最小有功出力、最大有功出力、爬坡速率、启停最小持续时间、惯性时间常数、火电频率响应延迟时间及火电频率响应爬坡时间；当所述发电源为所述新能源出力站时，所述发电运行数据包括额定容量及典型日出力曲线；

60、所述设备采集单元用于获取待配置储能设备对应的静态设备参数、多个初始储能额定功率及多个初始储能额定容量，以根据所述初始储能额定功率及所述初始储能额定容量得到所述待配置储能设备对应的初始容量功率配置方案集；其中，所述初始容量功率配置方案集包括多个不同的初始容量功率配置方案；每一所述初始容量功率配置方案包括一个初始储能额定功率及一个所述初始储能额定容量。

61、上述方案明确了基础运行数据包括典型日负荷曲线、无储能时的弃电功率和可用功率、典型扰动功率值；火电机组数据包括额定容量、爬坡速率、启停持续时间、惯性时间常数、频率响应延迟及爬坡时间；新能源数据包括额定容量及典型日出力曲线；初始方案集由多个初始储能额定功率和容量组合构成，以通过系统性地定义输入数据的构成，保证了后续频率动态响应计算和联合运行优化具有完整的数据基础，解决了现有技术中因参数不全而无法精细刻画构网型储能与火电协同动态响应特性的问题，提高了配置方法的可实施性和准确性。