一种促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法

1.本发明涉及电力系统风电场控制技术领域，尤其涉及一种促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法。


背景技术：

2.风力发电是可再生能源领域中最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，且可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大。为了达成节能减排的能源利用目标，必须大力发展风电等可再生能源，提高风电在发电中的比例，实现电力企业的能源结构利用改革，构建以新能源为主体的电力新企业。
3.风力发电具有广阔的前景，但是有很多因素制约着风电的利用，主要因素在于风能具有随机波动性和不可预测性，不同时段的风力出力不同，发电量也不同。这些因素会给风电的利用带来不利影响，其中风电波动性对线损的影响直接关系到电力企业的经济收益。
4.当风电用于储能系统中，风电的波动性会给大容量储能装置充电带来影响，必须与主电源输送电能协调进行，以达到良好的储能效果。风电夜间出力大波动性高，通过电网充电和风电充电将电能储存进储能系统之中，此时因风电和负荷波动，对于储能系统充电，电网传输的充电功率会有波动且波动大，使得传输线路上的线损大。因此，需要一种预测修正的方法能够使得电网传输功率平均，从而使线损降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
6.步骤a：确定降损控制方法的使用场景为夜间时段；所述夜间时段包括谷时段t2～t3；
7.步骤b：收集历史负荷与风电出力在一天内的96点数据作为历史数据，基于历史数据预测当日负荷和风电出力，并根据预测得到的风电出力和负荷的功率差额计算充电至储能系统的初始平均功率；
8.步骤c：在谷时段开始时，控制电网以初始平均功率p
gridp
向储能装置充电；采集风电出力的实时数据，通过恒传输功率双模型预测校准法来修正电网向储能装置传输的平均功率。
9.所述夜间时段还包括峰时段t0～t1和平时段t1～t2；
10.所述步骤a中峰时段储能装置放电，平时段储能装置停止放电，谷时段风电联合电网共同向储能装置充电至充满。
11.所述步骤b中计算充电至储能系统的初始平均功率的公式如下：
12.13.其中，p
l3
(t)为谷时段预测负荷功率，p
w3
(t)为谷时段风电预测发电功率，p
gridp
为谷时段电网初始平均功率，e
st
为储能系统容量，η为充电效率。
14.所述步骤c中修正电网向储能装置传输的平均功率的步骤包括：
15.当实时风电出力差距预测风电出力幅度在20％以内时，认为下个单位时间内的风电波动与本单位时间内的实时风电波动相同，采用以下公式修正电网向储能装置传输的平均功率：
[0016][0017]
其中，p
grid3k
为谷时段电网修正后的传输功率，t
2k
为t2过后k-1个单位时间的时间节点fo'(t)为风速特征函数的导数，p
w0j
为t2时刻后j个单位时间内的风电实时发电功率。
[0018]
所述步骤c中修正电网向储能装置传输的平均功率的步骤还包括：
[0019]
当实时风电出力差距预测风电出力幅度在20％以上时，将单位时间内风电波动分摊到剩余时段内，采用以下公式修正电网向储能装置传输的平均功率：
[0020][0021]
其中p
windp
为风电预测发电功率。
[0022]
一种促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制装置，其特征在于，包括：
[0023]
确定模块，用于确定降损控制方法的使用场景为夜间时段；夜间时段分为峰时段t0～t1、平时段t1～t2、谷时段t2～t3；
[0024]
收集模块，用于收集历史负荷与风电出力在一天内的96点数据作为历史数据，基于历史数据预测当日负荷和风电出力，并根据预测得到的风电出力和负荷的功率差额计算充电至储能系统的初始平均功率；
[0025]
修正模块，用于在谷时段开始时，控制电网以初始平均功率p
gridp
向储能装置充电；采集风电出力的实时数据，通过恒传输功率双模型预测校准法来修正电网向储能装置传输的平均功率。
[0026]
所述确定模块中峰时段储能装置放电，平时段储能装置停止放电，谷时段风电联合电网共同向储能装置充电至充满。
[0027]
所述收集模块中计算充电至储能系统的初始平均功率的公式如下：
[0028][0029]
其中，p
l3
(t)为谷时段预测负荷功率，p
w3
(t)为谷时段风电预测发电功率，p
gridp
为谷时段电网初始平均功率，e
st
为储能系统容量，η为充电效率。
