自适应的波动性可再生能源稳定输出及并网方法和系统与流程

1.本发明涉及波动性可再生能源功率波动平抑技术领域，涉及一种波动性可再生能源稳定输出及并网方法和系统，特别涉及一种自适应的基于变分模态分解算法的波动性可再生能源稳定输出及并网方法和系统。


背景技术：

2.波动性可再生能源发电具有随机性、不稳定性等特点，大规模波动性可再生能源发电接入电网，对电网调峰调频提出了更高的要求，对电网运行控制提出了巨大的挑战。截至2021年9月底，我国可再生能源发电装机达到9.94亿千瓦。其中，风电装机2.97亿千瓦、光伏发电装机2.78亿千瓦。2021年1-9月，全国可再生能源发电量达1.75万亿千瓦时。其中，风电4694亿千瓦时，同比增长41.5％；光伏发电2486亿千瓦时，同比增长24.0％。电网系统为此付出的成本将快速提高。就地配置一定规模的储能是提高可再生能源发电的稳定性、减少弃电、降低源/网/荷系统成本、保障可再生能源健康发展的关键。
3.储能系统能够快速吸收能量并适时释放多余能量，有助于改善波动性可再生能源随机性、不稳定性等缺陷，提升电力系统稳定性，但是目前用于波动性可再生能源发电侧的储能系统成本较高，合理配置储能系统容量对进一步降低波动性可再生能源发电成本有着重要意义。并且目前的算法求解得到的并网信号可能会导致波动性可再生能源功率波动平抑不足无法满足波动性可再生能源并网功率波动标准，或平抑过度使储能装置容量变大。因此亟需开发一种兼顾稳定性和经济性的波动性可再生能源稳定并网系统，在保证电网运行可靠性和稳定性的基础上，平抑波动性可再生能源功率波动，优化储能系统容量配置。基于此，本发明提供了一种基于自适应变分模态分解算法的波动性可再生能源稳定输出方法和并网系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种自适应的波动性可再生能源稳定输出及并网方法和系统，通过变分模态分解算法得到波动性可再生能源并网功率，把波动性可再生能源原始功率与并网功率的差值作为储能系统的输入功率，平抑系统波动。
5.为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：
6.一种自适应的波动性可再生能源稳定输出及并网方法，包括：获得波动性可再生能源发电系统的原始功率，利用变分模态分解算法对所获得的原始功率信号进行处理，在满足可再生能源并网功率波动标准的前提下将其分解为k个本征模态函数和剩余分量r；在此基础上再确定并网模态数k1，将前k1个本征模态函数及剩余分量r并网，使其满足可再生能源并网功率波动标准同时并网功率尽可能大。
7.上述技术方案中，进一步的，确定所述k的方法如下：
8.对波动性可再生能源原始功率进行分解模态数为k＝1的变分模态分解，判断子模态imf和剩余分量r并网是否满足波动性可再生能源并网功率波动标准要求；
9.若满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则直接将所述原始功率作为并网功率pg；
10.若不满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则令分解模态数k＝k 1，循环加深分解，直至其满足所述标准要求，输出k。
11.更进一步的，确定所述k1的方法如下：
12.初始化并网模态数k1为2，即将前两个本征子模态和剩余分量r进行并网预测，判断在此情况下是否满足波动性可再生能源并网功率波动标准；
13.若当前预测的并网功率满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则令k1＝k1 1，直至当前预测的并网功率不满足所述波动标准，输出k1；
14.若当前预测的并网功率不满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则输出k1＝k
1-1。
15.此外，本发明的一种自适应的波动性可再生能源稳定输出及并网系统，基于上述的方法实现，包括波动性可再生能源发电系统、储能系统和中央控制系统，所述中央控制系统基于vmd算法及波动性可再生能源并网功率波动标准采用自适应的方式对波动性可再生能源发电系统的输出功率进行平抑，同时确定储能系统的最小容量；在确定并网功率pg后，则将波动性可再生能源的初始功率pe与并网功率pg之差作为储能系统的最小容量ps。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明以平抑波动性可再生能源功率波动为控制目标，采用变分模态分解算法，平抑波动性可再生能源发电系统输出功率，储能系统吸收被平抑的功率。在变分模态分解算法中，模态分解个数k选择过大或过小，对分解结果均会产生影响，当分解模态数k选择过小则难以将信号中的特征信息分解出来，当分解模态数k选择过大则会因为过度分解频率信息混叠造成虚假信息的产生。本发明采用一种自适应的变分模态分解算法根据可再生能源功率波动率的标准自动选取合适的k值以及并网模态数k1。既有效平抑了波动性可再生能源波动，又减少了储能容量配置，能够有效提高大规模波动性可再生能源并网的稳定性和经济性，提高电网的电能品质。
