风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法、系统、装置及介质与流程

本发明涉及综合能源系统协同调度与智能控制，特别是涉及一种风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法、系统、装置及介质。

背景技术：

1、建设包含风电、光伏、高参数火电与储能系统的“风光火储”大基地，已成为实现大规模清洁能源并网与高效消纳的核心路径。风光火储大基地通过将地理分散的多种异质能源整合至统一调度框架下运行，可充分发挥不同能源形式在出力特性上的互补潜力，提高系统整体的清洁能源消纳能力与运行经济性。

2、目前，针对风光火储协同调度技术，以《基于可消纳区间的风-火-储大基地日前-实时协同调度》（上海交通大学学报，2025年）为代表的技术方案，主要采用两阶段开环调度思路：在日前阶段基于确定性或半确定性规则划分风光出力的可消纳区间，在实时阶段利用预先设定的分位数映射规则进行功率调整。该方案的基本原理为：首先根据风光预测出力的历史统计特征确定一个可消纳功率区间，再将区间外的功率偏差通过固定规则分配至火电和储能系统进行平衡调节。火电机组按照固定出力上下限与线性爬坡约束参与调峰，储能系统按照荷电状态（soc）和功率限值约束执行充放电操作。

3、此外，在大规模新能源并网调度领域，部分研究方案采用了基于神经网络的风光功率预测方法，结合概率预测区间进行不确定性量化；在火电深度调峰方面，已有研究关注了变负荷运行对机组效率的影响；在储能管理方面，也有方案考虑了荷电状态约束下的充放电优化。这些技术从不同角度为风光火储协同调度提供了技术基础。

4、然而，上述现有技术方案在应用于风光资源深度接入及极端气象频发的大基地实际运行环境中时，存在以下不足：

5、第一，可消纳区间的构建基于静态或半静态统计规则，未考虑大基地内多场站地理空间分布所形成的拓扑互补关系，也未量化极端复合气象事件下风光功率同时暴跌的尾部概率特征，导致功率缺口包络在极端工况下失效；第二，火电机组的调度模型未将深度调峰过程中汽轮机转子热应力疲劳累积造成的机械损耗以及非稳态燃烧工况下碳排放强度的动态变化纳入成本核算，盲目深度调峰将加速设备老化并增加碳排放惩罚；第三，储能系统的调度模型将电池视为理想充放电单元，忽略了高频功率冲击对电池健康状态的非线性退化效应以及不同频段功率对不同储能介质的差异化适用性；第四，实时调度阶段采用开环映射规则，缺乏基于实测偏差的闭环反馈校正机制，持续性预测偏差易引发系统累积误差无法收敛的问题。

6、因此，亟待一种风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法、系统、装置及介质，以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法、系统、装置及介质，针对现有技术采用静态可消纳区间与开环映射规则，忽略了大基地时空拓扑互补性、火电深度调峰物理损伤与动态碳排放、储能健康状态非线性衰减及开环控制累积偏差无法收敛的问题，导致系统运行安全性、经济性与设备寿命难以兼顾等问题。

2、本发明核心技术主要是通过构建包含时空图神经网络与多维联合概率分布的新能源动态风险包络域、耦合火电转子热应力疲劳与非稳态动态碳排放的频域响应界限、基于小波包分解与电池健康状态衰减矩阵的混合储能多频分流机制，以及利用卡尔曼滤波器自适应修正的闭环滚动优化架构，实现风光火储大基地的闭环协同调度与储能寿命保护。

3、第一方面，本发明提供了一种风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤s1，基于大基地内各风光发电节点的空间拓扑关联信息和气象数据，利用时空图神经网络提取时空特征，并结合多维联合概率分布模型量化极端气象条件下的尾部依赖性，通过场景采样生成动态时空风险包络域；

5、步骤s2，根据动态时空风险包络域，基于火电机组的变负荷运行状态，引入表征转子热应力疲劳损耗的物理损伤约束和表征非稳态燃烧下碳排放强度的动态碳排放约束，建立火电综合运行成本目标函数并求解，得到火电承担的中低频响应功率，将动态时空风险包络域中超出中低频响应功率的部分作为高频突变缺口分配至储能系统；

6、步骤s3，采用多分辨率频域分解方法将高频突变缺口分解为不同频段分量，分别匹配至功率型储能单元和能量型储能单元；基于各储能单元的荷电状态、健康状态以及电化学-热耦合衰减特性建立健康状态退化约束，以全局健康状态衰减最小化为目标对各储能单元的充放电功率进行优化分配；

7、步骤s4，构建滚动时域优化模型，以并网接口功率跟踪偏差最小化为目标，将火电出力和储能出力作为控制变量进行在线滚动优化求解；实时采集并网口实测功率，计算实测跟踪偏差，利用状态估计器对动态时空风险包络域和储能单元的实际物理状态进行自适应修正，将修正后的状态值作为下一滚动优化周期的初值，实现闭环反馈校正。

