CN113708394B - 一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 - Google Patents
一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113708394B CN113708394B CN202110889856.9A CN202110889856A CN113708394B CN 113708394 B CN113708394 B CN 113708394B CN 202110889856 A CN202110889856 A CN 202110889856A CN 113708394 B CN113708394 B CN 113708394B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy storage
- power
- frequency
- constraint
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 203
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 50
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 15
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007665 sagging Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 3
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 3
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 241001591024 Samea Species 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
- H02J3/241—The oscillation concerning frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明提供一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法，属于大规模电化学储能参与电力***调度领域。首先，探究常规火电机组与百兆瓦级储能共同参与双重辅助服务的联合调度原则；其次，根据调度原则建常规火电机组与百兆瓦级储能共同参与双重辅助服务的联合调度模型；最后，采用两阶段迭代方式对联合调度模型进行解算。本发实现了百兆瓦级储能与常规火电机组的协同以及百兆瓦级储能自身参与调峰、频率响应的出力空间分配，所提出的联合调度方法可以减少***弃风损失，提高***的频率安全水平，降低***运行的总成本，为大规模储能参与电网侧调度的方式提供参考。
Description
技术领域
本发明属于大规模电化学储能参与电力***调度领域，特别是涉及一种百兆瓦级储能参 与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法。
背景技术
2020年的全球新增可再生能源装机容量超过260GW，增长量接近2019年的1.5倍，并 且由于“双碳”目标的要求下，未来10年我国至少年均新增风、光发电装机容量7500万千瓦，可再生能源正逐步成为我国主力型电源。可再生能源的大量并网使电力***中具有频率 响应能力的常规机组的占比下降，然而新型电力***的“双高”特性又对***频率提出了更 高的要求，电网的快速频率响应需求升高。此外，可再生能源如风电的反调峰特性增加了电 力***的调峰要求，而机组的最小技术出力有限，***的下调峰压力显著增加。
电化学储能的响应速度快、便于精准控制，是优质的调峰、调频资源。目前，常利用电 化学储能进行风、光等可再生能源输出波动的平抑以减小***峰谷差，或基于电网单方面的 调频需求制定储能一次调频或二次调频的出力控制策略。现有研究多针对储能与新能源捆绑， 或将储能置于负荷侧令其根据自身荷电状态调整出力，究其原因是以的往电化学储能规模较 小，其出力仅对电网的调峰、调频其辅助作用。如今，世界各地都在兴建电网侧大规模电化 学储能，我国政策提出发展新型储能，令储能更大规模地发挥调节与保障作用以支撑新型电 力***建设。
