一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估方法和装置与流程

本发明涉及一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估方法和装置，属于电力技术领域。

背景技术：

风、光发电固有的随机性、间歇性的特点客观上将对电网的可靠运行造成不利影响。通过提升风、光出力预测水平能一定程度上减少平均误差，但却很难消除出力预测的最大瞬时误差，因此风、光要做到如常规水、火电一样出力可期并不现实。这是电网对新能源接纳能力进一步提高的关键障碍，解决办法是为电网配置更多的快速备用容量。

目前电网中大部分旋转备用由常规水、火电机组承担。随着新能源电量逐步取代火电，电网的备用资源也在同步减少。这与电网需求相矛盾，系统需要从库容式水电、储能和需求侧响应容量等多种途径来补充备用容量的不足。尤其针对建设中的全清洁能源供电结构，这一需求就更为迫切。

设立备用等辅助服务市场，逐步建立有偿备用使用机制已得到业界共识。与电力期权交易类似，备用市场是电网调度部门的重要风险管理工具之一，不仅有利于理顺起因于风、光出力不确定的能源流、资金流和信息流，实践“谁引起，谁付费”的风险共担原则，同时也增加了发电、储能、负荷聚合实体稳定变现的渠道，有利于引导投资向提高电力系统灵活性方面转型，最终促进包括造价昂贵的储能系统在内的源/网/荷/储备用资源的发展。

对多形态备用能力的准确评估是实现备用优化配置的基础。集中式储能容量是未来电网备用的重要组成部分，其技术仍处快速发展期，形态包括但不限于：抽水蓄能电站、电池储能站等。未来规划中的电网侧集中式储能分布地域广、接入规模大、响应速度快，将分担原由常规电源负责的调峰、调频、调压等电网关键服务。因此，对其备用能力过高或过低的估计，都将给电网运行带来新的风险或浪费。因此，亟待提出电网侧储能应急调峰运行备用能力的评估方法，以此量化电网侧储能的备用能力。

现有技术存在的技术问题：无法准确评估电网侧储能的应急调峰备用能力。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估方法和装置，解决了目前无法准确评估电网侧储能的应急调峰备用能力的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估方法，包括以下步骤，

根据发或用电计划和电网侧储能自身的电量及功率约束求出电网侧储能的充/放电可行域；

根据电网侧储能的充/放电可行域，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，得到评估结果。

进一步的，电网侧储能的充/放电可行域求解方法为：

任意时段k的电量e(k)为：

储能计及损耗的充/放电功率pgl(k)为：

式中：ηl和ηg分别为电网侧储能充电效率和放电效率；uc(k)为电网侧储能充电状态；ud(k)为放电状态；

所述功率边界约束为：

-pl.max≤p(k)≤pg.max

式中：pl.max和pg.max分别为电网侧储能的最大充电功率和最大放电功率；p(k)为k时段实时充/放电功率；

所述电量边界约束为：

emin(k)≤e(k)≤emax(k)

式中：emin(k)为k时段允许到达的最小电量；emax(k)为k时段允许到达的最大电量；

emax(k)＝min(ef.max(k),eb.max(k))

emin(k)＝max(ef.min(k),eb.min(k))

ef.max(k)＝min(e(k-δt)+pl.max*δt,emax)

ef.min(k)＝max(e(k-δt)-pg.max*δt,emin)

eb.max(k)＝min(emax(k+δt)+pgl(k)*δt,emax)

eb.min(k)＝max(emin(k+δt)+pgl(k)*δt,emin)

式中：δt为某一个待调控时段，emin(k)和emax(k)分别表示第k个时段允许到达的最小和最大电量，e(k-1)表示k-1时段的电量，是已知量；ef.max(k)、ef.min(k)分别表示由前一时刻电量和最大充/放电功率决定的可能最大或小电量；eb.max(k)、eb.min(k)分别表示由最大期望电量最小期望电量eexp起始，按照后续时段发/用电计划逆推所得的k时段可能最大或最小电量；

e(k)或者p(k)与δt之间组成的区域为电网侧储能的充/放电可行域。

进一步的，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，包括：

式中：rup(k)为k时段电网侧储能上调备用容量；rdown(k)为k时段电网侧储能下调备用容量。

进一步的，电网侧储能充电状态uc(k)为0或1整数变量，uc(k)＝1表示储能处于充电状态，uc(k)＝0表示储能处于放电状态或者不充不放状态；

电网侧储能放电状态ud(k)为0或1整数变量，ud(k)＝1表示储能处于放电状态，ud(k)＝0表示储能处于充电状态或者不充不放状态；uc(k)+ud(k)≤1。

一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估装置，包括：

求解可行域模块，用于根据发或用电计划和电网侧储能自身的电量及功率约束求出电网侧储能的充/放电可行域；

备用能力评估模块，用于根据电网侧储能的充/放电可行域，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，得到评估结果。

