一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法
2023-10-08 23:02:19 2
一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法
【專利摘要】一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法，包括以下步驟：S1，輸入規劃區分布式電源配置容量和儲能裝置的類型及分布情況；S2，錄入規劃區負荷及歷史天氣數據；S3，建立分布式電源出力模型和儲能裝置充放電模型；S4，計算儲能裝置配置容量下限；S5，計算儲能裝置配置容量上限；S6，計算限值內儲能裝置配置容量最優值。通過本方法可在滿足併網型微網的儲能裝置容量限值的基礎上，計算出與分布式發電相配合的最優儲能裝置容量配置，從而保證儲能裝置容量在最大程度上同時兼顧微網可靠性及經濟性的需求，為負荷提供清潔、安全、可靠的電能。
【專利說明】一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於城市併網型微網系統規劃設計的基於容量限值約束的微網 儲能裝置設計方法。
【背景技術】
[0002] 當前能源局勢緊張，環境汙染嚴重，國家下達各類政策支持電網改造，減輕電網供 電壓力。隨著負荷量的不斷增長，其對電能質量和供電可靠性提出更高要求。目前儲能裝置 技術以其儲存電能，能夠實現削峰填谷，平滑功率波動的特點，越來越受到用戶的青睞。系 統儲能裝置能夠進行有功/無功控制，實現系統功率的實時平衡，補償可再生能源的波動， 從而提1?系統的穩定性。
[0003] 在城市併網型微網系統的規劃設計中，儲能裝置具有提高配電系統可靠性、能量 管理、提高電能質量、提高分布式電源的消納能力等多方面作用，因此儲能裝置優化配置是 一個具有多約束和多目標的優化問題。
[0004] 在城市配電網中，受地形條件限制，分布式電源以光伏發電為主，同時還存在少量 風力發電；儲能裝置中，目前在工程實際中應用最為廣泛、技術最為成熟的是鉛酸蓄電池。
[0005] 這裡以光伏和風機配置鉛酸蓄電池為例，針對不同的優化目標給出儲能裝置優化 配置原則。
[0006] 1.以平抑波動為目標的儲能裝置配置
[0007] 主要是光伏和風機發電系統的分布式電源出力受天氣條件直接影響，其出力具有 間歇性和不確定性，為了提高分布式電源出力的電能質量，提高配電網對分布式電源的消 納能力，應為分布式電源配置儲能裝置，最大限度平抑其出力波動。
[0008] 對於光伏發電系統，由於光照條件具有典型的日周期性，可以將光伏典型日出力 曲線作為標準，儲能裝置配置的目標是補償光伏實際出力與典型出力之間的差值，如圖7 所示.
[0009] 對於風機發電系統，並沒有典型日出力曲線，因此定義風機出力的波動率，波動率 是指在固定的時間間隔內，風機輸出功率最大值與最小值的差額與風機額定輸出功率的比 值。儲能裝置配置的目標是將風機出力波動率控制在一定範圍，如圖8所示。
[0010] 2.以能量管理為目標的儲能裝置配置
[0011] 不含儲能裝置的傳統配電系統中，電能實時平衡，無法存儲；同時分布式電源出力 與負荷一樣難以控制，只能通過上級電網的電能來實時跟隨負荷，這種情況下既降低了電 網設備的利用率，又沒有充分利用分布式電源的出力。如圖9所示，光伏出力與配電網負荷 曲線並不匹配，中午光伏出力高峰時出現了電能的浪費，而晚上負荷高峰時光伏並不起作 用。隨著配電網中分布式電源的滲透率提高，不受控的分布式電源出力曲線與負荷曲線的 不匹配情況愈加明顯。
[0012] 儲能裝置的接入為配電系統能量管理提供了可能性，通過對儲能裝置的充放電控 制，可以實現一部分負荷與電源的靈活轉換，降低配電網峰谷差，降低電網設備的備用容 量，延緩投資，充分利用清潔能源產生的電能，提高電網經濟性。
