面向风光高渗透率台区的储能控制系统及方法

1.本发明涉及电化学储能技术领域，具体地指一种面向风光高渗透率台区的储能控制系统及方法。


背景技术：

2.大力发展新能源，提高以新能源为主的非化石能源消费占比，是能源转型的要求。电力作为能源供给和消费的重要载体，建设以新能源为主体的新型电力系统，提高清洁电力消费占比意义重大。预计到2030年和2060 年，我国新能源发电量占比将分别超过25％和60％，电力供给将朝着逐步零碳化方向迈进。近年来，我国新能源发电技术发展迅速，成本迭代快，大规模集中式发电对地理和资源禀赋要求高，且需要建设输送通道，分布式新能源发电在安装灵活，能有效提高资源利用率，便于就地消纳等优势下，装机规模逐年剧增。
3.然而，新能源发电波动性和周期性特征明显，风电日波动最大幅度可达装机容量的80％，且呈现一定的反调峰特性；而光伏发电受昼夜、天气、移动云层变化的影响，同样存在间歇性和波动性。随着分布式能源向配电网进一步渗透，高比例风光发电台区将面临更大的电力平衡和稳定难题，充分挖掘和利用以电化学储能为代表的可控资源成为重要应对方式。尽管电化学储能在电力领域应用较成熟，但在台区应用场景，目前多以较为粗略的手段进行调峰，在高渗透率台区同时兼顾新能源消纳，防止潮流反送和负荷调峰的精细化控制方法比较欠缺。
4.cn112583032 a公开了一种基于负荷需求为导向的储能策略配置方法，该方法根据新能源并网功率大于零执行新能源消纳策略；根据新能源并网功率等于零，和是否在削峰填谷时间窗口，又分别执行电能经济策略和运行稳定策略。该方法的优点在于一定程度降低负荷峰谷差对电网运行安全稳定的压力，提高电网对新能源的消纳能力。然而，不足的是该方法仅考虑新能源发电有无来制定执行储能运行策略，从区间划分来看比较粗略，其次未具体考虑或未在发明中说明新能源发电能力不同对电网、储能及负荷运行的影响以及储能对应响应策略，最终或导致运行效果不佳的情况。
5.cn110707733a公开了一种低压台区新能源就地消纳有功动态自平衡控制方法，该方法通过采集相关数据、构建动态平衡控制策略、通过向动态平衡控制策略输入采集的数据得到负荷分配方案的方法步骤，以减少中性线电流。该发明通过智能化调节手段一定程度改善了含新能源接入的台区三相不平衡问题，实现了新能源发电与负荷用电的尽可能平衡，提高电力系统的稳定性。然而，该发明仅适用于新能源发电能力全年全天候均小于用电负荷的场景，同时所述的基于遗传算法的动态平衡控制策略适用性存在局限性，系统应对台区负荷高峰的能力较弱。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是要提供一种面向风光高渗透率台区的储能控制系统及方法，该方法考虑含高比例新能源接入的台区，新能源波动性、间歇性带来的发电能力变化和台区
负荷季节性、日用电峰谷特性因素，通过电化学储能实时跟踪快速响应制定具体控制方法以应对新能源潮流反送和消纳问题，提高台区安全稳定运行能力和新能源消纳能力。
7.为实现此目的，本发明所设计的面向风光高渗透率台区的储能控制系统，其特征在于：它包括功率比例计算模块、功率比例判断模块、新能源发电能力状态确定模块、充电阈值条件判断模块、储能输出功率计算模块、充电截止判断模块、功率比例与放电阈值比较模块、储能剩余荷电容量判断模块、储能放电功率值确定模块和放电截止判断模块；
8.所述功率比例计算模块用于计算新能源发电功率与台区负荷功率的比值；
9.功率比例判断模块用于判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否满足充电阈值条件；
10.新能源发电能力状态确定模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值满足充电阈值条件时，根据新能源发电功率与台区负荷功率的比值和充电阈值条件判断新能源发电能力为大发状态或非大发状态；
11.充电阈值条件判断模块用于判断大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量是否满足充电阈值条件；
12.储能输出功率计算模块用于在大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量满足充电阈值条件下，计算大发状态或非大发状态下储能输出功率大小，并以该功率为储能设备充电；
13.充电截止判断模块用于判断储能设备是否达到充电截止条件；
14.功率比例与放电阈值比较模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值不满足充电阈值条件时，判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否小于放电阈值；
15.储能剩余荷电容量判断模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值小于放电阈值时，判断储能剩余荷电容量是否满足储能可放电阈值条件；
16.储能放电功率值确定模块用于在储能剩余荷电容量满足放电阈值条件时，确定台区负荷状态，并根据台区负荷状态、新能源发电功率确定储能放电功率值，并以该功率放电；
