CN112952848A - 一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法，包括：根据实际电网数据分析该电网需求场景；将需求场景分为可预知规划的需求场景和不可预知规划的需求场景；通过历史数据及日前数据分析确定可预知规划的需求场景在该日的时段安排及规划；确定在每一个可预知规划的需求场景的时段中储能实际有功出力和无功出力的计算方法；建立识别指标完成不可预知规划的需求场景的识别；建立切换指标判断是否完成不可预知规划的需求场景的切换。本发明基于目前储能接入电网的多个应用场景的控制策略，结合实际电网需求分析，提出多场景应用切换控制方法，旨在通过储能接入并对其进行契合不同电网的适应性改造达到充分满足不同电网需求的目的。

Description

一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法

此申请专利为2020年01月03日提交的申请号为202010005642.6，名称为一种储能多场景应用切换控制方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种储能控制方法，具体涉及一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法。

背景技术

我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例，发展新能源是我国能源发展的基本方向。

储能技术在提高电网对新能源的接纳能力、电网调频、削峰填谷、提高电能质量和电力可靠性等方面的重要作用已经在国际上达成共识。近年来，随着电化学储能技术的不断成熟、成本的快速下降，我国电化学储能增长迅速，总装机容量从2015年的105MW增长到2018年的1.034GW，年增长114％。储能从时间上对能量灵活搬运功能，可以使得可再生能源发电对电网更加友好、可控，参与电网调峰、调频等辅助服务，为电网安全运行提供支撑，还可以装置于用户侧，为用户提供峰谷调节、提升供电能力、提升供电可靠性等多种需求，因此，储能在发电侧、电网侧和用户侧均取得快速规模化应用，已经成为我国能源清洁化转型和能源互联网发展的重要组成部分和关键支撑技术。

储能技术在提高电网对新能源的接纳能力、电网调频、削峰填谷、提高电能质量和电力可靠性等方面的重要作用已经在国际上达成共识。储能的灵活性、特点和应用场景非常多，差异比较大，但根本上都是通过能量的时间转移存储，解决电力***发用电的即发即用、时刻平衡带来不灵活的缺点，秒级到分钟级的能量平衡归为频率调节需求，小时级的能量平衡归为峰谷调节需求。另一方面，随着新能源的大规模快速增多，由于其发电的刚性，或可调节性较差，对电力***的不同时间尺度能量平衡要求更高，带来更大的调峰调频需求。

从全社会角度看，通过储能进行能量的时间转移存储、发电和负荷曲线更优匹配，增强电力***消纳更大规模清洁能源能力，提高电能质量，降低电力***综合投资，达到电力供能更加清洁、综合社会成本更低的目的，从而增强我国工业竞争力、实现社会发展绿色低碳的最终目标。

发明内容

目前，电网在每一时段的需求都可能有所不同，本发明以电网需求为导向，通过单一储能解决实际电网问题，所提供的具体方案如下：

一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法，包括如下步骤：

S1.根据实际电网数据分析该电网需求场景；

S2.将所述的需求场景分为可预知规划的需求场景和不可预知规划的需求场景；

S3.通过历史数据及日前数据分析确定所有可预知规划的需求场景在该日的时段安排及规划；

S4.确定在每一个可预知规划的需求场景的时段中储能实际有功出力和无功出力的计算方法；

S5.建立识别指标完成不可预知规划的需求场景的识别；

S6.建立切换指标判断是否完成所述的不可预知规划的需求场景的切换。

优选地，S2中所述的可预知规划的的需求场景具体可以为：调峰、稳态调压、稳态调频；所述的不可预知规划的的需求场景具体可以为：暂态调压、暂态调频。

优选地，S3具体为，将该日由时间尺度上分为主调峰时段和主调压时段，白天为主调峰时段，夜间为主调压时段。

优选地，S4具体为，其中，在所述的主调峰时段以调峰为主，PCS容量首先满足调峰，通过负荷预测曲线确定削峰线和填谷线后得到储能有功出力曲线，并通过储能计划出力得到储能用于调压的无功裕度曲线；在所述的主调压时段以调压为主，PCS首先满足调压，为了满足电量平衡，首先设置储能恒低功率充电至所述的主调压时段结束时刚好完成充电，根据PCS剩余容量求得恒定的无功裕度。根据母线电压是否超过死区来确定所需的无功出力，根据无功裕度与所需的无功出力的比较来决定由储能单独承担调压任务还是由储能辅助电容器进行精细化调压，或者由电容器单独承担，基于此得到储能最终的无功出力。当所需的无功出力不大于无功裕度时，由储能单独承担调压任务；若所需的无功出力大于无功裕度时，首先进行所需的无功出力对单位电容器容量取余的值与单位电容器容量的比值是否超过设定阈值的判断，若是则说明电容调压将由于单位电容容量的限制而导致过调或超调，由储能辅助电容器作精细化调压，若否则说明电容器调压足够实现调压精确度，由电容器单独承担调压工作。