[0013] 為了實現能量管理而配置的儲能裝置，可以以分布式電源的最大利用為目標配置 儲能裝置容量。如圖9,儲能裝置在非負荷峰值時段充電，在其他負荷尖峰時段釋放電能， 圖9中儲能裝置通過對光伏所發電能的存儲和釋放，實現了能量的移動，達到削峰填谷的 目的。
[0014] 在現有的微電網的實際規劃中，以上兩種形式多單一使用，未能綜合考慮。因此現 有技術中儲能裝置的配置較難同時滿足平滑功率和削峰填谷等多目標的需求。常規方式在 一定程度上會造成儲能裝置配置的容量存在或多或少的冗餘或不足現象，從而影響儲能裝 置配置的經濟性。現有技術中微網的構建往往通過以平滑功率或能量管理等單一約束條 件，以經濟性為目標制定儲能裝置的容量，較難滿足平滑功率和削峰填谷等多目標的需求。 若僅以平滑功率為目標，則全年運行過程中存在儲能裝置容量較小而無法達到預期控制目 標的問題；若以削峰填谷為目標，則全年運行過程中存在大部分儲能裝置容量處於空閒狀 態，增加了不必要的建設和運行成本。
【發明內容】
[0015] 本發明所要解決的技術問題，就是提供一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設 計方法，其較大程度上保障日可信發電量及波動率的準確，進而計算分布式電源平滑波動 和削峰填谷的儲能裝置容量配置上下限，並結合經濟性目標合理實現儲能裝置的最佳配置 容量。
[0016] 解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
[0017] 一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法，其特徵是包括以下步驟：
[0018] S1，輸入規劃區分布式電源配置容量和儲能裝置的類型及分布情況；
[0019] S2,錄入規劃區負荷及歷史天氣數據；
[0020] S3,建立分布式電源出力模型和儲能裝置充放電模型；
[0021] S4,計算儲能裝置配置容量下限；
[0022] S5,計算儲能裝置配置容量上限；
[0023] S6，計算限值內儲能裝置配置容量最優值。
[0024] 所述的步驟S3建立分布式電源出力模型和儲能裝置充放電模型包括以下子步 驟：
[0025] S3-1，風力發電出力模型：採用典型四段式模型：在切入風速之前，風機不出力； 在切入風速與額定風速之間，風機出力與風速近似為線性關係；風速超過額定風速小於切 出風速時，風機出力為額定功率；大於切出風速時，風機停止工作；其分段函數表達式為 ：
【權利要求】
1. 一種基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法，其特徵是包括以下步驟： S1，輸入規劃區分布式電源配置容量和儲能裝置的類型及分布情況； S2,錄入規劃區負荷及歷史天氣數據； S3，建立分布式電源出力模型和儲能裝置充放電模型； 54, 計算儲能裝置配置容量下限； 55, 計算儲能裝置配置容量上限； 56, 計算限值內儲能裝置配置容量最優值； 所述的步驟S3建立分布式電源出力模型和儲能裝置充放電模型包括以下子步驟： S3-1，風力發電出力模型 採用典型四段式模型：在切入風速之前，風機不出力；在切入風速與額定風速之間，風 機出力與風速近似為線性關係；風速超過額定風速小於切出風速時，風機出力為額定功率； 大於切出風速時，風機停止工作；其分段函數表達式為：
式中：Pg為風機實際輸出功率；V為當前風速；Vci為切入風速；Vco為切出風速；Vr 為額定風速；n (V)為風力發電機隨風速變化的輸出功率；Pr為風力發電機組額定輸出功 率； 當風速介於Vci和Vcr之間時風力發電機輸出功率表示為風速的函數n (V)，近似為線 性關係，即： n (V) = pr (V-Vci)/(Vr-Vci) (2)； S3-2,儲能裝置充放電模型 採用最常用的鉛酸蓄電池為代表，建立KiBaM兩池模型，認為蓄電池存儲電量分為可 用能量池和約束能量池，兩池共同決定了蓄電池的最大充放電功率； 受控源Eb的表達式為：
