储能的光伏消纳与辅助调峰协调控制方法

1.本发明涉及储能调控技术领域，具体涉及一种储能的光伏消纳与辅助调峰协调控制方法。


背景技术：

2.2020～2030年我国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，而新能源出力具有随机性，间歇性等问题，对电网的灵活性提出了严峻挑战。储能技术由于具有的能量时空转移功能，能有效抑制新能源功率波动，大大提高新能源消纳率，新能源 储能的发展模式已成为业界共识。我国各省份也陆续推出新能源场站配建储能的相关政策，多地要求配置5％-20％，持续充放电时间不短于2小时的储能设备。，但现有对储能控制策略的研究多集中于单个应用场景进行优化，如削峰填谷、调频、平抑新能源出力等，并未涉及多种应用场景之间的协调控制方法，所提的控制策略不能适应新形势下配置储能同时参与消纳弃光和调峰辅助服务的多应用场景，储能利用小时数低。
3.在此背景下，通过合理控制储能的充放电时段和功率，可以使新能源场站配置的储能在满足自身的消纳任务之外，通过参与辅助调峰进一步提升储能的利用率，有利于新能源 储能模式的推广。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种储能的光伏消纳与辅助调峰协调控制方法，通过对不同应用场景的时间段进行合理划分，针对不同的应用场景采用相应的控制策略，在满足弃光率要求的同时，还能提高储能利用小时数，其可同时满足消纳弃光和辅助调峰应用场景，有利于新能源 储能模式的推广。
5.本发明一种储能促进光伏消纳及参与调峰辅助服务的协调控制方法，其技术方案为，包括：
6.获取光伏电站典型日的实际出力数据和理论最大出力数据，确定弃光时间段和弃光曲线；
7.根据弃光曲线得到储能充电时间段，并在弃光时间段执行储能消纳控制策略，得到充电功率；
8.获取所在节点系统的日负荷曲线，并根据所述储能充电时间段和充电功率修正负荷曲线的调峰时段及储能容量初值；
9.根据修正调峰时段后的负荷曲线，确定储能参与辅助调峰的时间段及充放电功率；
10.根据弃光时间段、辅助调峰时间段、储能在弃光时间段的充电功率、辅助调峰时间段的充电功率和放电功率进行储能全天充放电控制。
11.较为优选的，所述确定弃光时间段的方法包括：
12.判断公式是否成立，若成立，则该时间段为弃光时间段；
13.其中，为t时刻的光伏理论出力值，为t时刻的光伏实际出力值，为t时刻的光伏弃光功率。
14.较为优选的，在弃光时间段执行储能消纳控制策略，得到弃光时间段的充电功率，包括：
15.在弃光时间段，设定储能消纳弃光功率下限pc的初值和迭代步长δp；
16.判断t时刻是否满足第一约束条件，所述第一约束条件包括弃光率约束和储能容量约束；
17.若满足，则根据公式计算出弃光时间段在t时刻的充电功率并输出；
18.若不满足弃光率约束，则令pc＝p
c-δp进行迭代，直至满足第一约束条件后，将新的储能消纳弃光功率下限pc带入公式输出t时刻的充电功率
19.若不满足储能容量约束，则令pc＝pc δp进行迭代，直至满足第一约束条件后，将新的储能消纳弃光功率下限pc带入公式输出t时刻的充电功率
20.其中，为t时刻的光伏弃光功率，为储能最大充电功率。
21.较为优选的，所述储能消纳弃光功率下限pc的初值取0～最大弃光功率间的任意值。
22.较为优选的，所述第一约束条件包括：
23.其中，η为要求达到的弃光率，e为储能容量，δt为充电功率切换时间间隔，i～j为弃光时间段，r
qg
为弃光率，e
pv
为计算周期内光伏实际发电电量。
24.较为优选的，根据所述储能充电时间段和充电电量修正负荷曲线的调峰时段及储能容量初值包括：
25.利用公式对负荷曲线的调峰时段及储能容量初值进行修正；
26.其中，t
tf
为调峰时段，t为全天时长，t
xn
为消纳弃光时段，e
ini
为储能参与辅助调峰
的储能容量初值，为储能在t时刻的充电功率，δt为充电功率切换时间间隔，e为储能容量。
27.较为优选的，根据修正调峰时段后的负荷曲线，确定储能参与辅助调峰的时间段及充放电功率包括：
28.根据修正调峰时段后的负荷曲线计算得到负荷平均功率，根据所述负荷平均功率、负荷最大功率和负荷最小功率确定放电功率下限p1和充电功率上限p2的初值，以及迭代步长δp；
29.判断t时刻是否满足第二约束条件，所述第二约束条件包括储能容量约束、储能修正电量约束和储能充放电量平衡约束；