[0030]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～5任意一项所述促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法中的各个步骤。
[0031]
一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～5任意一项所述促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方
法中的各个步骤。
[0032]
本发明的有益效果在于：
[0033]
1、本发明能够在通过协调大容量储能装置进行填峰削谷的同时，通过恒传输功率双模型预测校准平稳电网传输功率，降低电网侧传输功率的线损，提高了电网运行的稳定性和经济性；
[0034]
2、本发明在实现新能源合理分配的同时降低了电网线损，能够保障风电自发自用，对未来高比例风电接入配网系统后的源荷不平衡问题具有参考意义。
附图说明
[0035]
图1为本发明促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法示意图；
[0036]
图2为常规情况下考虑夜间峰谷电价后风电与储能协调降损的控制方法流程图；
[0037]
图3为本发明促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制装置的结构示意图；
[0038]
图4为本发明电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0039]
本发明提出一种促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0040]
图1为本发明促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法示意图。本发明提出的控制方法的降损系统包括以下设备：1)大容量电能储存装置；2)风力发电功率检测装置；3)负荷功率检测装置；4)风力发电装置；5)换流器；7)主电源传输功率控制装置。其具体步骤如下：
[0041]
步骤a：确定控制策略的使用场景：夜间时段分为峰、平、谷三个时段，时间断点记为t0、t1、t2、t3，不同时段电价不同，峰时段电价为p1(1.2元/kwh)，平时段电价为p2(0.8元/kwh)，谷时段电价为p3(0.4元/kwh)，风电上网电价为0.4元/kwh。风电联合储能系统协调电网供给负荷。峰时段储能装置放电；平时段储能停止放电；谷时段风电联合电网共同向储能装置充电至充满。
[0042]
步骤b：收集历史负荷与风电出力的在一天内的96点数据，通过历史数据预测当日负荷和风电出力。
[0043]
步骤c：在谷时段开始时，控制电网以初始平均功率p
gridp
向储能装置充电。随后采集风电出力的实时数据，通过恒传输功率双模型预测校准法来不断修正电网向储能装置传输的平均功率。
[0044]
图2为常规情况下考虑夜间峰谷电价后风电与储能协调降损的控制方法流程图。夏秋冬季夜间风速较高，负荷较低，而未来高比例风电装机容量大，为了防止风电功率倒送，储能系统应当储存夜间溢出的全部风能。考虑到峰谷电价差，还应当在风电不能够完全充满储能系统时候夜间通过电网主电源向储能系统充电至满，在白天负荷高峰进行放电，并且峰时段全部放完储系统的电能，此时储能系统容量为e
st
。
[0045]
四季度风速变化特征明显，各个季节的风速变化具有典型特征，采用的典型风速简化模型为fo(t)。fo(t)为风电出力容量系数与时间的函数。
[0046]
夜间场景时段从18:00到次日6:00可分为峰、平、谷三个时段。其中峰时段为18:00
到22:00，平时段为22:00到24:00，谷时段为0:00到6:00。时间节点分别记为t0、t1、t2、t3。
[0047]
下对场景使用的风电储能协调运行策略作具体说明：当处于峰时段时，负荷大，需优先满足负荷要求，储能系统进行放电，且保留20％的容量作为裕度，用于调节负荷急剧波动，风电自发自用，同时还需从电网侧获取功率，三者共同承担负荷功率，则有
[0048][0049]
其中pi(t)为峰时段负荷功率，pw(t)为峰时段风电发电功率，p
grid
(t)为峰时段电网传输功率，e
st
为储能系统容量。
[0050]
当处于平时段时，负荷水平一般，储能电池剩余容量为20％，在确保风电完全利用的同时通过电网侧和风电功率对负荷进行供电，此时
[0051][0052]
其中p
i2
(t)为平时段负荷功率，p
w2
(t)为平时段风电发电功率，p
grid2
(t)为平时段电网传输功率。
[0053]
当处于谷时段时，负荷较低且十分稳定，风力发电量高，此时需要将风电与主电源传输功率配合储存至储能系统，在谷电价时段内将大容量储能系统充满用于峰电时间放电，此时有公式：
