风储场站的调频能力评估方法、分散式风储系统的分层调频控制方法及装置和介质与流程

本发明属于新能源电力系统，特别涉及一种风储场站的调频能力评估方法、分散式风储系统的分层调频控制方法及装置。

背景技术：

1、随着风力发电和大规模并网的快速发展，电力系统惯性和调频容量下降，电网规范要求风电参与调频以提供额外的备用功率和惯量(european commission regulation,“establishinga network code on requirements for grid connection of highvoltage direct current systems anddirect current connectedpower parkmodules,”official j.eur.union,vol.59,no.241,pp.1–65,2016)。然而，由于风速固有的波动性、间歇性、随机性等特点，风机的调频能力有限，无法满足电力系统的调频功率需求。储能具有准确、快速、灵活的功率响应能力，可以提高风机的频率响应速度和调频性能。因此，风电场需要配备一定的储能以满足调频功率需求。

2、风储系统的调频控制面临着无法最大化调频能力的挑战。一方面，考虑到不同的地理位置、环境差异、尾流效应等，风电场内不同的风机可能处于不同的运行状态。如何差异化分配调频功率将决定风机能否发挥最大化频率支撑。另一方面，考虑到储能的荷电状态和调频成本，长时间大功率参与调频并不利于储能运行。如何协同风机和储能共同参与调频，实现优势互补，是风储系统能否最大限度发挥调频能力的关键。因此，迫切需要研究能够最大化风储系统调频能力的控制方法。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供一种风储场站的调频能力评估方法、分散式风储系统的分层调频控制方法及装置，针对新能源电力系统的发展趋势，考虑尾流效应和荷电状态对风储系统调频能力的影响，实现分散式风储系统调频能力最大化。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种风储场站的调频能力评估方法，包括：

4、基于考虑风储场站内风机尾流效应的风速，计算风储场站内参与调频的每台风机的有效动能；

5、基于风机的有效动能，以各自风机的最大有效动能为基准，计算获得每台风机的调频能力因子；其中，最大有效动能是基于考虑尾流效应下的风速以及风机的安全转速界限值计算得到的有效动能最大值；

6、基于储能的荷电状态以及过充过放限制，计算风储场站内参与调频的每个储能的调频能力因子；

7、对风储场站内所有风机和储能的调频能力因子求和，得到风储场站的调频能力。

8、进一步地，基于考虑风储场站内风机尾流效应的风速，计算每台风机的有效动能，具体计算式为：

9、δewt,m＝δek,m+δep,m          (1)

10、

11、其中，各右下角标中的m代表风储场站内参与调频的第m台风机；δewt,m为第m台风机的有效动能，下标中的k和p用于区分其中的转子动能增量和风能捕获增量，即δek,m为第m台风机的转子动能增量，δep,m为第m台风机的风能捕获增量；t0为调频开始时间，t为调频结束时间；pm为风机输入的机械功率，pe为风机输出的电磁功率，hwt,m为风机的转动惯量，ωr,m为风机的转子转速，ωr0,m为风机的转子初始转速；pm0为风机输入的初始机械功率，ρ为空气密度，a为转子面积，vm为风机考虑尾流效应的风速，cp(λ,β)为风能转换效率系数，λ和β分别表示叶尖速度比和桨距角；为当前风速额定最大转子转速下风机对应的风能转换效率系数；

12、所述基于风机的有效动能，以各自风机的最大有效动能为基准，计算获得每台风机的调频能力因子，具体为：

13、

14、其中，cwt,m代表第m台风机的调频能力因子，代表风机考虑尾流效应的最大有效动能，和分别表示风机的最大转子动能增量和最大风能捕获增量；ωr,max和ωr,min分别表示风机的最大和最小安全转速；为当前风速最小转子转速下风机对应的风能转换效率系数。

15、进一步地，基于储能的荷电状态以及过充过放限制，计算风储场站内参与调频的每个储能的调频能力因子，具体为：

16、计算每个储能的当前荷电状态socn：

17、

18、其中，socn0代表第n个储能电池的初始荷电状态，in,c代表第n个储能电池的流出电流，q代表第n个储能电池的额定容量；t0为调频开始时间，t为调频结束时间；

19、基于当前荷电状态计算每个储能的调频能力因子：

20、

21、其中，ces,n代表第n个储能电池的调频能力因子，socn,max和socn,min分别表示第n个储能电池荷电状态的最大值和最小值。

22、一种风储场站的调频能力评估装置，包括：

23、有效动能计算模块，用于：基于考虑风储场站内风机尾流效应的风速，计算风储场站内参与调频的每台风机的有效动能；

24、风机调频能力计算模块，用于：基于风机的有效动能，以各自风机的最大有效动能为基准，计算获得每台风机的调频能力因子；其中，最大有效动能是基于考虑尾流效应下的风速以及风机的安全转速界限值计算得到的有效动能最大值；