进一步的，电网侧储能的充/放电可行域求解方法为：

任意时段k的电量e(k)为：

储能计及损耗的充/放电功率pgl(k)为：

式中：ηl和ηg分别为电网侧储能充电效率和放电效率；uc(k)为电网侧储能充电状态；ud(k)为放电状态；

所述功率边界约束为：

-pl.max≤p(k)≤pg.max

式中：pl.max和pg.max分别为电网侧储能的最大充电功率和最大放电功率；p(k)为k时段实时充/放电功率；

所述电量边界约束为：

emin(k)≤e(k)≤emax(k)

式中：emin(k)为k时段允许到达的最小电量；emax(k)为k时段允许到达的最大电量；

emax(k)＝min(ef.max(k),eb.max(k))

emin(k)＝max(ef.min(k),eb.min(k))

ef.max(k)＝min(e(k-δt)+pl.max*δt,emax)

ef.min(k)＝max(e(k-δt)-pg.max*δt,emin)(10)

eb.max(k)＝min(emax(k+δt)+pgl(k)*δt,emax)

eb.min(k)＝max(emin(k+δt)+pgl(k)*δt,emin)

式中：δt为某一个待调控时段，emin(k)和emax(k)分别表示第k个时段允许到达的最小和最大电量，e(k-1)表示k-1时段的电量，是已知量；ef.max(k)、ef.min(k)分别表示由前一时刻电量和最大充/放电功率决定的可能最大或小电量；eb.max(k)、eb.min(k)分别表示由最大期望电量最小期望电量eexp起始，按照后续时段发/用电计划逆推所得的k时段可能最大或最小电量；

e(k)或者p(k)与δt之间组成的区域为电网侧储能的充/放电可行域。

进一步的，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，包括：

式中：rup(k)为k时段电网侧储能上调备用容量；rdown(k)为k时段电网侧储能下调备用容量。

进一步的，电网侧储能充电状态uc(k)为0或1整数变量，uc(k)＝1表示储能处于充电状态，uc(k)＝0表示储能处于放电状态或者不充不放状态；

电网侧储能放电状态ud(k)为0或1整数变量，ud(k)＝1表示储能处于放电状态，ud(k)＝0表示储能处于充电状态或者不充不放状态；uc(k)+ud(k)≤1。

本发明所达到的有益效果：

本发明通过电网侧储能发(用)电计划及自身电量和功率约束的影响，快速准确评估电网侧储能的应急调峰备用能力。

附图说明

图1为本发明实施例中的方法流程图；

图2为本发明实施例中的电网侧储能的运行可行域示意图；

图3为本发明实施例效果图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估方法，包括以下步骤：

步骤1：确定电网侧储能的期望电量范围、起始电量点、最大电量、最大充/放电功率以及调度机构提前为电网侧储能安排的发或用电计划；

步骤2：根据发或用电计划和电网侧储能自身的电量及功率约束求出电网侧储能的充/放电可行域；

图2为电网侧储能的运行可行域示意图，图2上半部分为功率-时间平面(p-t平面)，下半部分为电量-时间平面(e-t平面)，黑色实线代表依储能发或用电计划运行，k表示离散后的某一时间段，k-1代表时间段k的前一个时间段，k+1代表时间段k的后一个时间段，p(k)代表时间段k内电网侧储能的充/放电功率(即发或用电计划)。不可行域代表储能功率或电量无法到达，或到达后注定无法满足后续时段发或用电计划的状态区间，反之，可行域指储能功率和电量能够到达且到达后能够满足后续时段发或用电计划的状态区间。可行域会因初始状态及发或用电计划的调整而不断变化，因此具有动态性。充/放电计划只有运行于可行域中，才具备可行性。

为降低复杂性，对时间轴进行离散化处理，将调度周期t分割为n个长度为δt的时段；

功率边界约束为：

rup(k)≤pg.max-p(k)(1)

rdown(k)≤pl.max+p(k)(2)

-pl.max≤p(k)≤pg.max(3)

式(1)-(3)中：rup(k)为k时段的上调备用容量，由储能放电或者减小充电功率提供；rdown(k)为k时段的下调备用容量，由储能充电或者减小放电功率提供；pl.max和pg.max分别为电网侧储能的最大充电功率和最大放电功率，均为正值；p(k)为k时段实时充/放电功率，放电时为正数，充电时为负数；

储能计及损耗的充/放电功率pgl(k)为：

式(4)中：ηl和ηg分别为电网侧储能充电效率和放电效率；uc(k)为电网侧储能充电状态，为0或1整数变量，uc(k)＝1表示储能处于充电状态，uc(k)＝0表示储能处于放电状态或者不充不放状态；uc(k)+ud(k)≤1；ud(k)为放电状态，为0或1整数变量，ud(k)＝1表示储能处于放电状态，ud(k)＝0表示储能处于充电状态或者不充不放状态；

任意时段k的电量e(k)可写作：

pgl(k)表示储能计及损耗的充/放电功率，e(0)表示电网侧储能起始电量点。其中，n表示总时段，k＝1,2,…,n；

电量边界的存在是为了保证储能的发(用)电计划不发生违约，在各个时刻动态变化，可写作：

emin(k)≤e(k)≤emax(k)(6)