[0054][0055]
其中p
i3
(t)为谷时段预测负荷功率，p
w3
(t)为谷时段风电预测发电功率，p
grid3
(t)为谷时段电网传输功率，η为电池充电效率。
[0056]
为达成降低线路损耗的目标，需要使电网传输功率时刻以一个平均的功率波动，这就需要通过收集的负荷和风电历史数据来预测当日的负和风电出力值，通过预测值确定电网传输的平均功率，同时考虑风电和负荷波动，需要时刻对电网传输的平均功率进行修正，使得在波动影响下风电和电网能够将储能系统充满，且电网能够以较为平稳的平均功率进行传输。故有初始电网的平均传输功率：
[0057][0058]
其中i
wind
为风电装机容量。
[0059]
在保证谷时段将储能系统充满的前提下对电网传输的平均功率连续追踪修正，故每单位时间进行一次修正来使功率波动最小，采取恒传输功率双模型预测校准法来对电网传输的平均功率公式进行修正。
[0060]
由风电功率检测装置监测到t2时刻后单位时间内的风电实时功率p
w01
，则根据风速模型修正下个单位时间内风电发电量
[0061]
p
w0i
＝fo'(t
2i
)i
wind
p
w0(i-1)
，i≥2
[0062]
其中f’o
(t)为风电容量因数函数的导数，t
2i
为t2过后i个单位时间的时间节点。
[0063]
根据不同的风速状况来确定恒传输功率双模型预测校准法中修正电网传输功率的修正模型。
[0064]
当实时风电出力与预测风电出力状况趋同时，即实时风电出力差距预测风电出力
幅度在20％以内，认为下单位时间内的风电波动与本单位时间内的实时风电波动相同，此时采用以下公式修正电网向储能传输的平均功率：
[0065][0066]
其中，p
grid3k
为谷时段电网修正后的传输功率，t
2k
为t2过后k-1个单位时间的时间节点，f’o
(t)为风速特征函数的导数，p
w0j
为t2时刻后j个单位时间内的风电实时发电功率。
[0067]
当实时风电出力明显高于或低于历史风电出力时，即实时风电出力差距预测风电出力幅度在20％以上，将单位时间内风电波动分摊到剩余时段内，此时采用以下公式修正电网向储能传输的平均功率：
[0068][0069]
其中p
windp
为风电预测发电功率。
[0070]
根据上述修正公式对电网传输的平均功率连续追踪，即每单位时间引入一次对电网平均传输功率的实时修正，并且调节储能充电功率使电网以此平均功率输送电能给储能装置。
[0071]
图3为本发明促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制装置的结构示意图；该装置包括：
[0072]
确定模块，用于确定降损控制方法的使用场景为夜间时段；夜间时段分为峰时段t0～t1、平时段t1～t2、谷时段t2～t3；
[0073]
收集模块，用于收集历史负荷与风电出力在一天内的96点数据作为历史数据，基于历史数据预测当日负荷和风电出力，并根据预测得到的风电出力和负荷的功率差额计算充电至储能系统的初始平均功率；
[0074]
修正模块，用于在谷时段开始时，控制电网以初始平均功率p
gridp
向储能装置充电；采集风电出力的实时数据，通过恒传输功率双模型预测校准法来修正电网向储能装置传输的平均功率。
[0075]
收集模块中计算充电至储能系统的初始平均功率的公式如下：
[0076][0077]
其中，p
l3
(t)为谷时段预测负荷功率，p
w3
(t)为谷时段风电预测发电功率，p
gridp
为谷时段电网初始平均功率，e
st
为储能系统容量，η为充电效率。
[0078]
图4为本发明电子设备的结构示意图。本实施例的电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中处理器执行计算机程序时实现促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法中的各个步骤。还有一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现促进风电消纳的风电储能协调配合的降损控制方法中的各个步骤。
[0079]
本实施例针对夜间高比例风电出力大而负荷小的情况，能够在通过协调大容量储能装置进行填峰削谷的同时，通过恒传输功率双模型预测校准平稳电网传输功率，降低电
网侧传输功率的线损，提高了电网运行的稳定性和经济性；针对未来高比例新能源如高比例风电大规模接入导致的夜间发电负荷不平衡情况，提供了一种能够降低线损的能源分配方法，实现了风电自发自用，防止了风电功率倒送，保障了系统的安全可靠运行。
[0080]
此实施例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。