大规模储能在电网侧能够直接根据电网需求进行削峰填谷，还可以更快地响应调频信号， 并且大规模储能应用于电网侧可提供优质的辅助服务，保障电网安全、提升电能质量并延缓 或避免原有输电***的扩容改造。《大规模储能***提升西北地区可再生能源消纳能力分析》 一文中指出，大规模储能可有效提升新能源消纳、迅速恢复直流闭锁故障造成的频率下降， 并建议在西北电网部署百兆瓦级储能。然而，针对***侧大规模储能的现有研究，多数是令 大规模储能采用不同的控制策略参与电网的自动发电控制，解决电力***二次调频容量不足、 调频性能欠佳的问题，这些研究仅考虑大规模储能参与某一类辅助服务，忽略了大规模储能 兼具功率与容量，可同时参与调峰、快速频率响应双重辅助服务。《储能电站参与能量-调频 市场联合调度模式研究》一文虽然提出了储能同时参与能量-调频市场的联合模型，但该模型 针对储能自身盈利方式，而非考虑电网利益。目前，鲜有研究在电力***调度层面考虑大规 模储能参与双重辅助服务以及储能与机组的协同。因此，理应利用大规模储能(尤其是百兆 瓦级储能)的功率与容量优势，令其参与调峰、频率响应双重辅助服务。
本发明提出了一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法。该方法 针对百兆瓦级电化学储能在电网侧参与电力***调峰与频率响应双重辅助服务的联合调度问 题，探究常规火电机组与百兆瓦级储能共同参与双重辅助服务的联合调度原则并提出联合调 度模型。该方法实现了百兆瓦级储能与常规火电机组的协同以及百兆瓦级储能自身参与调峰、 频率响应的出力空间分配，对大规模储能参与电网侧调度的方式提供参考。
发明内容
我国政策支持大规模储能的发展以提高电力***的灵活性，支撑新型电力***建设，然 而现有研究多针对储能参与某一类辅助服务，忽略了大规模储能兼具功率与容量，可同时参 与调峰、快速频率响应双重辅助服务。针对上述问题，本发明提出常规火电机组(以下简称 机组)与百兆瓦级储能(以下简称储能)共同参与双重辅助服务的联合调度方法，该方法实 现了百兆瓦级储能与常规火电机组的协同以及百兆瓦级储能自身参与调峰、频率响应的出力 空间分配，对大规模储能参与电网侧调度的方式提供参考。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法，包括以下步骤：
步骤1：百兆瓦级储能参与电力***调峰及频率响应双重辅助服务调度的实质是，完成 各资源参与调峰和频率响应预留出力空间的优化分配，以及考虑常规火电机组与百兆瓦级储 能所组成***的频率响应需求的含百兆瓦级储能出力计划的机组组合。基于“保证***频率 安全的前提下兼顾***运行经济性”的基本理念，首先确定百兆瓦级储能与常规火电机组共 同参与双重辅助服务的调度原则。
储能参与双重辅助服务与机组的联合调度，包含了储能与机组之间、储能自身双重辅助 服务之间两方面的协调，如图1所示。
储能与机组的协调中：频率响应层面，优先保证频率安全。由于一次调频为发电机组无 偿提供的基本辅助服务，因此在充分发挥机组响应能力的前提下，由储能补充频率响应需求 缺口。调峰层面，考虑***整体经济性，综合机组的深度调峰成本、储能的调用成本以及弃 风惩罚的成本等多种因素，结合调峰需求进行以运行经济性为目标的优化。
储能自身两辅助服务的协调中：优先保证***频率安全，其次再参与***调峰。由于在 日前机组组合为每15min时间尺度的优化结果，而频率响应需考虑的是扰动出现后几秒到十 几秒的动态过程，因此，储能参与两类辅助服务的投入在同一模型联合优化时，必需考虑差 异悬殊的时间尺度的协调问题。将储能需参与频率响应的瞬时出力动态变化时间序列，转化 为每15min内为保证步骤2中式(11)约束所需保有的频率响应备用容量，再以备用容量约束 的形式使储能的频率响应与调峰投入量在同一时间尺度下优化，备用容量约束如步骤2中式 (9)所示。
步骤2：根据百兆瓦级储能与常规火电机组共同参与双重辅助服务的调度原则建立联合 优化数学模型，该模型在***调度层面每24h进行一次优化，一次性得出次日的机组组合、 风电出力以及储能参与调峰、快速频率响应双重辅助服务的功率及容量结果(优化间隔为 15min，即每天96个优化时段)。优化目标以总成本最低，设定目标函数为
其中
式中，F为总成本；为机组i的启动成本；/>为机组i的停机成本；ai、bi、ci为机组运行成本函数的二次、一次及常数项系数；CB1为储能快速频率响应电价；CB3为储能调峰电价；CW为弃风超过限额时的单位损失；/>为机组深度调峰第一档电价；/>为机组深度调峰第二档电价；/>为机组i在时段t的运行功率；/>为机组i的功率上限；Pt B1为储能在时段t的快速频率响应备用功率；Pt B3为储能在时段t的调峰功率；Pt QW为时段t弃风超出限额的功率；/>为机组i在时段t的平均负荷率；/>为机组i在时段t的启停状态(1启，0停)；Nt为调度优化时段总数；NG为机组数目。
步骤3：步骤3为步骤2中式(1)的约束条件，包含机组约束、储能约束以及***约束， 由于重点讨论储能与机组以及储能自身双重辅助服务的协同优化问题，故忽略网络潮流约束。
所述的机组约束与传统机组组合约束类似，包含自身功率上下限约束、爬坡率约束、 旋转备用约束以及最小启停时间约束。
