申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-08-04

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN113708394B

主分类号：H02J3/32

分类号：H02J3/32;H02J3/46;H02J3/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2021.12.14#实质审查的生效;2021.11.26#公开

摘要：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系统调度领域。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系统弃风损失，提高系统的频率安全水平，降低系统运行的总成本，为大规模储能参与电网侧调度的方式提供参考。

主权项：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：优先保证系统频率安全，其次再参与系统调峰；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，该模型在系统调度层面每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；PtB1为储能在时段t的快速频率响应备用功率；PtB3为储能在时段t的调峰功率；PtQW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、储能约束以及系统约束；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；PtB3,cha、PtB3,dis为储能调峰充、放功率；PtBR表示储能基础充放电功率，用于恢复SOC；PtBR,cha、PtBR,dis表示PtBR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PtB1,ref，如式9,通过系统频率安全约束算出；PtB1≥PtB1,ref9所述的系统约束如式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，PtW表示风电并网功率；PtL表示负荷功率；频率安全约束要求系统频率最低值不得低于安全下限： 式中，ftnadir表示时段t的最低频率；fs表示系统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，频率最低值可根据系统扰动的大小、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；TiG、KiG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ftnadir时，系统频差最大，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系统频率最低值ftnadir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KtB，直至系统的频率最低值满足ftnadir≥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PtB1,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，与机组共同满足系统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PtB1,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PtB1,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系统的频率最低值，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。

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百度查询： 大连理工大学 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

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