17.放电截止判断模块用于判断储能设备是否达到放电截止条件。
18.本发明的有益效果：
19.本发明提出了面向风光高渗透率台区储能的控制方法，该方法统筹考虑了风光发电大发和非大发情况、负荷峰谷情况以及储能运行状态多种因素，制定了储能不同响应策略，基于上述因素分别给出了储能充电、放电调节下的功率输出控制公式和控制参数设置要求，从而达到抑制风光发电波动性，防止风光发电超过负荷功率需求时产生潮流逆送现象发生的同时提高新能源消纳能力，提升台区电力平衡能力和稳定运行能力。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2位本发明的方法流程图
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
23.如图1所示面向风光高渗透率台区的储能控制系统，其特征在于：它包括功率比例计算模块、功率比例判断模块、新能源发电能力状态确定模块、充电阈值条件判断模块、储能输出功率计算模块、充电截止判断模块、功率比例与放电阈值比较模块、储能剩余荷电容量判断模块、储能放电功率值确定模块和放电截止判断模块；
24.所述功率比例计算模块用于计算新能源发电功率(风力发电和光伏发电得到风光发电功率)与台区负荷功率的比值；
25.功率比例判断模块用于判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否满足充电阈值条件；
26.新能源发电能力状态确定模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值满足充电阈值条件时，根据新能源发电功率与台区负荷功率的比值和充电阈值条件判断新能源发电能力为大发状态或非大发状态；
27.充电阈值条件判断模块用于判断大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量是否满足充电阈值条件；
28.储能输出功率计算模块用于在大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量满足充电阈值条件下，计算大发状态或非大发状态下储能输出功率大小，并以该功率为储能设备充电；
29.充电截止判断模块用于判断储能设备是否达到充电截止条件；
30.功率比例与放电阈值比较模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值不满足充电阈值条件时，判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否小于放电阈值k4，k4越小表示要求储能在风光发电能力越弱的位置放电，k4为比值条件，判断是否开启放电比值条件，判断是否开启放电；
31.储能剩余荷电容量判断模块用于在新能源发电功率与台区负荷功率的比值小于放电阈值时，判断储能剩余荷电容量是否满足储能可放电阈值条件，储能可放电阈值为储能电量，判断储能是否能够响应启动要求；
32.储能放电功率值确定模块用于在储能剩余荷电容量满足放电阈值条件时，确定台区负荷状态，并根据台区负荷状态、新能源发电功率确定储能放电功率值，并以该功率放电；
33.放电截止判断模块用于判断储能设备是否达到放电截止条件。
34.上述技术方案中，所述新能源发电功率与台区负荷功率的比值k 根据如下公式计算：
[0035][0036]
其中，pf为实时跟踪得到的风力发电功率、pv为实时跟踪得到的光伏发电功率、p
l
为实时跟踪得到的台区负荷功率。
[0037]
上述技术方案中，所述满足充电阈值条件为：
[0038]
k》k1[0039]
其中，k为新能源发电功率与台区负荷功率的比值、k1为充电阈值，k1越大表示要求储能在风光发电能力越强的位置充电。
[0040]
上述技术方案中，所述大发和非大发两种状态，通过下式区分：
[0041][0042]
满足大发条件时启动，启动后比值k可能变化为小于等于k1，此时仍在充电状态，k为新能源发电功率与台区负荷功率的比值、k1为充电阈值。
[0043]
上述技术方案中，所述充电阈值条件为：
[0044]
soc＜soc1[0045]
其中，soc表示储能剩余荷电电量，soc1表示储能可充电阈值大小；
[0046]
储能可放电阈值条件为：
[0047]
soc＞soc3[0048]
其中，soc表示储能剩余荷电电量，soc3表示储能可放电阈值。
[0049]
上述技术方案中，所述储能输出功率利用下式计算：
[0050]
新能源发电能力状态非大发时：pe＝k2p
l
；
[0051]
新能源发电能力状态大发时：
[0052]
pf+pg》p
l
+n1pe，预警；
[0053]
pf+p
g-p
l
+m0p
t
《pe，pe＝pf+p
g-p
l
+m0p
t
[0054]
pf+p
g-p
l
+m0p
t
≥pe，pe＝pe[0055]
其中，pe为储能输出功率，k2为新能源发电能力状态非大发时，储能输出相对负荷功率系数，一般取值较小，有助于新能源消纳，在0～0.2之间；新能源发电能力状态大发时，n1为储能预警风光发电即将倒送的预警系数一般取值在0.85～0.95之间；pe为储能装置的额定输出功率；m0为配电变压器最低负载率，pf为风力发电功率，pg为光伏发电功率，p