30.若e
ch
不满足储能容量约束，则令p2＝p
2-δp进行迭代，直至e
ch
满足储能容量约束条件；
31.若e
disch,1
或e
disch,2
不满足储能容量约束，则令p1＝p1 δp进行迭代，直至e
disch,1
和e
disch,2
均满足储能容量约束条件；
32.若在储能容量约束满足的前提下，不满足储能修正电量约束，则令 p2＝p
2-δp进行迭代，直至满足储能修正电量约束；
33.若在储能容量约束和储能修正电量约束均满足的前提下，不满足储能充放电量平衡约束，且充电电量大于放电电量，则令p2＝p
2-δp进行迭代，直至满足储能充放电量平衡约束；
34.若在储能容量约束和储能修正电量约束均满足的前提下，不满足储能充放电量平衡约束，且充电电量小于放电电量，则令p1＝p1 δp进行迭代，直至满足储能充放电量平衡约束；
35.在所述第二约束条件的每项约束均满足的前提下，根据公式计算出储能参与辅助调峰的时间段中t时刻的充电功率和t时刻的放电功率并输出；
36.根据最终的放电功率下限p1和充电功率上限p2确定储能参与辅助调峰的时间段；
37.其中，e
ch
为储能调峰时段的充电电量，e
disch,1
为第一次削峰时段放电电量，e
disch,2
为第二次削峰时段放电电量，为t时刻的负荷功率，为储能最大充电功率，为储能最大放电功率。
38.较为优选的，根据所述负荷平均功率、负荷最大功率和负荷最小功率确定放电功率下限p1和充电功率上限p2的初值包括：
39.将放电功率下限p1的初值设置在负荷平均功率和负荷最大功率之间；
40.将充电功率上限p2的初值设置在负荷最小功率和平均功率之间。
41.较为优选的，所述根据最终的放电功率下限p1和充电功率上限p2确定储能参与辅助调峰的时间段包括：
42.将负荷功率高于放电功率下限p1，并位于弃光时间段之前的时段作为第一次削峰时段
43.将负荷功率高于放电功率下限p1的，并位于弃光时间段之后的时段作为第二次削峰时段
44.将负荷功率处于p1和p2之间的时间段作为储能不动作时段；
45.将负荷功率低于充电功率上限p2的时段作为充电时段t
ch
。
46.较为优选的，所述第二约束条件为：
[0047][0048]
其中，e为储能容量，δt为充电功率切换时间间隔，e
ini
为储能参与辅助调峰的储能容量初值。
[0049]
本发明的有益效果为：
[0050]
1、针对现有的储能控制策略仅限于单个应用场景，无法协调控制储能同时参与新能源消纳和调峰辅助服务的不足，本方法通过对两种应用场景进行合理划分，实现储能分层协调控制。在满足弃光率要求的同时，还能提高储能利用小时数，其可同时满足消纳弃光和辅助调峰应用场景，适用于存在弃光现象的光伏电站，有利于新能源 储能模式的推广，大大提高新能源场站配置储能的积极性。
[0051]
2、储能分层协调控制中，第一层在弃光阶段以降低弃光率为约束制定控制策略，采用该策略得到的弃光时间段和弃光时间段的充电功率进行储能控制，能满足弃光率的要求。
[0052]
3、储能分层协调控制中，第二层根据第一层的配置结果对储能容量和负荷曲线进行修正，采用改进的功率差控制方法制定储能辅助调峰阶段充放电策略，采用该策略得到的辅助调峰时间段、辅助调峰时间段的充电功率和放电功率进行储能控制，能大大提高储能的利用小时数。
附图说明
[0053]
图1为本发明一种储能的光伏消纳与辅助调峰协调控制方法的流程示意图；
[0054]
图2为本发明储能促进光伏消纳及参与调峰辅助服务的协调控制策略流程图；
[0055]
图3为本发明弃光策略流程图；
[0056]
图4为弃光时段储能充放电示意图；
[0057]
图5为改进的功率差控制策略流程图；
[0058]
图6为调峰时段储能充放电示意图；
[0059]
图7为一种较佳实施例的弃光曲线；
[0060]
图8为一种较佳实施例的负荷曲线；
[0061]
图9为储能参与消纳前后弃光对比示意图；
[0062]
图10为储能参与调峰辅助服务前后负荷曲线对比示意图；
[0063]
图11为储能出力曲线示意图；
[0064]
图12为储能容量变化曲线示意图。
具体实施方式
[0065]
为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0066]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0067]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0068]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0069]