所述的储能约束如式(3)-(9)所示。储能在各时段内，其各辅助服务的调整方向只能有一 种，非充即放，即有充放电状态约束表示为
式中，为时段t储能调峰充、放电标志；/>为时段t储能基础充放电功率 的充、放电标志(均为0-1变量)。
各时段内规定储能各辅助服务的充放功率堆叠总和不得超过自身充、放电的最大输出功 率，即有功率总和约束为
其中
式中，表示储能的最大充、放电功率；/>表示时段t储能是否参与快速频率 响应(1是，0否)；μ为储能基础充放电功率占自身上下限的百分比；Pt B3,cha、Pt B3,dis为储能 调峰充、放功率；Pt BR表示储能基础充放电功率，用于恢复SOC；Pt BR,cha、Pt BR,dis表示Pt BR的充、放电功率。
储能各时段内的电量不得超过自身上下限，并且在相邻时段之间存在耦合关系，具体表 示为
式中，表示储能电量的上下限；/>表示时段t储能的电量；ηc、ηd表示储能 充、放电效率；ΔT＝15min表示每个时段的时长。
为保证储能每天都能按计划执行调度任务，储能在全天末尾与初始时段的电量不应相差 过大，即有始末电量约束为
式中，表示储能电量的初始值；/>表示全天过后储能电量的剩余值；γ为允许偏差。
储能频率响应备用功率需满足其最小备用功率要求值Pt B1,ref，如式(9),该值根据***频率 安全约束算出，详见步骤4。
Pt B1≥Pt B1,ref (9)
所述的***约束如式(10)、(11)所示，包含功率平衡约束和频率安全约束。功率平衡约 束要求机组出力、储能出力以及风电出力共同满足负荷功率，表示为
式中，Pt W表示风电并网功率；Pt L表示负荷功率。
频率安全约束要求***频率最低值不得低于安全下限
式中，ft nadir表示时段t的最低频率；fs表示***规定的频率安全下限。
为使联合优化解算不致过于复杂，令储能仅进行虚拟下垂控制调整出力，即使储能频 率响应出力的待优化变量只有其下垂控制系数。解析计算频率最低值时忽略负荷阻尼，当在 时段t受到该时段内的最大功率扰动后，频率最低值可根据***扰动的大小、机组的 出力以及储能的出力进行计算，如式(12-15)所示。
式中，为机组惯性响应系数；/>为机组i的容量；/>为时段t储能是否参与频率响 应(1是，0否)；/>为储能下垂控制系数；/>为机组i的线性爬坡率；/>为储能的线性爬坡率；Ti G、/>为机组i的响应时间常数及调差系数；TB为储能响应时间常数；/>为时段t到达最低频率的时间；f0为初始频率；fB为基准频率。
步骤4：当频率降至最低ft nadir时，***频差最大，所有机组的一次调频输出功率如 式(16)，且有/>若根据所有机组的一次调频输出功率算出的***频率最低 值ft nadir不满足式(11)的频率安全约束，则需要增大储能的虚拟下垂系数/>直至***的频 率最低值满足ft nadir≥fs时，即可算得时段步骤3中式(9)所需的频率响应备用功率要求Pt B1,ref， 如式(17)所示。
步骤5：步骤5对步骤2中式(1)进行优化解算，优化结果须满足式(3)-(11)所示的约束条 件。解算采用两阶段迭代，将联合优化分为两阶段问题，两个问题分别求解并反复迭代进而 实现整体优化，如图2所示。
主问题为储能参与调峰，与机组共同满足***功率平衡的线性机组组合问题(优化式(1) 时仅考虑式(3)-(10)的约束)，该过程计及储能的频率响应备用功率，而储能的频率响应备用 功率要求Pt B1,ref，需要根据子问题中该值的优化结果来确定；子问题为主问题优化结果下的频 率安全约束问题(为满足式(11)根据式(17)修正Pt B1,ref)，该过程根据主问题结果下开机机组的 频率响应能力计算***的频率最低值，若非全部时段都满足频率安全约束，则调用储能，按 照规定的步长增大储能的下垂控制系数。
两问题反复迭代，直至所有时段均满足频率安全约束时停止优化，此时便实现了联合优 化调度模型的求解，一次性得出次日各时段内的机组启停状态、机组出力、风电上网功率、 储能参与调峰的功率以及储能参与频率响应的备用功率。
本发明的有益效果为：本发明提出百兆瓦级储能参与调峰、频率响应双重辅助服务并与 常规火电机组进行联合调度的方法，该方法通过制定调度原则，建立优化模型及完成模型解 算，实现了百兆瓦级储能与常规火电机组的协同以及百兆瓦级储能自身参与调峰、频率响应 的出力空间分配。该方法考虑百兆瓦级储能参与双重辅助服务，可以减少***的弃风损失， 降低机组的深度调峰压力，提高***的频率安全水平，降低***运行的总成本，还有助于储 能自身充、放电总量的平衡，辅助恢复自身SOC，保证储能根据***辅助服务需求更好地执 行调度指令。
附图说明
图1为联合调度原则；
图2为模型解算示意图；
图3为日负荷、风电预测及各时段最大扰动数据。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的具体实施例以及附图，对本 发明的技术方案进行清晰完整的描述。
