基于多元储能可行域统一刻画的运行调控方法及系统

本发明属于储能系统运行控制，具体涉及一种基于多元储能可行域统一刻画的运行调控方法及系统。

背景技术：

1、随着以新能源为主体的新型电力系统建设不断加速，储能技术呈现出多元化、异构化的发展态势，不同类型储能系统的协同配合成为满足电网多时间尺度、多功率等级调控需求的关键。为了充分发挥多元储能系统的互补优势，对其充放电功率进行合理、精确的运行调控是保障电网功率平衡、提高新能源消纳率与供电可靠性的基础。

2、然而，多元储能系统的精确调控面临着严峻的物理约束与控制策略挑战，给系统的长期稳定运行和高精度功率跟踪带来了显著困难。现有技术难以实现对多元异构储能真实动态调节边界的准确刻画，且缺乏兼顾功率跟踪精度与状态健康的运行调控策略，多元储能系统调控的准确性、运行稳定性和长周期调节裕度有待提高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于多元储能可行域统一刻画的运行调控方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种基于多元储能可行域统一刻画的运行调控方法，包括步骤：

3、步骤1，获取各储能单元的运行参数，建立基于各储能单元物理模型与运行约束的单体可行域并进行几何化表征，并在功率维度对所述各储能单元的单体可行域进行线性聚合，构建表征系统整体充放电调节能力边界的多元储能系统联合可行域；

4、步骤2，根据系统净功率指令中的不同频段分量，结合各储能单元的响应速度与持续充放电特征，划分各储能单元的功能角色，得到初步功率分配方案；

5、步骤3，结合所述功能角色和所述联合可行域的裕度加权系数，制定多级递进的功率分配优先级规则，对所述初步功率分配方案进行功率缺额再分配，得到基础分配功率；

6、步骤4，基于储能单元的实时状态变量，构建动态状态变量均衡机制，计算偏差驱动的动态优先级因子，对所述基础分配功率的权重进行动态修正，得到预分配功率；

7、步骤5，校验所述预分配功率是否满足各储能单元的单体可行域，若满足则输出各储能单元的最终功率指令，若不满足则按单体可行域的边界截断并将功率缺额重新分配，执行多元储能系统的运行调控。

8、在本发明的一个实施例中，步骤1中获取各储能单元的运行参数，建立基于各储能单元物理模型与运行约束的单体可行域并进行几何化表征，包括：

9、步骤1.1，获取各储能单元的运行参数，建立基于各储能单元物理模型与运行约束的单体可行域；其中，针对单储能状态-功率平面，其在t时刻的单体可行域表示为：

10、

11、其中，为第类储能的状态变量；为充放电功率；为状态变量的安全运行上限，为状态变量的安全运行下限；与状态相关的功率下边界，为与状态相关的功率上边界；

12、步骤1.2，将储能单元的状态变量取值范围均匀离散化为多个采样点；

13、步骤1.3，针对每个状态采样点，依据对应储能单元的物理模型与运行约束进行数值求解，获取每个状态下的最大放电功率上限与最大充电功率下限；

14、步骤1.4，将离散的功率边界序列代入梯形积分公式，计算得到可行域面积：

15、

16、其中，为采样点数量，为采样步长，为状态变量的取值范围，为第个采样点处的功率调节范围；

17、步骤1.5，将上边界点序列和下边界点序列首尾相连构成闭合多边形，得到所述单体可行域的几何化表征。

18、在本发明的一个实施例中，步骤1中所述多元储能系统联合可行域为：

19、

20、其中，为储能系统的总充放电功率；为第类储能在当前状态下的单体可行域，其上边界为系统最大放电能力，下边界为系统最大充电能力。

21、在本发明的一个实施例中，步骤2包括：

22、步骤2.1，提取系统净功率指令中的日内趋势基荷分量，将其分配给长时储能承担；所述长时储能承担的日内趋势基荷分量为：

23、

24、其中，为净功率指令中的日内趋势基荷分量；

25、步骤2.2，提取相邻时段系统净功率指令的功率变化量作为斜坡补偿分量，将其分配给快速响应储能承担；所述快速响应储能承担的斜坡补偿分量为：

26、

27、其中，为当前时段净功率指令，为上一时段净功率指令；

28、步骤2.3，在所述系统净功率指令中扣除所述日内趋势基荷分量和所述斜坡补偿分量，将剩余的残余分量作为波动平抑分量，分配给中时储能承担；所述中时储能承担的波动平抑分量为：

29、。

30、在本发明的一个实施例中，步骤3包括：

31、步骤3.1，将所述初步功率分配方案投影至所述多元储能系统联合可行域内，校验是否满足储能单元的单体可行域约束及功率平衡约束；

32、步骤3.2，计算裕度加权系数；其中，所述裕度加权系数由单体储能的剩余可用能量、额定容量及经济效率权重共同决定：

33、

34、其中，为第类储能的剩余可用能量；为第

i类储能的额定容量；为经济效率权重；对于放电需求：，为第类储能的荷电状态，为第类储能的荷电状态下限；对于充电需求：，为第类储能的荷电状态上限；

35、步骤3.3，依据所述多级递进的功率分配优先级规则，将超出单体可行域边界的功率缺额由其余所有具备调节裕度的储能单元，按照各自所述裕度加权系数的占比分摊，得到基础分配功率；其中，功率缺额分配公式为：