式中：emin(k)为k时段允许到达的最小电量；emax(k)为k时段允许到达的最大电量。

emin(k)和emax(k)可由式(7)-(12)表示：

emax(k)＝min(ef.max(k),eb.max(k))(7)

emin(k)＝max(ef.min(k),eb.min(k))(8)

ef.max(k)＝min(e(k-δt)+pl.max*δt,emax)(9)

ef.min(k)＝max(e(k-δt)-pg.max*δt,emin)(10)

eb.max(k)＝min(emax(k+δt)+pgl(k)*δt,emax)(11)

eb.min(k)＝max(emin(k+δt)+pgl(k)*δt,emin)(12)

式中：δt为某一个待调控时段，emin(k)和emax(k)分别表示第k个时段允许到达的最小和最大电量，e(k-1)表示k-1时段的电量，这是已知量；ef.max(k)、ef.min(k)分别表示由前一时刻电量和最大充/放电功率决定的可能最大或小电量，是储能自身物理条件所决定的最大或小电量；eb.max(k)、eb.min(k)分别表示由最大期望电量最小期望电量eexp起始，按照后续时段发(用)电计划按照公式(11)(12)逆推所得的k时段可能最大或最小电量，它能保证储能的后续发(用)电计划如约进行。

e(k)或者p(k)与δt之间组成的区域为电网侧储能的充/放电可行域。

步骤3，根据电网侧储能每个时段的可行域，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，得到评估结果；

电网侧储能备用能力的评估计算公式为，

式中：p(k)为k时段电网侧储能充/放电功率；rup(k)为k时段电网侧储能上调备用容量；rdown(k)为k时段电网侧储能下调备用容量，上述表达式旨在通过比较电网侧储能的功率边界与电量边界，计算出各时段电网侧储能的上下备用容量。

实施例2：

一种电网侧储能应急调峰备用能力的评估装置，包括：

求解可行域模块，用于根据发或用电计划和电网侧储能自身的电量及功率约束求出电网侧储能的充/放电可行域；

备用能力评估模块，用于根据电网侧储能的充/放电可行域，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，得到评估结果。

进一步的，电网侧储能的充/放电可行域求解方法为：

任意时段k的电量e(k)为：

储能计及损耗的充/放电功率pgl(k)为：

式中：ηl和ηg分别为电网侧储能充电效率和放电效率；uc(k)为电网侧储能充电状态；ud(k)为放电状态；

所述功率边界约束为：

-pl.max≤p(k)≤pg.max

式中：pl.max和pg.max分别为电网侧储能的最大充电功率和最大放电功率；p(k)为k时段实时充/放电功率；

所述电量边界约束为：

emin(k)≤e(k)≤emax(k)

式中：emin(k)为k时段允许到达的最小电量；emax(k)为k时段允许到达的最大电量；

emax(k)＝min(ef.max(k),eb.max(k))

emin(k)＝max(ef.min(k),eb.min(k))

ef.max(k)＝min(e(k-δt)+pl.max*δt,emax)

ef.min(k)＝max(e(k-δt)-pg.max*δt,emin)(10)

eb.max(k)＝min(emax(k+δt)+pgl(k)*δt,emax)

eb.min(k)＝max(emin(k+δt)+pgl(k)*δt,emin)

式中：δt为某一个待调控时段，emin(k)和emax(k)分别表示第k个时段允许到达的最小和最大电量，e(k-1)表示k-1时段的电量，是已知量；ef.max(k)、ef.min(k)分别表示由前一时刻电量和最大充/放电功率决定的可能最大或小电量；eb.max(k)、eb.min(k)分别表示由最大期望电量最小期望电量eexp起始，按照后续时段发/用电计划逆推所得的k时段可能最大或最小电量；

e(k)或者p(k)与δt之间组成的区域为电网侧储能的充/放电可行域。

进一步的，对电网侧储能上/下调备用能力进行评估，包括：

式中：rup(k)为k时段电网侧储能上调备用容量；rdown(k)为k时段电网侧储能下调备用容量。

进一步的，电网侧储能充电状态uc(k)为0或1整数变量，uc(k)＝1表示储能处于充电状态，uc(k)＝0表示储能处于放电状态或者不充不放状态；

电网侧储能放电状态ud(k)为0或1整数变量，ud(k)＝1表示储能处于放电状态，ud(k)＝0表示储能处于充电状态或者不充不放状态；uc(k)+ud(k)≤1。

实施例3：

基于本文所提方法计算上/下调备用能力，通过仿真模拟调度指令超出能力值时系统的表现，测试中δt为1h，测试的小型储能电站参数见表1。

表1小型储能电站参数

图3为仿真结果，由图3可知，在某时刻(图3a中的1:00点和图3b中的15:00)收到电网调度机构下达的功率调节指令并开始调节，调节功率等于本文评估方法的计算值，结果显示，按设定值调节后，在调节周期内存在某一时段上/下调备用能力刚好为0，且后续时段可以继续按照调度机构本来安排的发或用电计划出力。如果继续提高调度指令中的功率调整量，储能电站将无法满足调度指令。由此可知，本算法所计算的备用容量准确。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。