一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法，具体包括以下步骤：
步骤1：百兆瓦级储能参与电力***调峰及频率响应双重辅助服务调度的实质是，完成 各资源参与调峰和频率响应预留出力空间的优化分配，以及考虑常规火电机组与百兆瓦级储 能所组成***的频率响应需求的含百兆瓦级储能出力计划的机组组合。基于“保证***频率 安全的前提下兼顾***运行经济性”的基本理念，首先确定百兆瓦级储能与常规火电机组共 同参与双重辅助服务的调度原则。
储能参与双重辅助服务与机组的联合调度，包含了储能与机组之间、储能自身双重辅助 服务之间两方面的协调，如图1所示。
储能与机组的协调中：频率响应层面，优先保证频率安全。由于一次调频为发电机组无 偿提供的基本辅助服务，因此在充分发挥机组响应能力的前提下，由储能补充频率响应需求 缺口。调峰层面，考虑***整体经济性，综合机组的深度调峰成本、储能的调用成本以及弃 风惩罚的成本等多种因素，结合调峰需求进行以运行经济性为目标的优化。
储能自身两辅助服务的协调中：优先保证***频率安全，其次再参与***调峰。由于在 日前机组组合为每15min时间尺度的优化结果，而频率响应需考虑的是扰动出现后几秒到十 几秒的动态过程，因此，储能参与两类辅助服务的投入在同一模型联合优化时，必需考虑差 异悬殊的时间尺度的协调问题。将储能需参与频率响应的瞬时出力动态变化时间序列，转化 为每15min内为保证步骤2中式(11)约束所需保有的频率响应备用容量，再以备用容量约束 的形式使储能的频率响应与调峰投入量在同一时间尺度下优化，备用容量约束如步骤2中式 (9)所示。
步骤2：根据百兆瓦级储能与常规火电机组共同参与双重辅助服务的调度原则建立联合 优化数学模型，该模型在***调度层面每24h进行一次优化，一次性得出次日的机组组合、 风电出力以及储能参与调峰、快速频率响应双重辅助服务的功率及容量结果(优化间隔为 15min，即每天96个优化时段)。优化目标以总成本最低，设定目标函数为
其中
式中，F为总成本；为机组i的启动成本；/>为机组i的停机成本；ai、bi、ci为机组运行成本函数的二次、一次及常数项系数；CB1为储能快速频率响应电价；CB3为储能调峰电价；CW为弃风超过限额时的单位损失；/>为机组深度调峰第一档电价；/>为机组深度调峰第二档电价；/>为机组i在时段t的运行功率；/>为机组i的功率上限；Pt B1为储能在时段t的快速频率响应备用功率；Pt B3为储能在时段t的调峰功率；Pt QW为时段t弃风超出限额的功率；/>为机组i在时段t的平均负荷率；/>为机组i在时段t的启停状态(1启，0停)；Nt为调度优化时段总数；NG为机组数目。
弃风损失成本以及机组与储能的辅助服务费用根据东北电力市场辅助服务运行规则设定， 如表1所示。设定弃风超过2％时需支付损失费用。
表1弃风损失及机组与储能的辅助服务费用
步骤3：优化的约束条件包含机组约束、储能约束以及***约束，由于重点讨论储能与 机组以及储能自身双重辅助服务的协同优化问题，故忽略网络潮流约束。
本例采用十机***，机组约束与传统机组组合约束类似，包含自身功率上下限约束、 爬坡率约束、旋转备用约束以及最小启停时间约束。
储能约束如式(3)-(9)所示。储能在各时段内，其各辅助服务的调整方向只能有一种，非 充即放，即有充放电状态约束表示为
式中，为时段t储能调峰充、放电标志；/>为时段t储能基础充放电功率 的充、放电标志(均为0-1变量)。
各时段内规定储能各辅助服务的充放功率堆叠总和不得超过自身充、放电的最大输出功 率，即有功率总和约束为
其中
式中，表示储能的最大充、放电功率；/>表示时段t储能是否参与快速频率 响应(1是，0否)；μ为储能基础充放电功率占自身上下限的百分比；Pt B3,cha、Pt B3,dis为储能 调峰充、放功率；Pt BR表示储能基础充放电功率，用于恢复SOC；Pt BR,cha、Pt BR,dis表示Pt BR的充、放电功率。
储能各时段内的电量不得超过自身上下限，并且在相邻时段之间存在耦合关系，具体表 示为
式中，表示储能电量的上下限；/>表示时段t储能的电量；ηc、ηd表示储能 充、放电效率；ΔT＝15min表示每个时段的时长。
为保证储能每天都能按计划执行调度任务，储能在全天末尾与初始时段的电量不应相差 过大，即有始末电量约束为
式中，表示储能电量的初始值；/>表示全天过后储能电量的剩余值；γ为允许偏差。 储能参数为SB＝800MWh，/>TB＝0.1s， ηc＝ηd＝1，μ＝10％，γ＝8％。
储能频率响应备用功率需满足其最小备用功率要求值Pt B1,ref，如式(9),该值根据***频率 安全约束算出，详见步骤4。
Pt B1≥Pt B1,ref (9)
***约束如式(10)、(11)所示，包含功率平衡约束和频率安全约束。功率平衡约束要求 机组出力、储能出力以及风电出力共同满足负荷功率，表示为
式中，Pt W表示风电并网功率；Pt L表示负荷功率。