优选地，根据S5中所述的不可预知规划的需求场景为暂态调频和暂态调压，当暂态调频的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调频，当暂态调压的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调压；所述的识别指标具体可以为：

暂态调频的识别指标，所述暂态调频的识别指标包括综合调频识别指标ΔF_t：

其中，Δf为频率偏差，Δf_i为实时功率偏差所对应的频率偏差，

为频率变化率，三者均为标幺值；μ₁，μ₂，μ₃分别为三者之间的权重，μ₁+μ₂+μ₃＝1，根据***的仿真结果确定权重大小，

所述的实时功率偏差所对应的频率偏差Δf_i推导公式如下：

其中，K_G为机组的单位调节功率；K_D为负荷的频率调节效应系数；Δp为实时功率偏差；

所述的综合调频识别指标优势在于常规识别指标由于频率变化的时间尺度较小以及***延迟较大将导致自适应储能控制的频率超调、反调等一系列误操作，而所述的综合调频识别指标引入了实时功率偏差Δp以此弥补在日前计划之外的功率偏差所导致的频率偏差，可预防调频时的误动作，包括迟动作和过动作；

暂态调压的识别指标，所述的调压识别指标可以为常规识别方法中的电压偏差Δu，也可以为如下的综合调压识别指标ΔU_t：

Δu＝u(t)-u_PCCN

Δu_i＝∫(u_PCCN-u(t))dt

其中，u(t)为并网点实时电压值；u_PCCN为并网电压额定值；Δu_i为电压累计变化量；

为电压变化率；Δu，Δu_i，

均为标幺值。

本发明基于目前储能接入电网的多个应用场景的控制策略，结合实际电网需求分析，提出多场景应用切换控制方法，旨在通过储能接入并对其进行契合不同电网的适应性改造达到充分满足不同电网需求的目的，通过储能和内置控制方法的接入能够尽可能多地解决目前电网所存在的问题。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中某典型日数据进行所述的调峰和所述的稳态调压在该日的时段安排及规划图；

图3是本发明实施例中S4的具体流程图；

图4是本发明实施例中S6的具体流程图；

图5是本发明实施例中S8的具体流程图；

图6是本发明实施例中设定时间间隔进行储能SOC回准恢复图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

由图1可知，本发明实施例提供的一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法包括如下步骤：

S1.根据实际电网数据分析该电网需求场景；

S2.将所述的需求场景分为可预知规划的需求场景和不可预知规划的需求场景；

S3.通过历史数据及日前数据分析确定所有可预知规划的需求场景在该日的时段安排及规划；

S4.确定在每一个可预知规划的需求场景的时段中储能实际有功出力和无功出力的计算方法；

S5.建立识别指标完成不可预知规划的需求场景的识别；

S6.建立切换指标判断是否完成所述的不可预知规划的需求场景的切换。

其中，S2中所述的可预知规划的的需求场景具体可以为：调峰、稳态调压、稳态调频；所述的不可预知规划的的需求场景具体可以为：暂态调压、暂态调频。

实施例预设S1中通过实际电网数据所确定的电网需求场景有：调峰、稳态调压、暂态调压和暂态调频。则根据所述的S2可知调峰、稳态调压场景为可预知规划的需求场景，暂态调压、暂态调频为不可预知规划的需求场景。

其中，所述的S3具体可以为：

由图2可知，选取某典型日数据进行所述的调峰和所述的稳态调压在该日的时段安排及规划，结合调峰目标参量——负荷以及稳态调压目标参量——电压在所述的典型日下的变化规律得到以下结论：