25、储能调频能力计算模块，用于：基于储能的荷电状态以及过充过放限制，计算风储场站内参与调频的每个储能的调频能力因子；

26、风储场站调频能力汇总模块，用于：对风储场站内所有风机和储能的调频能力因子求和，得到风储场站的调频能力。

27、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。

28、一种分散式风储系统的分层调频控制方法，首先采用上述任一所述的风储场站的调频能力评估方法，对分散式风储系统内每个风储场站的调频能力进行评估；然后基于评估得到的各风储场站的调频能力、各风机和各储能的调频能力因子，对分散式风储系统按以下分层进行分层调频控制：系统层、场站层和风机/储能单元层。

29、进一步地，所述进行分层调频控制具体包括：

30、在系统层，按照各风储场站的调频能力分别占据全部风储场景调频能力之和的比例，将调频所需功率分配到各风储场站；

31、在场站层，对于风储场站分配到的功率，将其中的一次调频功率交由风机承担，其中的惯性响应功率和风机调频容量不足的部分交由储能承担；

32、在风机和储能单元层，按照各风机的调频能力因子分别占据全部风机的调频能力因子之和的比例，将场站层分配到风机的调频功率分配到各风机；按照各储能的调频能力因子分别占据全部储能的调频能力因子之和的比例，将场站层分配到储能的调频功率再分配到各储能。

33、进一步地，系统调频所需功率通过如下计算得到：

34、

35、其中，δpwe表示系统调频所需功率，kdr和kin分别表示下垂系数和惯性系数，fac和fac,ref分别表示电网中的实时频率和参考频率。

36、进一步地，按照比例将系统调频所需功率分配到各风储场站，表示为：

37、

38、式中，δpwe,i表示分配到第i个风储场站的调频功率，δpwe表示系统调频所需功率，cwe,i表示分散式风储系统中第i个风储场站的调频能力，i表示分散式风储系统包括的风储场站的总数。

39、进一步地，在场站层分别交由风机和储能承担的调频功率，计算式为：

40、δpwt,i＝kwt,i×(fac-fac,ref)         (13)

41、δpes,i＝kes,i×(δpwe,i-δpwt,i)        (14)

42、其中，δpwe,i表示分配到第i个风储场站的调频功率，δpwt,i和δpes,i分别表示第i个风储场站交由风机和储能承担的调频功率，kwt,i和kes,i分别表示风机和储能的调频系数，fac和fac,ref分别表示电网中的实时频率和参考频率。

43、进一步地，按照比例将场站层分配到风机的调频功率分配到各风机，表示为：

44、

45、按照比例将场站层分配到储能的调频功率分配到各储能，表示为：

46、

47、其中，δpwt,m表示第i个风储场站分配到第m个风机的调频功率，cwt,m表示第i个风储场站内第m个风机的调频能力因子，m为第i个风储场站内的风机数量，δpwt,i表示第i个风储场站交由风机承担的调频功率；

48、δpes,n表示第i个风储场站分配到第n个储能的调频功率，cwt,m表示第i个风储场站内第n个储能的调频能力因子，n为第i个风储场站内的储能数量，δpes,i表示第i个风储场站交由储能承担的调频功率。

49、一种分散式风储系统的分层调频控制装置，包括上述任一项所述的调频能力评估装置分层调频控制模块，还包括分层调频控制模块；所述分层调频控制模块包括：

50、系统层功率分配子模块，用于：在系统层，按照各风储场站的调频能力分别占据全部风储场景调频能力之和的比例，将系统调频所需功率分配到各风储场站；

51、场站层功率分配子模块，用于：在场站层，对于风储场站分配到的功率，将其中的一次调频功率交由风机承担，其中的惯性响应功率和风机调频容量不足的部分交由储能承担；

52、单元层功率分配子模块，用于：在风机和储能单元层，按照各风机的调频能力因子分别占据全部风机的调频能力因子之和的比例，将场站层分配到风机的调频功率分配到各风机；按照各储能的调频能力因子分别占据全部储能的调频能力因子之和的比例，将场站层分配到储能的调频功率再分配到各储能。

53、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的分散式风储系统的分层调频控制方法。

54、有益效果

55、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

56、本发明不仅考虑了尾流效应对风电场调频能力的影响，还考虑了系统惯量、储能荷电状态的影响，实现了最大化频率支撑控制，在新型电力系统调频等方面具有很高的实用价值。