频率安全约束要求***频率最低值不得低于安全下限
式中，ft nadir表示时段t的最低频率；fs表示***规定的频率安全下限，本例设定*** 的频率安全限值fs为49.5Hz。
为使联合优化解算不致过于复杂，令储能仅进行虚拟下垂控制调整出力，即使储能频 率响应出力的待优化变量只有其下垂控制系数。解析计算频率最低值时忽略负荷阻尼，当在 时段t受到该时段内的最大功率扰动后，频率最低值可根据***扰动的大小、机组的 出力以及储能的出力进行计算，如式(12-15)所示。
式中，为机组惯性响应系数；/>为机组i的容量；/>为时段t储能是否参与频率响 应(1是，0否)；/>为储能下垂控制系数；/>为机组i的线性爬坡率；/>为储能的线性爬 坡率；Ti G、/>为机组i的响应时间常数及调差系数；TB为储能响应时间常数；/>为时段t到 达最低频率的时间；f0为初始频率；fB为基准频率。
本例中十台机组的频率响应相关参数根据某电网机组参数设置，如表2所示。
表2机组频率响应相关参数
步骤4：当频率降至最低ft nadir时，***频差最大，所有机组的一次调频输出功率如 式(16)，且有/>若根据所有机组的一次调频输出功率算出的***频率最低 值ft nadir不满足式(11)的频率安全约束，则需要增大储能的虚拟下垂系数/>直至***的频 率最低值满足ft nadir≥fs时，即可算得时段步骤3中式(9)所需的频率响应备用功率要求Pt B1,ref， 如式(17)所示。
步骤5：步骤5对步骤2中式(1)进行优化解算，优化结果须满足式(3)-(11)所示的约束条 件。解算采用两阶段迭代，将联合优化分为两阶段问题，两个问题分别求解并反复迭代进而 实现整体优化，如图2所示。
主问题为储能参与调峰，与机组共同满足***功率平衡的线性机组组合问题(优化式(1) 时仅考虑式(3)-(10)的约束)，该过程计及储能的频率响应备用功率，而储能的频率响应备用 功率要求Pt B1,ref，需要根据子问题中该值的优化结果来确定；子问题为主问题优化结果下的频 率安全约束问题(为满足式(11)根据式(17)修正Pt B1,ref)，该过程根据主问题结果下开机机组的 频率响应能力计算***的频率最低值，若非全部时段都满足频率安全约束，则调用储能，按 照规定的步长增大储能的下垂控制系数。
两问题反复迭代，直至所有时段均满足频率安全约束时停止优化，此时便实现了联合优 化调度模型的求解，一次性得出次日各时段内的机组启停状态、机组出力、风电上网功率、 储能参与调峰的功率以及储能参与频率响应的备用功率。
本例中***的日负荷、风电的预测功率及各时段内的最大扰动功率如图3所示。
根据解算结果可知，储能同时参与调峰、频率响应双重辅助服务时，***弃风较无储能 时大大减少，最高减少14％，且所有时段的弃风量低于同时段风电输出功率总量的2％。系 统频率最低值全部高于安全下限，保证了频率安全。***总运行成本为596717，低于无储能 时的总运行成本707081。且在需要机组进行深度调峰的时段内，机组的平均负荷率有所减少。 此外，由于储能的频率响应放电调整与其充电调峰方向在多数情况下是相反的，因此，储能 参与双重辅助服务可以缓解其调峰充电后导致自身SOC较高的情况，平衡全天充放电量，帮 助恢复自身的SOC，有助于储能在更恶劣的情况下完成辅助服务任务。
由此可知，本发明提出的一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应双重辅助服务的联合调 度方法可以减少***弃风损失，降低机组的深度调峰压力，提高***的频率安全水平，降低 ***运行的总成本，还有助于储能自身充、放电总量的平衡，辅助恢复自身SOC，保证储能 根据***辅助服务需求更好地执行调度指令。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围 的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做 出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定百兆瓦级储能与常规火电机组共同参与双重辅助服务的调度原则；
储能参与双重辅助服务与机组的联合调度，包含储能与机组之间、储能自身双重辅助服务之间两方面的协调：
储能与机组的协调中：频率响应层面优先保证频率安全；在发挥机组响应能力的前提下，由储能补充频率响应需求缺口；调峰层面，结合调峰需求进行以运行经济性为目标的优化；
储能自身两辅助服务的协调中：优先保证***频率安全，其次再参与***调峰；储能参与两类辅助服务的投入在同一模型联合优化时，必需考虑差异悬殊的时间尺度的协调问题；将储能需参与频率响应的瞬时出力动态变化时间序列，转化为每15min内为保证步骤2中式(11)约束所需保有的频率响应备用容量，再以备用容量约束的形式使储能的频率响应与调峰投入量在同一时间尺度下优化，备用容量约束如步骤2中式(9)所示；