l
为负荷功率，p
t
为配电变压器功率，防止负载过低产生安全隐患。
[0056]
上述技术方案中，所述充电截止条件为新能源发电功率与台区负荷功率的比值k小于风光发电能力提升转折预警系数k3或储能剩余荷电电量soc大于储能充电截止阈值大小soc2，用于保护储能装置。
[0057]
放电截止条件为新能源发电功率与台区负荷功率的比值k大于风光发电能力下降转折预警系数k5或储能剩余荷电电量soc小于储能放电截止阈值soc4，用于保护储能装置。
[0058]
上述技术方案中，所述台区负荷状态包括高负载率、适中负载率、低负载率，通过下式区分：
[0059][0060]
其中，m为配电变压器负载率、m1为高负载率临界值、m2为低负载率临界值。
[0061]
上述技术方案中，所述储能放电功率值利用下式确定：
[0062]
p
l-(pf+pg)≥m1p
t
，pe＝pe；
[0063]
m2p
t
《p
l-(pf+pg)《m1p
t
，pe＝n2pe；
[0064]
p
l-(pf+pg)《m2p
t
，pe＝0
[0065]
其中，pe实际指储能输出功率，包括充电功率和放电功率，n2为台区适中负载率条件下，储能输出功率系数，一般取0.3-0.6之间，实现储能缓慢放电，pf为风力发电功率，pg为
光伏发电功率，p
l
为负荷功率，p
t
为配电变压器功率。
[0066]
一种面向风光高渗透率台区的储能控制方法，该方法通过实时跟踪台区负荷功率，风力发电和光伏发电得到风光发电功率，计算得到新能源发电功率与负荷功率比例，并与发电比例阀门判据进行比较，确定储能装置的充放电运行状态，接着基于储能剩余荷电容量、发电比率、配电变压器负载率得到储能输出功率值，完成储能的自主运行，它具体包括如下步骤，如图2所示：
[0067]
步骤1：计算新能源发电功率与台区负荷功率的比值，进入步骤 2；
[0068]
步骤2：判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否满足充电阈值条件，若新能源发电功率与台区负荷功率的比值满足充电阈值条件，根据新能源发电功率与台区负荷功率的比值和充电阈值条件判断新能源发电能力为大发状态或非大发状态，进入步骤3；
[0069]
若新能源发电功率与台区负荷功率的比值不满足充电阈值条件，则进入步骤6；
[0070]
步骤3：判断大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量是否满足充电阈值条件，进入步骤4；
[0071]
步骤4：在大发状态或非大发状态下储能剩余荷电电量满足充电阈值条件下，计算大发状态或非大发状态下储能输出功率大小，并以该功率为储能设备充电，进入步骤5，否则储能不进行充电，等待下一个命令；
[0072]
步骤5：判断储能设备是否达到充电截止条件，达到充电截止条件则进入下一循环周期，重新获取基本系统进行判断执行，未达到充电截止条件则返回步骤4；
[0073]
步骤6：在新能源发电功率与台区负荷功率的比值不满足充电阈值条件时，判断新能源发电功率与台区负荷功率的比值是否小于放电阈值，若新能源发电功率与台区负荷功率的比值小于放电阈值，则进入步骤7，若既不满足充电阈值，也不满足放电阈值，则静置，等待下一个执行命令；
[0074]
步骤7：判断储能剩余荷电容量是否满足储能可放电阈值条件，储能剩余荷电容量满足放电阈值条件时，进入步骤8，否则不进行放电，等待下一个执行指令；
[0075]
步骤8：确定台区负荷状态，并根据台区负荷状态、新能源发电功率确定储能放电功率值，并以该功率放电，进入步骤9；
[0076]
步骤9：判断储能设备是否达到放电截止条件，若达到放电截止条件则进入下一循环周期；若未达到放电截止条件，则返回步骤8。
[0077]
实施例1：
[0078]
充电阈值大小k1取0.9，表示要求储能在风光发电比例较高的位置充电。新能源发电能力状态非大发时，储能输出相对负荷功率系数k2取0.1，有助于新能源消纳；风光发电能力提升转折预警系数 k3取0.8；放电阀门阈值k4取0.3，表示要求储能在风光发电比例较低的位置放电；风光发电能力下降转折预警系数k5取0.6。
[0079]
储能预警风光发电即将倒送的预警系数n1取0.9；为台区适中负载率条件下，储能输出功率系数n2取0.4，实现将储存的新能源电缓慢释放，平滑台区功率曲线。
[0080]
配电变压器最低负载率m0取10％，表示防止负载过低产生安全隐患。
[0081]
储能可充电阈值大小soc1取90％；储能充电截止阈值大小soc2取95％；用于保护储能装置。储能可放电阈值大小soc3取30％；储能放电截止阈值大小soc4取10％，表示储能放电深度较高。
[0082]
由上述参数值及公式，可得到不同风光发电大发和非大发情况、负荷峰谷情况以及储能运行状态下，储能充放电状态及储能充电、放电功率大小。
[0083]
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。