36、

37、其中，为功率缺额，为初步分配功率，为实际输出功率，为可行域上下界，为第类储能。

38、在本发明的一个实施例中，所述多级递进的功率分配优先级规则包括：

39、第一优先准则：依据各类储能单元的功能角色划分，将调控功率分配至对应频段的储能单元，初步锁定各储能单元的功率分配范围；

40、第二优先准则：校验所述功率分配范围是否超出储能单元的单体可行域边界；将超出的功率缺额按所述裕度加权系数比例再分配给其他具备调节裕度的储能单元；

41、第三优先准则：在满足所述第一优先准则和所述第二优先准则的前提下，选择综合效率更高的储能单元承担功率任务，其中，综合效率定义为：

42、

43、其中，为第

i类储能的充/放电效率，为第

i类储能的自放电损耗率。

44、在本发明的一个实施例中，步骤4包括：

45、步骤4.1，定义各储能单元荷电状态soc安全运行区间的中点为参考中心值，并计算各储能单元的单体soc偏差及系统平均soc偏差；

46、步骤4.2，计算动态优先级基础因子，使单体soc偏差大于系统平均soc偏差的储能单元获得大于1的优先级因子，使单体soc偏差小于系统平均soc偏差的储能单元获得小于1的优先级因子，以实现soc均衡控制的目标函数；

47、步骤4.3，结合当前时段的充放电方向对所述动态优先级基础因子进行修正，放电场景下提高所述荷电状态soc高于参考中心值的储能放电优先级，充电场景下提高所述荷电状态soc低于参考中心值的储能充电优先级；

48、步骤4.4，将修正后的动态优先级因子叠加到所述裕度加权系数上，形成综合分配权重；

49、步骤4.5，基于所述综合分配权重对所述基础分配功率进行动态修正，得到预分配功率。

50、在本发明的一个实施例中，步骤s1中，所述参考中心值为：

51、

52、所述单体soc偏差为：

53、

54、所述系统平均soc偏差为：

55、

56、其中，为第类储能的soc上限，为第类储能的soc下限；为第类储能在时刻t的荷电状态，为系统中储能的数量；

57、步骤4.2中，所述soc均衡控制的目标函数为：

58、

59、所述动态优先级基础因子为：

60、

61、其中，为调度时段总数，为正数；

62、步骤4.3中，修正后的动态优先级因子为：

63、

64、其中，为当前时段的功率需求，为时刻t的裕度加权系数；

65、步骤4.4中，综合分配权重为：

66、

67、步骤4.5中，预分配功率为：

68、

69、式中，为优先级因子均值，为净功率指令中的日内趋势基荷分量。

70、在本发明的一个实施例中，步骤4还包括：

71、选取各储能单元归一化单体soc偏差的平方和的二分之一作为李雅普诺夫函数；

72、对所述李雅普诺夫函数求一阶导数，通过动态优先级因子修正功率分配权重的逻辑判断所述李雅普诺夫函数的一阶导数恒不大于零是否成立，当成立时则系统在平衡点处渐近稳定，所述预分配功率可以保证长周期运行中储能soc最终收敛到参考中心值。

73、本发明的另一个实施例提供了一种基于多元储能可行域统一刻画的运行调控系统，用于执行上述方法，包括：

74、可行域构建模块，用于获取各储能单元的运行参数，建立基于各储能单元物理模型与运行约束的单体可行域并进行几何化表征，并在功率维度对所述各储能单元的单体可行域进行线性聚合，构建表征系统整体充放电调节能力边界的多元储能系统联合可行域；

75、初步分配与角色划分模块，用于根据系统净功率指令中的不同频段分量，结合各储能单元的响应速度与持续充放电特征，划分各储能单元的功能角色，得到初步功率分配方案；

76、缺额再分配模块，用于结合所述功能角色和所述联合可行域的裕度加权系数，制定多级递进的功率分配优先级规则，对所述初步功率分配方案进行功率缺额再分配，得到基础分配功率；

77、动态均衡修正模块，用于基于储能单元的实时状态变量，构建动态状态变量均衡机制，计算偏差驱动的动态优先级因子，对所述基础分配功率的权重进行动态修正，得到预分配功率；

78、调控指令生成与执行模块，用于校验所述预分配功率是否满足各储能单元的单体可行域，若满足则输出各储能单元的最终功率指令，若不满足则按单体可行域的边界截断并将功率缺额重新分配，执行多元储能系统的运行调控。

79、与现有技术相比，本发明的有益效果：

80、本发明通过引入可行域理论刻画不同储能的状态-功率耦合约束，将原本分散的物理模型与运行约束转化为直观的几何边界，提高了异构储能实际调节能力评估的准确性与通用性；通过对系统净功率指令进行频段分解并匹配储能功能角色，使得不同储能单元能在最优频段和最优时间尺度下工作，充分发挥了各类储能的互补优势；通过设计状态变量偏差驱动的动态状态变量均衡机制并基于李雅普诺夫稳定性理论进行控制，解决了长周期连续运行中单体储能易发生的单向状态漂移问题，有效保障了系统长期运行的安全裕度与双向调节能力；通过可行域约束校验结合多级缺额再分配机制，避免了传统方法中直接触及硬边界而导致的功率截断突变，极大提升了功率跟踪精度与系统运行稳定性；因此，该方法通过结合可行域动态构建、功能角色划分、多级递进的功率分配优先级规则以及动态状态变量均衡机制，实现了多元储能系统真实运行边界的准确刻画与精细化协调控制，提高了储能系统运行调控的准确性、长周期连续运行稳定性与动态调节裕度。