步骤2：根据百兆瓦级储能与常规火电机组共同参与双重辅助服务的调度原则建立联合优化数学模型，该模型在***调度层面每24h进行一次优化，一次性得出次日的机组组合、风电出力以及储能参与调峰、快速频率响应双重辅助服务的功率及容量结果；优化目标以总成本最低，设定目标函数为：
其中：
式中，F为总成本；为机组i的启动成本；/>为机组i的停机成本；ai、bi、ci为机组运行成本函数的二次、一次及常数项系数；CB1为储能快速频率响应电价；CB3为储能调峰电价；CW为弃风超过限额时的单位损失；/>为机组深度调峰第一档电价；/>为机组深度调峰第二档电价；/>为机组i在时段t的运行功率；/>为机组i的功率上限；Pt B1为储能在时段t的快速频率响应备用功率；Pt B3为储能在时段t的调峰功率；Pt QW为时段t弃风超出限额的功率；/>为机组i在时段t的平均负荷率；/>为机组i在时段t的启停状态；Nt为调度优化时段总数；NG为机组数目；
步骤3：步骤3为步骤2中式(1)的约束条件，包含机组约束、储能约束以及***约束；
所述的机组约束与传统机组组合约束类似，包含自身功率上下限约束、爬坡率约束、旋转备用约束以及最小启停时间约束；
所述的储能约束如式(3)-(9)所示；储能在各时段内，其各辅助服务的调整方向只能有一种，非充即放，即有充放电状态约束表示为：
式中，为时段t储能调峰充、放电标志；/>为时段t储能基础充放电功率的充、放电标志；
各时段内规定储能各辅助服务的充放功率堆叠总和不得超过自身充、放电的最大输出功率，即有功率总和约束为：
其中：
式中，表示储能的最大充、放电功率；/>表示时段t储能是否参与快速频率响应；μ为储能基础充放电功率占自身上下限的百分比；Pt B3,cha、Pt B3,dis为储能调峰充、放功率；Pt BR表示储能基础充放电功率，用于恢复SOC；Pt BR,cha、Pt BR,dis表示Pt BR的充、放电功率；
储能各时段内的电量不得超过自身上下限，并且在相邻时段之间存在耦合关系，表示为：
式中，表示储能电量的上下限；/>表示时段t储能的电量；ηc、ηd表示储能充、放电效率；ΔT＝15min表示每个时段的时长；
为保证储能每天都能按计划执行调度任务，储能在全天末尾与初始时段的电量不应相差过大，即有始末电量约束为：
式中，表示储能电量的初始值；/>表示全天过后储能电量的剩余值；γ为允许偏差；
储能频率响应备用功率需满足其最小备用功率要求值Pt B1,ref，如式(9),通过***频率安全约束算出；
Pt B1≥Pt B1,ref (9)
所述的***约束如式(10)、(11)所示，包含功率平衡约束和频率安全约束；功率平衡约束要求机组出力、储能出力以及风电出力共同满足负荷功率，表示为：
式中，Pt W表示风电并网功率；Pt L表示负荷功率；
频率安全约束要求***频率最低值不得低于安全下限：
式中，ft nadir表示时段t的最低频率；fs表示***规定的频率安全下限；
令储能仅进行虚拟下垂控制调整出力，即使储能频率响应出力的待优化变量只有其下垂控制系数；解析计算频率最低值时忽略负荷阻尼，当在时段t受到该时段内的最大功率扰动后，频率最低值可根据***扰动的大小、机组的出力以及储能的出力进行计算，如式(12-15)所示；
式中，为机组惯性响应系数；/>为机组i的容量；/>为时段t储能是否参与频率响应；/>为储能下垂控制系数；/>为机组i的线性爬坡率；/>为储能的线性爬坡率；Ti G、Ki G为机组i的响应时间常数及调差系数；TB为储能响应时间常数；/>为时段t到达最低频率的时间；f0为初始频率；fB为基准频率；
步骤4：当频率降至最低ft nadir时，***频差最大，所有机组的一次调频输出功率如式(16)，且有/>若根据所有机组的一次调频输出功率算出的***频率最低值ft nadir不满足式(11)的频率安全约束，则需要增大储能的虚拟下垂系数Kt B，直至***的频率最低值满足ft nadir≥fs时，即可算得时段步骤3中式(9)所需的频率响应备用功率要求Pt B1,ref，如式(17)所示；
步骤5：步骤5对步骤2中式(1)进行优化解算，优化结果须满足式(3)-(11)所示的约束条件；解算采用两阶段迭代，将联合优化分为两阶段问题，两个问题分别求解并反复迭代进而实现整体优化，具体为：
主问题为储能参与调峰，与机组共同满足***功率平衡的线性机组组合问题，优化式(1)时仅考虑式(3)-(10)的约束，该过程计及储能的频率响应备用功率，而储能的频率响应备用功率要求Pt B1,ref，需要根据子问题中该值的优化结果来确定；子问题为主问题优化结果下的频率安全约束问题，需满足式(11)根据式(17)修正Pt B1,ref，该过程根据主问题结果下开机机组的频率响应能力计算***的频率最低值，若非全部时段都满足频率安全约束，则调用储能，按照规定的步长增大储能的下垂控制系数；
