专利名称：平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法
技术领域：
本发明涉及电力系统调度领域，更具体地说是一种利用电池型储能电站平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法。
背景技术：
大型风电场、光伏电站等可再生能源电源输出功率的随机性，对传统电力系统的可靠性和稳定性有着巨大的不利影响。当可再生能源电源在电力系统中的渗透率较高时， 火电机组的爬坡速率往往无法跟随可再生能源电源输出功率的变化而变化，这就使得电力系统管理者对可再生能源电源接入进行了容量限制。为了最大程度地利用可再生能源，降低由于可再生能源电源输出功率波动所带来的接入电网的容量瓶颈，需要研究平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法。利用电池型储能来平抑可再生能源电源的功率波动是一个较好的选择。目前采用的方法一般是为每个可再生能源电源配备电池储能装置，可再生能源电源的发电能量直接存储于电池中，由电力系统管理者对电池的输出功率分别进行控制。这种平抑功率波动的方法虽然简单，但会在可再生能源电源的控制中增加电池型储能装置的容量约束，进而限制了可再生能源电源的输出功率，因而无法充分发挥可再生能源电源的经济效益。而集中式的由电池模块构成的储能电站，无论从储能容量、电池效率以及管理角度，相对于可再生能源电源配置电池模式都具有优越性。合理利用电池型储能电站平抑可再生能源输出功率的波动是电力系统调度管理中亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电池型储能平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法。由电池模块组成的电池型储能电站接入指定电压等级的电力系统，通过对电池型储能电站进行调度，平抑可再生能源电源输出功率波动，实现对可再生能源电源的最大化利用。为解决技术问题，本发明采用如下技术方案本发明平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法的特点是按以下步骤进行(I)由N个并联运行、可独立进行充放电控制的电池模块构成电池型储能电站接入指定电压等级的电力系统；根据各电池模块的充放电状态，将储能电站的工作状态划分为2N+1种si、s2、…、Si、，其中Si表示储能电站的第i种工作状态，以储能电站的 2N+1种工作状态构成储能电站的工作状态集S ；(2)给定进行可再生能源电源输出功率波动平抑的起始时刻、平抑周期T，以及平抑周期内的时段数n;可再生能源电源输出功率的波动是以平抑周期T为单元进行平抑，一个平抑周期T划分为n个时段，使用t时段表示一个平抑周期中的第t个时段，t e [l，n]；通过预测，获取平抑周期T内t时段的可再生能源电源输出功率预测值Pt.eFOT和电力系统负荷预测值Pt._d，将t取值为I到n，分别获得逐时段的输出功率预测值Pf和电力系统负荷预测值Pt.LMd;(3)对电力系统在平抑周期T内t时段的网损Pt^ss按照Pt^ss = P XPt.LMd进行估算；其中P是电力系统对历史运行工况进行统计分析后获得的网损率，P为给定值；t时段电力系统中的功率差额为P,Vac = Pt.Loss+P,Load-Pt.GFor^f t取值为I到n， 分别获得逐时段的电力系统功率差额Pt.Va。;(4)设置储能电站能量约束条件、电力系统中火电机组的总出力约束条件和火电机组的爬坡速率约束条件；所述储能电站能量约束条件为Et G [EMin，EMax]，其中Et表示在t 时段结束时刻，储能电站的能量值，EMin为储能电站必须存储的最小能量、EMax为储能电站所能存储的最大能量；所述火电机组的总出力约束条件是电力系统中火电机组总输出功率上限值Pe.Max和输出功率下限值Pe.Min ;所述火电机组的爬坡速率约束条件是限定各火电机组输出功率变化速率的限值，表示为升速约束和降速约束；所述升速约束为=Pui-Pt^i ( Pi, As。，其中Pt,M为第i台火电机组在t时段的输出功率，Pi,As。为第i台机组的升速限值；所述降速约束为=Pt-Wi-Pui ( Pi,Ds。，其中Pi,Ds。为第i台火电机组的降速限值；(5)设计动态规划算法，以火电机组在一个平抑周期T内各时段间的总输出