1、区域总负荷的变化规律与变电站负荷的变化规律一致。负荷大小在上午(6：00～11：00)基本呈上升趋势，在晚上(20：00～4：00)呈下降趋势，在中午(11：00～12：00)和傍晚(18：00～20：00)分别有一个大波峰和一个小波峰，在凌晨(2：00～5：00)有一个大波谷。因此安装于该变电站10kV母线上的储能对区域总负荷进行削峰填谷和对变电站负荷进行削峰填谷没有本质区别，可以达到相同效果。

2、负荷的变化规律与母线电压的变化规律基本相反。在上午(6：00～11：00)负荷增大时电压下降，在晚上(20：00～4：00)负荷减小时电压上升。在负荷处于较高水平时电压基本处于较低水平，但负荷在较高水平时多次越出削峰线且最大值比削峰线高出一定距离，而电压在较低水平时基本不低于电压下限，且在两个削峰区时实时电压与电压下限之间有一段距离；在负荷处于较低水平时电压基本处于较高水平，在负荷越出填谷线时电压也越出电压上限且在填谷区内电压基本越限。因此，储能在削峰区内时无需考虑稳态调压，但在填谷区内时需要考虑。

根据结论可知，电压在负荷低谷时处于较高水平且长时越限，这是由于电网多处变电站缺少电抗器所致。电压过高将导致：①变压器过励磁，使铁芯损耗大大增加；②加速电气设备老化，降低寿命；③导致工业设备损毁，工业产品不合格。又由于调峰场景的填谷时段是为了解决储能的电量平衡问题以及对电压产生积极影响，但是根据调压公式可知电压纵分量远小于其横分量，储能无功出力对***电压的影响远大于储能有功出力，因此本文提出了在无需安装电抗器的情况下储能计划调峰/计划调压的切换控制规划。

根据所述的结论，所述的储能计划调峰/计划调压的切换控制规划具体可以为：

将该日由时间尺度上分为主调峰时段和主调压时段，白天为主调峰时段，夜间为主调压时段，具体时间节点的划分根据如下数据分析求得，如表1所示，统计典型日0点至12点电压与负荷值，确定所选典型日电压回落后与电压上限10.5kV相交点所对应的时间以及负荷线上升与削峰线相交点所对应的时间，根据以上时间确定主调压时段和主调峰时段切换的时间节点所在的区域为9：00—10：15，在区域内选择相应合适点作为切换的时间节点。

表1场景切换时间点

由图3可知，所述的S4具体可以为：

其中，在所述的主调峰时段以调峰为主，PCS容量首先满足调峰，通过负荷预测曲线确定削峰线和填谷线后得到储能有功出力曲线，并通过储能计划出力得到储能用于调压的无功裕度曲线；在所述的主调压时段以调压为主，PCS首先满足调压，为了满足电量平衡，首先设置储能恒低功率充电至所述的主调压时段结束时刚好完成充电，根据PCS剩余容量求得恒定的无功裕度。根据母线电压是否超过死区来确定所需的无功出力，根据无功裕度与所需的无功出力的比较来决定由储能单独承担调压任务还是由储能辅助电容器进行精细化调压，或者由电容器单独承担，基于此得到储能最终的无功出力。当所需的无功出力不大于无功裕度时，由储能单独承担调压任务；若所需的无功出力大于无功裕度时，首先进行所需的无功出力对单位电容器容量取余的值与单位电容器容量的比值是否超过设定阈值的判断，若是则说明电容调压将由于单位电容容量的限制而导致过调或超调，所以由储能辅助电容器作精细化调压，若否则说明电容器调压足够实现调压精确度，所以由电容器单独承担调压工作。

其中，S5中所述的不可预知规划的需求场景为暂态调频和暂态调压，当暂态调频的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调频，当暂态调压的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调压；所述的识别指标具体可以为：

1、暂态调频的识别指标

所述的调频识别指标可以为常规识别方法中的频率偏差Δf，也可以为如下的综合调频识别指标ΔF_t：

其中，Δf为频率偏差，Δf_i为实时功率偏差所对应的频率偏差，

为频率变化率，三者均为标幺值；μ₁，μ₂，μ₃分别为三者之间的权重，μ₁+μ₂+μ₃＝1，根据***的仿真结果确定权重大小。

所述的实时功率偏差所对应的频率偏差Δf_i推导公式如下：

其中，K_G为机组的单位调节功率；K_D为负荷的频率调节效应系数；Δp为实时功率偏差。

所述的综合调频识别指标优势在于常规识别指标由于频率变化的时间尺度较小以及***延迟较大将导致自适应储能控制的频率超调、反调等一系列误操作，而所述的综合调频识别指标引入了实时功率偏差Δp以此弥补在日前计划之外的功率偏差所导致的频率偏差，可预防调频时的误动作，包括迟动作和过动作。

