一种储能系统应对高风电渗透率系统调频需求容量配置方法

摘要

本发明的一种储能系统应对高风电渗透率系统调频需求容量配置方法，其特点是，包括高风电渗透率电力系统调频需求和储能系统容量计算步骤，利用电池能量的双向流动性，实时跟踪频率曲线保持在安全域内以应对高风电渗透率电力系统调频需求，阻止系统频率偏离标准范围，保障电力系统安全运行；并提出了储能容量配置与储能系统跟踪频率曲线控制比例系数K_P之间的关系，为大规模储能系统辅助电力系统调频提供依据。具有方法科学，适用性强，效果佳等优点。

主权项

一种储能系统应对高风电渗透率系统调频需求容量配置方法，其特征是，它包括以下步骤：1)高风电渗透率电力系统调频需求首先利用电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)仿真分析高风电渗透率电力系统调频需求；PSASP中的用户程序接口(User Program Interface，UPI)实现用户自定义模型，通过调用.dll文件实现用户的自定义功能；PSASP在暂态计算中只能注入电流实部和电流虚部，通过注入电流与该节点的电压作用来实现功率的注入；设P、Q为要注入的风电功率有功、无功大小，Ur和Ui分别为注入节点电压的实部和虚部大小，Ir和Ii分别表示注入该节点电流实部、虚部大小，则视在功率S为S＝U×I^*＝(U_r+jU_i)×(I_r‑jI_i)            (1)展开得到：U_rI_r+U_iI_i＝P                          (2)U_iI_r‑U_rI_i＝Q                          (3)解上述方程组得到：$I_r=(U_{r}P+U_{i}Q)/(U_r^2+U_i^2)---\left(4\right)$$I_i=(U_{i}P-U_{r}Q)/(U_r^2+U_i^2)---\left(5\right)$因此，通过将风电功率变化的值转化为实部电流和虚部电流注入到风电功率波动节点上；在恒阻抗发电机模型中，节点功率的波动势必会导致机组出力的变化，通过注入风电功率波动值ΔP和风电的额定功率P来合成等效风电功率的实时波动，因此，需要将风力发电机改为恒功率模型进行仿真，PSASP中提供了负荷的静态模型，将风力发电机等效为负功率的负荷替代原有的风力发电机；在PSASP中进行暂态UPI计算时，仿真步长为0.001秒；进行仿真计算时，基于C++语言编写风电功率注入程序，由于风电数据为秒级数据，在整数秒时读取风电功率并转换为实部电流和虚部电流注入到系统中，其余时刻根据其相邻整数秒功率波动值，进行三次样条插值处理，得到该时刻的风电功率波动值；2)储能系统容量计算储能系统进行频率调节，是利用电池能量的双向流动性，来阻止系统频率偏离标准范围的调节方式；当电力系统中原动机功率或等效负荷发生变化时，必然引起电力系统频率的变化，此时，储能系统进行判断，电网供电大于负荷需求，系统频率上升超过50.1Hz时，电池储能系统以频率偏差与比例控制系数K_P的乘积为充电功率值，从电网吸收电能，直到系统频率下降到50.1Hz内为止；电网供电小于负荷需求，系统频率下降超过49.9Hz时，电池储能系统以频率偏差与比例控制系数K_P的乘积为放电功率值，从电网释放电能，直到系统频率上升到49.9Hz内为止；由此可知，储能系统比例控制系数K_P取值直接关系到控制策略的效果；已知系统频率实测曲线与储能系统动作整定值，假设储能系统充放电效率分别为η_charge、η_discharge，计算出各个时段储能系统的充放电能量，如式(6)；$E_k=\left\{\begin{array}{cc}{\int }_{t_1}^{t_2}{P}_{Ess.ref}\left(t\right)\times {\eta }_{ch\arg e}dt& P_{Ess.ref}\left(t\right)>0\\ {\int }_{t_1}^{t_2}{P}_{Ess.ref}\left(t\right)/{\eta }_{disch\arg e}dt& P_{Ess.ref}\left(t\right)<0\end{array}\right.---\left(6\right)$式中，t₁表示储能系统的充放电起始时刻，t₂表示储能系统的充放电结束时刻，P_ESS.ref(t)表示储能系统的充放电参考功率，假设储能系统初始能量为E₀，则充放电累积能量计算式W_k如式(7)；$W_k=E_0+\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{E}_k---\left(7\right)$则所需配置的储能系统容量就是整个控制周期内储能系统充放电累积能量最大值W_max与最小值W_min的差值；利用大规模储能应对高风电渗透率系统调频需求，改善系统频率的动态过程中，在整个运行周期内需要对储能系统进行充放电控制，对其充放电能量进行累加即可得到对应控制策略的储能系统最大、最小能量需求，为满足对应控制目标，所需的储能系统容量配置必须覆盖最大、最小能量需求，因而取最大、最小能量的差值。