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功率变化值的绝对值之和最小为目标函数mini5( )-6-1 (Viy);其中，st,
t=\ ,
i为储能电站在t时段工作于Si状态Pt(Stii)为火电机组在t时段、储能电站工作于Si状态下火电机组总输出功率值；由储能电站能量约束条件确定t时段的储能电站的可行工作状态集st，Stji G St ;由火电机组的总出力约束条件和火电机组的爬坡速率约束条件以及储能电站能量约束条件，依次确定St中所有状态和Sw中所有状态之间所有可行状态转移路线，以及每条状态转移后的Pt(Stii);通过建立状态转移代价
4( ) =I- UVlj.) 1}的评价指标，将目标函数的求解
变为分时段转移代价的求解；通过分时段转移代价的求解，寻找出一个由储能电站各时段工作状态构成的最优工作状态集Sw，所述Sw即为目标函数的解，也就是功率波动平抑周期内的储能电站的最优运行方案。本发明平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法的特点也在于所述步骤⑴中储能电站的工作状态是指充电功率分别为P。，。、…、NP。的N个充电状态，所述N个充电状态分别与工作状态Sl、S2,…8,相对应；放电功率分别为Pd，2Pd，…，NPd的 N个放电状态，所述N个放电状态分别与工作状态sN+1、sN+2、…s2N相对应；储能电站不进行充放电操作时为空置状态S2N+1 ;其中P。和Pd分别为电池模块的额定充电功率和额定放电功率。本发明平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法的特点还在于所述步骤(5)中的动态规划算法按以下步骤进行①在已知的t_l时段储能电站可行工作状态集Sw的基础上，在满足储能电站能量约束条件的前提下，按如下方法确定t时段储能电站可行工作状态集St 若Pt Va。> 0，则储能电站在t时段进行放电，St由储能电站工作状态集S中的N个放电状态构成；
若Pt Vac< 0，则储能电站在t时段进行充电，St由储能电站工作状态集S中的N个充电状态构成；若Pt Vac= 0，则储能电站在t时段处于空置状态，St仅包含空置状态；其中t = I时，对应的t_l时段，即0时段，由平抑周期开始时刻进行表征，以平抑周期开始时刻信息作为给定的初始条件值，所述初始条件值为 , i、E0和4( J，S0根据 s0, i值获得；Etl为0时段储能电站的能量值；S0为0时段储能电站的可行工作状态集，被指定只含一个元素Stlii ；P0(S0ji)为0时段储能电站工作于Sthi状态，火电机组的总输出功率值；②计算Sw中各状态向St中st,i状态转移代价，转移代价表示为
权利要求
1.平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法，其特征在于按以下步骤进(1)由N个并联运行、可独立进行充放电控制的电池模块构成电池型储能电站接入指定电压等级的电力系统；根据各电池模块的充放电状态，将储能电站的工作状态划分为 2N+1种si、s2、…、Si、…s2N+1，其中Si表示储能电站的第i种工作状态，以储能电站的2N+1 种工作状态构成储能电站的工作状态集S ；(2)给定进行可再生能源电源输出功率波动平抑的起始时刻、平抑周期T，以及平抑周期内的时段数η;可再生能源电源输出功率的波动是以平抑周期T为单元进行平抑，一个平抑周期T划分为η个时段，使用t时段表示一个平抑周期中的第t个时段，t e [I, η]；通过预测，获取平抑周期T内t时段的可再生能源电源输出功率预测值Pt. GFor和电力系统负荷预测值Pt._d，将t取值为I到n，分别获得逐时段的输出功率预测值Pt.eFOT和电力系统负荷预测值Pt.-d;(3)对电力系统在平抑周期T内t时段的网损Pt^ss按照Pt^ss=P父匕彳^进行估算； 其中P是电力系统对历史运行工况进行统计分析后获得的网损率，P为给定值；t时段电力系统中的功率差额为Pt.Va。= Pt^sJPtAad-PtIW将t取值为I到n，分别获得逐时段的电力系统功率差额Pt.Va。