一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法

技术特征：
1.一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)考虑海上风电场风况—风速不确定性和风机之间的尾流效应，构建风机运行状态矩阵并计算风电厂的实际出力，即输出功率p
out
(v)；2)根据风电场日前发电计划与实际出力的功率差额构建概率-功率差额曲线，并结合多时间尺度下的储能成本-功率曲线确定短中长三种时间尺度下储能的额定功率，选取评估目标并对额定功率进行评估；3)根据评估结果基于层次分析法获取多目标下海上风电场最优化学储能方案。2.根据权利要求1所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤1)中，风机在每个运行状态下的输出功率p
out
(v)的表达式为：其中，v为风机迎风风速，η
oi
、η
j
均为转换系数，v
i
为第i台风机的迎风风速，v0为切入风速，v1为截断风速，v2为额定风速，v3为切出风速，p
rated
为额定功率，v
j
为风机在第j个状态下的风速，m为风机的状态总数；在海上风电场中，考虑上游风机产生的尾流叠加效应，则风机迎风风速v的计算式为：迎风风速v的计算式为：其中，v
o
为自由风速，v
l
为风电场中第l个下游风机的迎风风速，n为风电场中的风机总数，为尾流叠加面积a
shw
与风轮的扫掠面积a
r
的比值。3.根据权利要求1所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤1)中，风机运行状态矩阵s
n
×
m
包括共n台风机m个状态的状态值，各状态值经过序列蒙特卡洛模拟得到，且状态值只有0和1两个值，其中，1表示风机处于运行状态，0表示风机处于停机维护状态。4.根据权利要求3所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，每台风机的运行或停机状态根据停机状态持续时间逆变换得到，则有：t
down
＝-mttr
×
ln(r)其中，t
down
为风机的停机状态持续时间，ln表示自然对数函数，mttr为修复停机状态下的风机需要的平均时间，即恢复时间，r
→
unif(0,1)，即服从0-1之间的均匀分布，当风机的停机时间大于状态持续时间时，则该状态的状态值为0。5.根据权利要求3所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：
21)获取海上风电场的每个运行状态出现的概率，并以此作为该状态下对应功率差额的概率，根据在任一状态下海上风电场的输出功率获取该状态下的功率差额构建概率-功率差额曲线；22)结合概率-功率差额曲线以及短中长三种时间尺度下的成本-功率曲线，通过预先设定的成本范围和概率范围初步选择符合要求的储能总功率值；23)根据符合要求的储能总功率值确定短中长三种时间尺度下储能电池的数量形成备选方案，分别根据四个评估目标，并通过场景设计计算四个目标的具体值，获取各备选方案的评估目标值。6.根据权利要求5所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤21)中，对于序列蒙特卡洛模拟的每次迭代，海上风电场的m个运行状态中，每个状态的出现概率p
r
为：其中，z为模拟过程中某台风机某个状态出现的次数，n
o
为序列蒙特卡洛模拟过程中的总迭代次数。7.根据权利要求5所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤21)中，在任一状态下，海上风电场的输出功率p
oj
为：其中，sw
ij,k
为第i台风机在第j个状态下序列蒙特卡洛模拟过程第k次迭代时的状态，j＝1，2，
…
，m，由风机运行状态矩阵获取，n
o
为序列蒙特卡洛模拟过程中的总迭代次数。8.根据权利要求5所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤23)中，四个评估目标分别为净现值、预期发电差额、负荷损失小时数和弃风量，设计的场景包括风电场不结合储能系统、风电场结合短时间尺度储能系统、风电场结合中时间尺度储能系统和风电场结合长时间储能系统，所述的净现值npv的表达式为：npv的表达式为：npv的表达式为：其中，l
life
为储能电池寿命，i为电池充放电次数，l为储能电池的退化指数，n
b
为风电场所需的储能电池数量，pl
life
为海上风电场的运行寿命，fix表示向零方向取整，k为储能数量，c
battery
为储能电池成本，d为折现率；所述的预期发电差额的表达式为：
其中，p
owf,j
为不考虑风机随机故障，即当风机运行状态矩阵s
n
×
m
的元素全为1时的风电场输出功率，p
o
为考虑随机故障时风电场的实际出力，p
b,j
为第j个状态下的储能功率，c取值为1表示正在充电，取值为2表示正在放电，t
m
为风机状态的持续时间；所述的负荷损失小时数lolh的表达式为：其中，p
d,j
为风电场在第j个状态下的计划输出，r
owf
为海上风电场额定功率值；所述的弃风量p
c
的表达式为：9.根据权利要求8所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括以下步骤：31)获取净现值、预期发电差额、负荷损失小时数和弃风量下，各备选方案的得分矩阵g；32)根据偏好目标的相对重要性构建权重向量w
′
；33)对备选方案进行排序，得到备选方案的排名ζ＝g
×
w
′
，以此确定储能协调配合的最优容量方案。10.根据权利要求8所述的一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，其特征在于，所述的步骤31)具体为：311)建立四个评估目标下所有可能的备选方案u的比较矩阵v
g
，且g＝1、2、3、4；312)根据比较矩阵构建每个目标的得分向量w
ig
后形成得分矩阵g。

技术总结
本发明涉及一种多目标下海上风电场最优化学储能容量确定方法，包括以下步骤：1)考虑海上风电场风况—风速不确定性和风机之间的尾流效应，构建风机运行状态矩阵并计算风电厂的实际出力，即输出功率P


技术研发人员：黄阮明 边晓燕 王晓晖 费斐 李灏恩 吴恩琦 宋天立 戚宇辰 朱昌辉 杨云轶
受保护的技术使用者：上海电力大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/10