实施例一
[0070]
图1、2示出了本技术较佳实施例(图1示出了本技术第一实施例)提供的一种储能的光伏消纳与辅助调峰协调控制方法的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
[0071]
该方法包括以下步骤：
[0072]
步骤1，获取光伏电站典型日的实际出力数据和理论最大出力数据，确定弃光时间段和弃光曲线。
[0073]
通过收集实际光伏电站的实际日出力曲线及理论最大出力曲线，可以获得光伏电站的弃光曲线，如下式所示：
[0074][0075]
其中，为t时刻的光伏理论出力值，为t时刻的光伏实际出力值，为t时刻的光伏弃光功率。
[0076]
判断公式是否成立，若成立，则该时间段为弃光时间段。
[0077]
步骤2，根据弃光曲线得到储能充电时间段，并在弃光时间段执行储能消纳控制策略，得到充电功率。其具体控制策略如图3所示：
[0078]
在弃光时间段，设定储能消纳弃光功率下限pc的初值和迭代步长δp，储能消纳弃光功率下限pc的初值取0～最大弃光功率间的任意值；
[0079]
判断t时刻是否满足第一约束条件，所述第一约束条件包括弃光率约束和储能容量约束；
[0080]
若满足，则根据公式计算出弃光时间段在t时刻的充电功率并输出；
[0081]
若不满足弃光率约束，则令pc＝p
c-δp进行迭代，直至满足第一约束条件后，将新的储能消纳弃光功率下限pc带入公式输出 t时刻的充电功率
[0082]
若不满足储能容量约束，则令pc＝pc δp进行迭代，直至满足第一约束条件后，将新的储能消纳弃光功率下限pc带入公式输出t时刻的充电功率
[0083]
其中，为t时刻的光伏弃光功率，为储能最大充电功率。
[0084]
其中，第一约束条件包括：
[0085][0086]
其中，η为要求达到的弃光率，一般认为是5％，e为储能容量，δt为充电功率切换时间间隔，i～j为弃光时间段，r
qg
为弃光率，e
pv
为计算周期内光伏实际发电电量。
[0087]
当弃光功率大于pc时，储能充电，消纳弃光，当弃光功率小于pc时，储能不动作。pc与弃光曲线相交于两点t＝i,j，则i～j为储能充电时间段，如图4所示。
[0088]
步骤3，获取所在节点系统的日负荷曲线，并根据所述储能充电时间段和充电功率修正负荷曲线的调峰时段及储能容量初值。
[0089]
根据上一步确定的储能用于光伏消纳的时间段，此时储能无法参加后续调峰，则在负荷曲线中应削减掉此段时间，将负荷曲线分为消纳弃光前后两个区间。同时储能由于进行了充电，soc状态发生改变，对于消纳弃光后的时间段，储能初始容量不再为0。
[0090]
因此，利用公式对负荷曲线的调峰时段及储能容量初值进行修正。
[0091]
其中，t
tf
为调峰时段，t为全天时长，t
xn
为消纳弃光时段，e
ini
为储能参与辅助调峰的储能容量初值，为储能在t时刻的充电功率，δt为充电功率切换时间间隔，e为储能容量。
[0092]
步骤4，根据修正调峰时段后的负荷曲线，确定储能参与辅助调峰的时间段及充放电功率。其具体过程如图5所示：
[0093]
根据修正调峰时段后的负荷曲线计算得到负荷平均功率，根据所述负荷平均功率、负荷最大功率和负荷最小功率确定放电功率下限p1和充电功率上限p2的初值，以及迭代步长δp。具体可将充电功率p1的初值设置在负荷平均功率和负荷最大功率之间，将充电功率上限p2的初值设置在负荷最小功率和平均功率之间；
[0094]
判断t时刻是否满足第二约束条件，所述第二约束条件包括储能容量约束、储能修正电量约束和储能充放电量平衡约束；
[0095]
第二约束条件具体为：
[0096][0097]
其中，e为储能容量，δt为充电功率切换时间间隔，e
ini
为储能参与辅助调峰的储能容量初值。
[0098]
若e
ch
不满足储能容量约束，则令p2＝p
2-δp进行迭代，直至e
ch
满足储能容量约束条件；
[0099]
若e
disch,1
或e
disch,2
不满足储能容量约束，则令p1＝p1 δp进行迭代，直至e
disch,1
和e
disch,2
均满足储能容量约束条件；
[0100]