；(4)设置储能电站能量约束条件、电力系统中火电机组的总出力约束条件和火电机组的爬坡速率约束条件；所述储能电站能量约束条件为Et e [EMin，EMax]，其中Et表示在t时段结束时刻，储能电站的能量值，Emn为储能电站必须存储的最小能量、EMax为储能电站所能存储的最大能量；所述火电机组的总出力约束条件是电力系统中火电机组总输出功率上限值 PG. ax和输出功率下限值Pe.Min;所述火电机组的爬坡速率约束条件是限定各火电机组输出功率变化速率的限值，表示为升速约束和降速约束；所述升速约束为=Pgi-Pt-Uei ( Pi, As。， 其中Pt,ei为第i台火电机组在t时段的输出功率，Pi,As。为第i台机组的升速限值；所述降速约束为=Pt-Wi-Ptiei ( Pi,Ds。，其中Pi,Ds。为第i台火电机组的降速限值；(5)设计动态规划算法，以火电机组在一个平抑周期T内各时段间的总输出功率 变化值的绝对值之和最小为目标函数
2.根据权利要求I所述的平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法，其特征在于所述步骤⑴中储能电站的工作状态是指充电功率分别为U。、…、NP。的N个充电状态，所述N个充电状态分别与工作状态Si、S2>…sN相对应；放电功率分别为Pd, 2Pd，…，NPd的N个放电状态，所述N个放电状态分别与工作状态sN+1、sN+2、…s2N相对应； 储能电站不进行充放电操作时为空置状态s2N+1 ;其中P。和Pd分别为电池模块的额定充电功率和额定放电功率。
3.根据权利要求I所述的平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法，其特征在于所述步骤(5)中的动态规划算法按以下步骤进行①在已知的t-Ι时段储能电站可行工作状态集Sw的基础上，在满足储能电站能量约束条件的前提下，按如下方法确定t时段储能电站可行工作状态集St 若Pt.Va。> 0，则储能电站在t时段进行放电，St由储能电站工作状态集S中的N个放电状态构成；若Pt.Va。< 0，则储能电站在t时段进行充电，St由储能电站工作状态集S中的N个充电状态构成；若Pt.Va。= 0，则储能电站在t时段处于空置状态，St仅包含空置状态；其中t = I时，对应的t-i时段，即O时段，由平抑周期开始时刻进行表征，以平抑周期开始时刻信息作为给定的初始条件值，所述初始条件值为=S^Etl和Ptl (S0ji)，S0根据Sthi值获得；Etl为O时段储能电站的能量值；S0为O时段储能电站的可行工作状态集，被指定只含一个元素Sthi ；P0(S0ji)为O时段储能电站工作于Sthi状态，火电机组的总输出功率值；②计算Sw中各状态向St中st,i状态转移代价，转移代价表示为JM,d = s mS 认-ι(Vij)+16( )_A-I(Vij)I}其中Pt(Stii) e [Pe.Min，Pe.Max]满足火电机组的总出力约束条件，Pt(Stii)按照基于等耗量微增率的机组功率分配方法进行分配，并校验火电机组的爬坡速率约束条件；将O时段的转移代价初始化为Jtl(Sthi) = O ；计算储能电站t-Ι时段工作于St^ j状态、t时段工作于st, i状态下的Pt (st, J的方法为当Pt.Va。> 0，储能电站工作在放电状态，储能电站的放电功率为其中Μθ /(+)是对+进行取模操作；校验储能电站能量约束条件
全文摘要
本发明公开了一种平抑电力系统中可再生能源电源输出功率波动的方法，是由电池模块组成电池型储能电站，根据电池模块的充放电情况进行储能电站工作状态划分；根据预测，给出一个功率平抑周期内各时段的负荷预测值和可再生能源电源输出功率预测值，并由负荷预测值与可再生能源电源输出功率的差值加上网损得出电力系统的功率差缺额；设置储能电站的能量约束条件、常规机组的总出力约束条件和爬坡约束条件；设计动态规划算法，以系统中火电机组在一个平抑周期内各时段间的总输出功率变化值的绝对值之和最小为目标，在满足约束条件的前提下，求得储能电站的最优调度方案。本发明用于平抑可再生能源电源输出功率波动，实现对可再生能源电源最大化利用。
文档编号H02J3/32GK102593855SQ201210037189
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者丁明, 吴红斌, 毕锐 申请人:合肥工业大学