2、暂态调压的识别指标

所述的调压识别指标可以为常规识别方法中的电压偏差Δu，也可以为如下的综合调压识别指标ΔU_t：

Δu＝u(t)-u_PCCN

Δu_i＝∫(u_PCCN-u(t))dt

其中，u(t)为并网点实时电压值；u_PCCN为并网电压额定值；Δu_i为电压累计变化量；

为电压变化率；Δu，Δu_i，

均为标幺值。

所述的综合调压识别指标的优势与所述的综合调频识别指标相同。

由于在所述的S5识别到暂态调频场景或暂态调压场景时需要确认储能参与该场景后将对其他场景(尤其是前一个场景)所产生的影响以及参与该场景产生的结果，因此S6中所述的切换指标用于对是否完成切换进行判断，所述的切换指标可以包含对其他场景的影响因子以及储能参与该场景的结果因子。

所述的切换指标具体可以如下式所示：

Z＝γ₁R_fro-bac-γ₂I_fro-bac

其中γ₁和γ₂分别为结果因子和影响因子的权重；R_fro-bac和I_fro-bac分别为结果银子和影响因子；Δx_bac-fro为储能场景切换前后对于原始场景目标参量x的变化量；Δx_fro为储能切换前原始场景目标参量x的偏差；Δy_bac-fro为储能场景切换前后对于下一场景目标参量y的变化量；Δy_fro为储能切换前下一场经目标参量y的偏差。

由于储能参与该场景后对除前一个场景以外的其他场景并不产生较大作用，可忽略不计，因此影响因子为前一个场景退出和该场景加入对前一个场景目标参量的影响，即前一场景的目标参量在切换前后的变化量；结果因子为储能参与该场景后对该场景目标参量的结果所造成的影响，即该场景的目标参量在切换前后的变化量。根据两个参量的优先级确定参量相对权重得到切换指标如下式，依据是否超过设定阈值的判断来确定是否完成场景切换。若不存在前一个应用场景，即储能当下未进行场景应用，则影响因子为0，即γ₂＝0。

其中，γ₁，γ₂权重的确定具体可以为：

1、紧急性指标m

紧急性指标是为衡量场景目标量的偏差程度所建立的指标，是为反应当下场景的严重程度。

2、重要性指标n

重要性指标是为衡量场景之间两两对比的重要性程度，例如由已知得调频场景的重要性指标应高于调压场景的重要性指标。

3、综合指标

综合指标的定义式如下，为紧急性指标和重要性指标的乘积。

λ_i＝m_i·n_i

根据综合指标确定γ₁，γ₂的数值大小，如下式：

由图4可知，所述的S6具体步骤可以为：

S7.根据S5识别出不可预知规划的需求场景，若识别出单一场景，则判断储能当下是否正在进行所述的可预知规划的需求场景的出力应用，若否则直接进入所述的识别出的不可预知规划的需求场景，若是则计算切换指标并与所设定的阈值进行比对以此来选择是否切换场景；

S8.若识别出暂态调压和暂态调频两个需求场景，则判断储能当下是否正在进行所述的可预知规划的需求场景的出力应用，若否则计算所述的暂态调压和暂态调频两个需求场景的切换指标并比较所述的两个切换指标的大小，选择进入所述的暂态调压和暂态调频两个需求场景中的一个场景，若是则计算所述的暂态调压和暂态调频两个需求场景的切换指标并比较所述的两个切换指标与所设定的阈值的大小，选择是否切换以及切换至暂态调压场景或暂态调频场景。

由图5可知，S8中所述的比较切换指标的大小以此选择进入场景具体可以为：

S9.计算影响因子和结果因子得到切换指标大小；

S10.判断是否同时识别出暂态调压场景和暂态调频场景，若是则判断暂态调压/暂态调频切换指标以及设定阈值三者的数值大小，若暂态调压的切换指标最大，则切换至暂态调压场景，若暂态调频的切换指标最大，则切换至暂态调频场景，若所设定的阈值最大，则选择不切换；若否则判断切换指标与设定阈值之间的数值大小，若切换指标最大，则选择切换至识别出的场景，若所设定的阈值最大，则选择不切换。