式中：Eb是儲能裝置的空載電壓；Etl是儲能裝置的恆定電壓；K是極化電壓；Q是儲能裝 置的容量（Ah) ;A是指數區域幅值；B是指數區域時間常數的倒數； 在儲能裝置容量設計過程中，還應滿足如下約束條件： 1)潮流約束
式中：Pis、Qis分別為節點i的有功和無功注入量辦為節點i的電壓幅值，j G i表示 所有與節點i直接相連的節點，包括j = 分別為節點導納矩陣相應的實部和虛部； e U為支路ij兩端節點的相角差； 2) 分布式電源裝機容量約束 O ^ Wi ^ i = l，2,…，Ndg (5)； 式中Wri為第i個待選節點允許安裝的分布式電源的最大容量； 3) 分布式電源穿透功率極限約束
式中：4=.為配電網最大負荷；p為DWG總裝機容量佔系統最大負荷的比例上限； 4) 節點電壓約束 Pr\U'；'m <U, (3tl i = I，2, ? ? ?，Ndg (7)； 式中：Pr { ?}表示{ ?}中事件成立的概率；Mmux和C/,min分別為第i個節點電壓的上下 限；P u為電壓約束的置信水平；Nb為系統節點總數； 5) 線路傳輸功率約束 Pr(IPi) ^PimaxI ^ i = 1,2,..., Ndg (8)； 式中：Pi-為第i條支路線路的傳輸功率的上限；i為支路潮流約束的置信水平；Ni為系統支路總數。
2.根據權利要求1所述的基於容量限值約束的微網儲能裝置設計方法，其特徵是：所 述的步驟S4計算儲能裝置配置容量下限包括以下子步驟： S4-1，風機儲能裝置容量配置 S4-1-1，計算統計時期內風機實際出力； S4-1-2,對風機出力數據進行離散傅立葉變換，獲得風機出力的幅頻結果： Sg = DFT(Pg) = [Sg[l]，--?，Sg[n]，--?，Sg[Ns]] Tfg = [fg[l],? ? ? , fg[n],. . . , fg[Ns]]T (9)； 式中，？8=[?8[1]，...，？>]，...，？8[凡]] 1代表風機功率輸出樣本數據丨>]代表 第n個採樣點輸出功率[kW]，Ns代表採樣點個數；DFT (Pg)代表對樣本數據Pg進行離散傅 裡葉變換；Sg[n] = Rg[n]+Ig[n] i代表傅立葉變換結果中第n個頻率fg[n]對應的幅值， Rg[n]，Ig[n]分別代幅值的實部和虛部；fg為與Sg對應的頻率列向量； fg[n] = fs(n-l)/Ns = (n-1)/ (TsNs) (10)； 式中，fs，Ts分別為樣本數據Pg的採樣頻率[Hz]和採樣周期[s];由採樣定理和離散傅 裡葉變換數據的對稱性可知，Sg以Nyquist頻率fN = fs/2為對稱軸，兩側對稱的復序列互 為共軛、模相等，故只需要考慮〇?fN頻率範圍的幅頻特性； S4-1-3,確定風機允許的最大波動率上限 假定在Te時間段內的功率波動率用Fte表示，其計算公式如下：
式中，Pn代表額定功率[kW] ; 分別代表1時間段內最大與最小輸出功率 [kw];判斷目標功率輸出是否滿足要求，需保證波動率Ffi不超過設定的上限: F1e <if (12)； 風機出力波動率上限，^通過對風機實際波動率概率密度函數設置； 按照上述Te時間間隔，計算風機出力的波動率數據，統計得到其概率密度函數和可能 出現的最大波動率；設定其可接受波動範圍內的置信區間，從而確定儲能裝置可以平滑的 最大波動率，該波動率與可能出現的最大波動率之差即為風機出力波動率上限； S4-1-4,採用試差法，計算所需儲能裝置最大功率 假定fps代表依據頻譜分析結果Dg確定的補償頻段，fpsl代表S g中以Nyquist頻率fN為對稱軸與fps對稱的頻段。
【文檔編號】G06Q10/04GK104361405SQ201410592266
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】張躍, 趙豔軍, 楊汾豔, 曾傑, 盛超, 陳曉科, 李峰, 劉正超, 林冬, 孫聞, 唐景星, 王鈐, 付聰, 鄭扶民, 鍾紅梅, 劉成功, 王奕, 翁洪傑, 馬明, 李玎, 朱良合, 張遠 申請人:廣東電網有限責任公司電力科學研究院