若在储能容量约束满足的前提下，不满足储能修正电量约束，则令 p2＝p
2-δp进行迭代，直至满足储能修正电量约束；
[0101]
若在储能容量约束和储能修正电量约束均满足的前提下，不满足储能充放电量平衡约束，且充电电量大于放电电量，则令p2＝p
2-δp进行迭代，直至满足储能充放电量平衡约束；
[0102]
若在储能容量约束和储能修正电量约束均满足的前提下，不满足储能充放电量平衡约束，且充电电量小于放电电量，则令p1＝p1 δp进行迭代，直至满足储能充放电量平衡约束；
[0103]
在所述第二约束条件的每项约束均满足的前提下，根据公式计算出储能参与辅助调峰的时间段中t时刻的充电功率和t时刻的放电功率并输出；
[0104]
根据最终的放电功率下限p1和充电功率上限p2确定储能参与辅助调峰的时间段，具体为：将负荷功率高于放电功率下限p1，并位于弃光时间段之前的时段作为第一次削峰时段
[0105]
将负荷功率高于放电功率下限p1的，并位于弃光时间段之后的时段作为第二次削峰时段
[0106]
将负荷功率处于p1和p2之间的时间段作为储能不动作时段；
[0107]
将负荷功率低于充电功率上限p2的时段作为充电时段t
ch
，具体如图6 所示；
[0108]
该步骤中，e
ch
为储能调峰时段的充电电量，e
disch,1
为第一次削峰时段放电电量，e
disch,2
为第二次削峰时段放电电量，为t时刻的负荷功率，为储能最大充电功率，为储能最大放电功率；
[0109]
步骤5，根据弃光时间段、辅助调峰时间段、储能在弃光时间段的充电功率、辅助调峰时间段的充电功率和放电功率进行储能全天充放电控制。
[0110]
通过公式可计算出负荷峰谷差率。
[0111]
通过公式i
tf
＝(e
disch,1
e
disch,2
)
·
b可计算出储能参与调峰辅助服务的收益，式中，i
tf
为储能参与调峰辅助服务的收益，b为调峰补偿价格。
[0112]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0113]
实施例二
[0114]
以某实际光伏电站数据作为实施例，验证本发明所提评价方法的有效性和合理性。
[0115]
实施例中光伏电站最大功率为20mw，负荷峰值为49.5mw。储能电池容量为12mwh，最大充放电功率为3mw。
[0116]
光伏电站的弃光曲线和系统的负荷曲线见图7、8。初始弃光率为 12.84％，峰谷差13.65mw，峰谷差率27.57％。迭代步长δp设为0.01mw。
[0117]
1)、算例结果
[0118]
根据弃光策略得到pc＝0.51mw，此时储能消纳弃光时段为10:00-14:00，总充电电量为5.8mwh。储能消纳前后弃光对比见图9。
[0119]
修正负荷曲线时间段为0:00-10:00，14:00-24:00，储能初始容量 e
ini
＝6.2mwh。
[0120]
根据改进的功率差控制策略得到p1＝45.45mw,p2＝38.12mw，储能辅助调峰充放电时段及电量，其中充放电量为正说明储能充电，为负说明储能放电。如表1所示。
[0121]
表1储能调峰时段充放电策略
[0122] 动作时段充放电量(mwh)储能充电0:00-5:00 10.6631储能第一次放电7:00-9:00-4.4733储能第二次放电16:00-21:00-11.9898
[0123]
储能参与调峰辅助服务前后负荷曲线对比见图10。
[0124]
综合以上计算得到最终的储能全天充放功率及充放电量见图11、12。
[0125]
2)、结果分析
[0126]
储能参与消纳弃光和调峰辅助服务前后的技术指标对比如表2所示。
[0127]
表2储能参与前后技术指标对比
[0128] 弃光率峰谷差(mw)峰谷差率
储能参与前12.84％13.6527.57％储能参与后4.98％8.3818.02％
[0129]
可见，本发明提出的储能促进光伏消纳及参与调峰辅助服务的协调控制策略，可以使光伏电站配置的储能在满足自身弃光率要求的前提下，通过参与调峰辅助服务市场既可以优化系统负荷曲线，又可以增加储能的利用小时数，提高光伏电站配置储能的积极性。
[0130]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0131]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。