两问题反复迭代，直至所有时段均满足频率安全约束时停止优化，此时便实现联合优化调度模型的求解，一次性得出次日各时段内的机组启停状态、机组出力、风电上网功率、储能参与调峰的功率以及储能参与频率响应的备用功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110889856.9A CN113708394B (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110889856.9A CN113708394B (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113708394A CN113708394A (zh) | 2021-11-26 |
| CN113708394B true CN113708394B (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=78651580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110889856.9A Active CN113708394B (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113708394B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114123198B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-01-19 | 南京工程学院 | 一种基于火电机组调峰状态下的电力***频率响应方法 |
| CN117375049B (zh) * | 2023-10-13 | 2024-04-09 | 华能山东发电有限公司 | 用于风电场多维考核标准的混合储能优化配置方法和*** |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111740413A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-02 | 东北电力大学 | 一种考虑火电调峰主动性与需求响应的含储能电力***优化调度方法 |
| CN112751348A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-04 | 东北电力大学 | 考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012068388A1 (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-24 | Marhoefer John J | Virtual power plant system and method incorporating renewal energy, storage and scalable value-based optimization |
| CN103077430B (zh) * | 2013-01-16 | 2016-08-10 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 风火协调调度模式下日前调度计划优化辅助分析方法 |
| CN110890752B (zh) * | 2019-11-28 | 2020-10-20 | 清华大学 | 一种可参与电网辅助服务的集中式云储能运行决策方法 |
| CN112821462B (zh) * | 2021-01-05 | 2022-05-13 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种电网多种调节资源的协调优化方法 |
| CN112993992B (zh) * | 2021-03-09 | 2022-07-12 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于调峰参数灵活分档的储能辅助调峰运行优化方法 |
| CN112909980B (zh) * | 2021-04-22 | 2024-05-28 | 大连理工大学 | 一种电化学储能模拟火电机组快速频率响应的虚拟系数优化方法 |
-
2021
- 2021-08-04 CN CN202110889856.9A patent/CN113708394B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111740413A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-02 | 东北电力大学 | 一种考虑火电调峰主动性与需求响应的含储能电力***优化调度方法 |