8、进一步地，步骤s1中，空间拓扑关联信息的构建方式为：以各风光发电节点为图节点，基于节点间的空间距离和出力相关性建立图边连接，并构建空间相关性权重矩阵。

9、进一步地，步骤s1中，多维联合概率分布模型为多维连接函数模型，用于量化极端气象条件下各风光发电节点之间的联合尾部依赖关系；场景采样的方式为蒙特卡洛采样；动态时空风险包络域基于各不确定性场景下大基地风光预测总功率与基准预测功率之间的偏差极值确定。

10、进一步地，步骤s2中，转子热应力疲劳损耗基于火电机组的变负荷速率进行量化，动态碳排放约束基于火电机组的出力水平和变负荷速率进行联合量化；火电综合运行成本目标函数包含火电机组常规发电成本、转子热应力疲劳损耗惩罚项和动态碳排放惩罚项。

11、进一步地，步骤s2中，中低频响应功率为频率低于第一预设阈值的功率分量；步骤s3中，多分辨率频域分解方法为小波包分解，不同频段分量包括超高频分量和高频分量，超高频分量为频率高于第二预设阈值的分量，高频分量的频率介于第一预设阈值与第二预设阈值之间。

12、进一步地，第一预设阈值为0.01hz，第二预设阈值为0.1hz；超高频分量匹配至功率型储能单元，高频分量匹配至能量型储能单元。

13、进一步地，步骤s3中，健康状态退化约束包括各储能单元荷电状态的上下限约束和各储能单元健康状态的下限约束；健康状态的退化量基于储能单元的充放电电流和运行温度进行累积量化；步骤s4中，状态估计器为卡尔曼滤波器，其状态向量包含动态时空风险包络域的包络半径修正量、储能单元荷电状态变化量和储能单元健康状态变化量，以实测跟踪偏差作为观测向量，通过增益更新机制对动态时空风险包络域的包络半径以及储能单元的荷电状态和健康状态进行自适应修正。

14、第二方面，本发明提供了一种风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理装置，包括：

15、时空风险包络预测模块，用于基于大基地内各风光发电节点的空间拓扑关联信息和气象数据，利用时空图神经网络提取时空特征，并结合多维联合概率分布模型量化极端气象条件下的尾部依赖性，通过场景采样生成动态时空风险包络域；

16、频域响应界限划定模块，与时空风险包络预测模块通信连接，用于根据动态时空风险包络域，基于火电机组的变负荷运行状态，引入转子热应力疲劳损耗约束和动态碳排放约束，建立火电综合运行成本目标函数并求解，以划定火电承担的中低频响应界限，并将动态时空风险包络域中超出中低频响应功率的部分作为高频突变缺口输出；

17、混合储能多频分流管理模块，与频域响应界限划定模块通信连接，用于采用多分辨率频域分解方法将高频突变缺口分解为不同频段分量，分别匹配至功率型储能单元和能量型储能单元，并基于各储能单元的荷电状态、健康状态以及电化学-热耦合衰减特性建立健康状态退化约束，以全局健康状态衰减最小化为目标对各储能单元的充放电功率进行优化分配；

18、自适应闭环滚动优化模块，与时空风险包络预测模块、频域响应界限划定模块、混合储能多频分流管理模块及电网数据采集终端分别通信连接，用于构建滚动时域优化模型，以并网接口功率跟踪偏差最小化为目标进行在线滚动优化求解，并根据并网口实测跟踪偏差利用状态估计器对动态时空风险包络域和储能单元的物理状态进行自适应修正，将修正后的状态值反馈至时空风险包络预测模块和混合储能多频分流管理模块。

19、第三方面，本发明提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法。

20、第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的风光火储大基地综合能源协同调度与储能优化管理方法。

21、本发明的主要贡献和创新点如下：

22、1.本发明通过采用时空图神经网络提取大基地内各节点的空间拓扑关联与时间演化特征，并结合多维连接函数与条件分位数回归量化极端气象下的尾部依赖性，能够生成高精度的动态时空风险包络域，显著提升极端气象下突变功率缺口的包络率，将功率缺口包络率提升至99.2%以上，系统弃风弃光率降低15%以上。

23、2.本发明在划定火电与储能响应界限时，引入汽轮机转子等效热应力疲劳损耗模型与非稳态动态碳排放模型，精准求解火电深度调峰的动态经济响应界限，仅将中低频基底缺口分配给火电，避免了火电机组盲目调峰带来的机械损耗与碳惩罚激增，使火电汽轮机热应力疲劳损耗降低25%，动态碳排放降低12%。

24、3.本发明通过小波包分解将剥离给储能的高频突变缺口拆分为超高频分量与高频分量，结合电池电化学-热-健康状态耦合衰减矩阵，将超高频分量分配至功率型储能单元，高频分量分配至能量型储能单元，实现了混合储能精细化分流控制，使储能系统年化健康状态衰减率降低28%以上。

25、4.本发明构建分钟级模型预测控制滚动优化架构，利用基于卡尔曼滤波器的自适应反馈校正机制，采集并网口实测跟踪偏差反向实时修调动态风险包络半径与储能物理状态初值，实现了“实测-反馈-校正”的闭环控制，将并网接口功率跟踪偏差控制在1.5%以内，显著增强了系统对电网的调频支撑能力。

26、本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他特征、目的和优点更加简明易懂。