由于暂态调频和稳态调频场景的不可预知性和不确定性会导致原本满足计划调峰场景的储能电量在参与调频场景后有所改变，本发明提出以下两种方法解决电量守恒问题：

方法一：将储能电量分为虚拟计划容量和虚拟调度容量，其中虚拟计划容量用于确定调峰计划出力，根据所划分的虚拟计划容量大小确定调峰场景的削峰线和填谷线；虚拟调度容量用于调频场景的额外增减有功出力，若虚拟调度容量为0时调频场景需要储能放电，则储能不参与调频场景；若虚拟调度容量为最大值时调频场景需要储能充电，则储能不参与调频场景。

方法二：设定时间间隔进行储能SOC回准恢复。由图6所示，具体可以为：

若在之前一次调频为针对于频率暂降的情况则一次调频场景消耗电量，则储能在电量回准区恒功率充电，如图中区域①所示，充电功率的计算如下式，充电时间从t₁开始，在t₁+Δt结束；若在之前一次调频为针对于频率突增的情况则一次调频场景储存电量，则储能在电量回准区恒功率放电，如图中区域②所示，放电功率如下式，放电时间从t₂-Δt开始，在t₂结束。

1、区域①功率计算

(1)目标函数

max Δt

min P_peak-P(t₁+Δt)

(2)约束条件

[P_peak-P(t₁+Δt)]Δt＝Q_re

0＜Δt≤t₂-t₁

2、区域②功率计算

(1)目标函数

max Δt

min P(t₂-Δt)-P_valley

(2)约束条件

[P(t₂-Δt)-P_valley]Δt＝Q_re

0＜Δt≤t₂-t₁

其中，Δt为恒功率电量回准的持续时间；t₁为储能未动作区域在主调压区与削峰区之间的开始时间；t₂为储能未动作区域在主调压区与削峰区之间的结束时间；P_peak为储能削峰线；P_valley为储能填谷线。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种基于综合识别指标的储能多场景应用切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.根据实际电网数据分析该电网需求场景；

S2.将所述的需求场景分为可预知规划的需求场景和不可预知规划的需求场景，所述的可预知规划的的需求场景具体可以为：调峰、稳态调压、稳态调频；所述的不可预知规划的的需求场景具体可以为：暂态调压、暂态调频；

S3.通过历史数据及日前数据分析确定所有可预知规划的需求场景在该日的时段安排及规划，将该日由时间尺度上分为主调峰时段和主调压时段，白天为主调峰时段，夜间为主调压时段；

S4.确定在每一个可预知规划的需求场景的时段中储能实际有功出力和无功出力的计算方法；

S5.建立识别指标完成不可预知规划的需求场景的识别；

S6.建立切换指标判断是否完成所述的不可预知规划的需求场景的切换，

根据S5中所述的不可预知规划的需求场景为暂态调频和暂态调压，当暂态调频的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调频，当暂态调压的识别指标超过一定阈值，则识别为暂态调压；所述的识别指标具体可以为：

暂态调频的识别指标，所述暂态调频的识别指标包括综合调频识别指标ΔF_t：

其中，Δf为频率偏差，Δf_i为实时功率偏差所对应的频率偏差，

为频率变化率，三者均为标幺值；μ₁，μ₂，μ₃分别为三者之间的权重，μ₁+μ₂+μ₃＝1，根据***的仿真结果确定权重大小，

所述的实时功率偏差所对应的频率偏差Δf_i推导公式如下：

其中，K_G为机组的单位调节功率；K_D为负荷的频率调节效应系数；Δp为实时功率偏差；

所述的综合调频识别指标优势在于常规识别指标由于频率变化的时间尺度较小以及***延迟较大将导致自适应储能控制的频率超调、反调等一系列误操作，而所述的综合调频识别指标引入了实时功率偏差Δp以此弥补在日前计划之外的功率偏差所导致的频率偏差，可预防调频时的误动作，包括迟动作和过动作；

暂态调压的识别指标，所述的调压识别指标可以为常规识别方法中的电压偏差Δu，也可以为如下的综合调压识别指标ΔU_t：

Δu＝u(t)-u_PCCN

Δu_i＝∫(u_PCCN-u(t))dt

其中，u(t)为并网点实时电压值；u_PCCN为并网电压额定值；Δu_i为电压累计变化量；

为电压变化率；Δu，Δu_i，

均为标幺值。

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