附图说明
18.图1是本发明的波动性可再生能源稳定并网系统的结构示意图；
19.图2是本发明的自适应的变分模态分解控制具体实例流程图；
具体实施方式
20.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
21.本发明的自适应的波动性可再生能源稳定输出及并网方法，包括：获得波动性可再生能源发电系统的原始功率pe，利用变分模态分解算法对所获得的原始功率信号进行处理，在满足可再生能源并网功率波动标准的前提下将其分解为k个本征模态函数和剩余分量r；在此基础上再确定并网模态数k1，将前k1个本征模态函数及剩余分量r并网，使其满足可再生能源并网功率波动标准同时并网功率尽可能大。
22.在本实施例中，所述利用变分模态分解法对所述波动性可再生能源功率信号处
理，将其分解为一个以上的本征模态函数和剩余分量。变分模态分解算法是将信号分解成若干个模态分量，求解约束变分模型最优值，各分量中心频率与带宽不断交替更新，最终得到分量即本征模态函数imf。若将波动性可再生能源原始功率pe进行变分模态分解，将得到k个不同的子序列uk(t)，各子序列之和等于波动性可再生能源发电系统输出功率pe，通过二次惩罚因子α确保信号重组精度，拉格朗日乘子λ(t)确保约束条件严格性，最终实现变分模态分解在高斯噪声存在的情况下非约束变分问题最优解代替约束变分问题求解，引入增广拉格朗日函数，求解约束性变分问题，经傅里叶等距变换由时域更新到频域，若精度满足迭代停止条件，则停止迭代。
23.所述变分模态分解的子模态个数k的确定是根据中心频率不出现相近的模态为标准，其判断方法是：当分解子序列为k 1时，分解中出现了相近的模态分量，即出现过解，所以选择分解子序列数k＝k。所述本征模态函数(imf)的特点，其波形极值的个数等于零点的个数或极值个数与零点个数相差一个，信号类似于正弦信号，有利于作为储能元件的输入信号，储能元件充放电对其进行平抑。
24.如图1所示，本实例中的并网系统包括波动性可再生能源发电系统、储能系统和中央控制系统，其中中央控制系统采用自适应的变分模态分解算法确定波动性可再生能源发电系统的输出以及储能系统的容量，具体的，如图2所示，主要包括确定分解模态数k和确定并网模态数k1两个阶段，具体如下：
25.步骤1：对波动性可再生能源原始功率进行分解模态数为k＝1的变分模态分解，判断子模态imf1 剩余分量r是否满足波动性可再生能源并网功率波动标准要求。
26.步骤2：若imf1 r满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则直接将原始功率作为并网功率pg。
27.步骤3：若imf1 r不满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则令分解模态数k＝k 1，循环加深分解，直至其满足准则要求，输出k。
28.步骤4：初始化并网模态数k1为2，即将子模态imf1 imf2 r并网，判断是否满足波动性可再生能源并网功率波动标准。
29.步骤5：若并网功率pg满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则令k1＝k1 1，直至不满足波动标准，输出k1。
30.步骤6：若pg不满足波动性可再生能源并网功率波动标准，则输出k1＝k
1-1，并将波动性可再生能源初始功率pe与pg之差作为储能功率ps。
31.在本发明中，波动性可再生能源并网功率的波动率可以采用如下方式确定：
[0032][0033]
式中：maxpg为一段时间内的波动性可再生能源功率最大值；minpg为一段时间内的波动性可再生能源功率最小值；p
rated
为波动性可再生能源装机容量。如图2，设置波动标准为r≤10％/5min。本发明以平抑波动性可再生能源功率波动为控制目标，采用变分模态分解算法，平抑波动性可再生能源发电系统输出功率，储能系统吸收被平抑的功率。本发明解决了传统算法平抑效果不佳的问题，实现储能系统平抑可再生能源功率波动，达到波动性可再生能源稳定并网的目的。以某装机容量为30mw的新能源电站实测数据进行仿真分析，可再生能源原始波动率为16.50％/5min，平抑后波动率降低为9.68％/5min，满足可再生能
源并网功率波动标准。与现有方法相比，储能系统承担的功率可降低约20％。
[0034]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。