| CN112751348A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-04 | 东北电力大学 | 考虑风电调度和调频极限的储能优化控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113708394A (zh) | 2021-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109301849B (zh) | 一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略 | |
| CN103311942B (zh) | 一种用于配电网削峰填谷的电池储能***的控制方法 | |
| CN113708394B (zh) | 一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法 | |
| CN107994618B (zh) | 配电网级光储集群的有功功率调度方法和配电网测控设备 | |
| CN109217290A (zh) | 计及电动汽车充放电的微网能量优化管理方法 | |
| CN108539739A (zh) | 微电网运行能量管理优化方法 | |
| CN110350589B (zh) | 一种可再生能源和储能调度模型及调度方法 | |
| CN108808744A (zh) | 有储能参与的新能源发电***的有功协调控制方法及*** | |
| CN112838603B (zh) | 一种风光储抽多源能源agc协调互补控制方法和装置 | |
| CN111064214A (zh) | 基于电动汽车两阶段滚动式策略的配电网优化调度方法 | |
| CN110165715B (zh) | 一种将电动汽车储能式充电站接入虚拟电厂的方法 | |
| CN110867873A (zh) | 一种远洋孤岛微电网频率控制方法 | |
| CN110601334A (zh) | 一种充电站及其能量调度管理方法 | |
| CN111641233A (zh) | 一种考虑新能源及负荷不确定性的电力***日内灵活调峰方法 | |
| CN111030101B (zh) | 一种基于多元化大数据清洁能源消纳联动调控方法及*** | |
| CN116565908A (zh) | 一种光伏和储能***接入的柔性牵引变电所能量管理方法 | |
| CN115001046A (zh) | 多储能电站参与调峰调频双层优化控制方法 | |
| Li et al. | Energy storage capacity optimization strategy for combined wind storage system | |
| CN111861195A (zh) | 一种提高风电二次消纳能力的热电联合调度方法 | |
| CN110224397A (zh) | 一种风光接入背景下用户侧电池储能成本效益分析方法 | |
| CN110994695A (zh) | 配电网的日内优化调度方法和*** | |
| Li et al. | Multi-energy coordinated operation optimization model for wind-solar-hydro-thermal-energy storage system considering the complementary characteristics of different power resources | |
| Saren et al. | An Optimized Control Strategy for Distributed Energy Storage System to Reduce the Peak-valley Difference of Distribution Network | |
| Hongli et al. | Day-ahead optimal dispatch of regional power grid based on electric vehicle participation in peak shaving pricing strategy | |
| Mei et al. | Study on the optimal dispatching method of Power Grid Considering the energy storage regulation on power supply side |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |