一种提高电力系统调度经济性的风电场储能容量配置方法

摘要

本发明是一种提高电力系统调度经济性的风电场储能容量配置方法，其特点是，包括预测误差和误差率的定义，系统风电备用容量、储能系统容量和风电功率预测误差三者的关系，确定风电备用容量，确定储能容量和置信度定义等内容。利用储能系统对功率、能量的时间转移特性和其快速响应能力来弥补风电功率预测误差较大的时段功率缺额，建立以系统备用容量成本和配置的储能容量成本之和最小的目标函数，利用matlab编程对目标函数中储能系统容量进行求解，能够实现以较少的储能容量配置来换取系统风电备用容量大幅降低的目的，可提高系统运行经济性。

主权项

1.一种提高电力系统调度经济性的风电场储能容量配置方法，其特征是，它包括以下内容：1）预测误差和误差率的定义预测误差由风电场预测值与实测值逐个时段比较求得，第n个时间段的预测误差为：ΔP_w(n)＝P_w(n)-P_f(n)            (1)其中，为n时段风电出力的实测值，P_f(n)为n时段风电出力的预测值；为正值时表示风电功率实测值比预测值大，为负值时表示风电功率实测值比预测值小；误差率η定义为：$\eta =({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}/\mathrm{cap})\times 100\%---\left(2\right)$其中，cap为风电场装机容量；2）系统风电备用容量、储能系统容量和风电功率预测误差三者的关系未配置储能装置的电力系统，风电功率预测误差由电力系统的风电备用独自承担；当时，系统中承担风电备用的调频机组需要压出力，当时，调频机组需要增加出力来弥补由于预测误差造成的系统功率缺额；调频机组压出力的能力定义为向下备用；调频机组增发出力的能力定义为向上备用；即：$\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{unit}\_\mathrm{down}}={\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)& {\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)>0\\ P_{\mathrm{unit}\_\mathrm{on}}=-{\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)& {\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)<0\end{array}\right.---\left(3\right)$其中，P_{unit_down}为调频机组减发的功率，P_{unit_on}为调频机组增发的功率；配置储能装置的电力系统，风电功率预测误差由储能装置和电力系统的风电备用共同承担，即：$\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{unit}\_\mathrm{down}}+P_{\mathrm{BESS}\_\mathrm{down}}={\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)& {\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)>0\\ P_{\mathrm{unit}\_\mathrm{on}}+P_{\mathrm{BESS}\_\mathrm{on}}=-{\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)& {\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\left(n\right)<0\end{array}\right.---\left(4\right)$其中，P_{BESS_down}为储能吸收的功率，P_{BESS_on}为储能释放的功率；3）确定风电备用容量为保证系统的安全与稳定，确保系统功率的供需平衡，要求在任意时刻都有足够的风电备用容量来弥补由于风电预测误差造成的系统功率差额；未配置储能的电力系统，当向上的风电备用等于预测误差的最小值，或者向下的风电备用等于预测误差的最大值时，能够满足系统的稳定性需求，即：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{re}\_\mathrm{down}}=\max \left({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\right)\\ P_{\mathrm{re}\_\mathrm{on}}=-\min \left({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$其中，P_{re_down}为向下的风电备用容量，P_{re_on}为向上的风电备用容量；配置储能装置的电力系统，风电功率预测误差可由储能装置和电力系统的风电备用共同承担，当向上的风电备用与储能系统输出功率之和等于预测误差的最小值，或者向下的风电备用与储能系统输出功率之和等于预测误差的最大值时，能够满足系统的稳定性需求，即：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{re}\_\mathrm{down}}+P_{\mathrm{BESS}}=\max \left({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\right)\\ P_{\mathrm{re}\_\mathrm{on}}+P_{\mathrm{BESS}}=-\min \left({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$其中，P_BESS为储能系统的输出功率；4）确定储能容量由统计学可知，样本数量越大，用样本特性来表征总体特性的可信度越高，故预测的时间越长，以此确定的最大、最小预测误差越接近长时间运行过程中可能出现的最大、最小预测误差；当系统配置储能输出功率为P_BESS时，根据公式（6）确定风电向上、向下的备用容量P_{re_on}和P_{re_down}；预测误差在[-P_{re_on}，P_{re_down}]内时，储能系统不动作，超过[-P_{re_on}，P_{re_down}]范围时，储能系统动作；当△P_w(n)>P_{re_down}时，t₁～t₂、t₅～t₆时段，储能系统处于充电状态；当△P_w(n)<-P_{re_on}时,t₃～t₄时段，储能处于放电状态；假设系统配置的储能容量能够满足运行过程中的充放电需求，阴影部分的面积为：储能系统充放了第k个阴影面积后，储能系统的能量E_k：$E_k=E_0+\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{E}_i---\left(8\right)$式中E₀为储能系统的初始能量；测定时间段内，出现n次充放电，储能系统需要配置的最小容量E由下式确定：E＝maxE_n-minE_n        (9)5）置信度定义为了保障电网安全，通常按风电功率的预测值加上最大预测误差得到一个风电功率置信度为100%的预测区间，并据此来确定风电备用的大小；不同预测误差区间的置信度α为：$\alpha =P\left(\right|{\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}}|<\Delta \overline{P_{u^{-}}})---\left(10\right)$其中，为置信区间的置信上下限；预测误差较大时段在整个预测区间内占的比重较少，若以最大预测误差确定风电备用容量，会造成风电备用容量的极大浪费；配置一定容量的储能，在预测误差较大的时段吞吐风电，能够有效减少风电备用容量；6）目标函数的确定以单位时间内储能系统成本和备用容量成本最小为目标，其目标函数：min((F₁(P_v)+F₂(P_v)/h))          (11)其中，P_v为储能系统配置的最大输出功率；F₁(P_v)为储能系统配置最大输出功率为P_v时，储能系统全生命周期的成本，F₂(P_v)为储能系统配置最大输出功率为P_v时，备用容量成本；h为全钒液流电池全生命周期运行时间；F₁(P_v)＝C₁×E(P_V)+C₂×h              (12)其中，E(P_v)为配置最大输出功率为Pv的全钒液流电池储能系统的容量；C₁为全钒液流电池单价；C₂为单位时间运行维护成本；$F_2\left(P_v\right)=(C_{r1}\times ({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}-\max }-P_v)+C_{r2}\times ({\mathrm{\Delta P}}_{u^{-}-\min }-P_v))\times h---\left(13\right)$其中，C_r1为向上备用容量成本系数，△P_w-max为△P_w的最大值，C_r2为向下备用容量成本系数，△P_w-min为△P_w最小值的绝对值。