[发明专利]一种基于容量限值约束的微网储能装置设计方法

权利要求书

1.一种基于容量限值约束的微网储能装置设计方法，其特征是包括以下步骤： 

S1，输入规划区分布式电源配置容量和储能装置的类型及分布情况； 

S2，录入规划区负荷及历史天气数据； 

S3，建立分布式电源出力模型和储能装置充放电模型； 

S4，计算储能装置配置容量下限； 

S5，计算储能装置配置容量上限； 

S6，计算限值内储能装置配置容量最优值； 

所述的步骤S3建立分布式电源出力模型和储能装置充放电模型包括以下子步骤： 

S3-1，风力发电出力模型 

采用典型四段式模型：在切入风速之前，风机不出力；在切入风速与额定风速之间，风机出力与风速近似为线性关系；风速超过额定风速小于切出风速时，风机出力为额定功率；大于切出风速时，风机停止工作；其分段函数表达式为： 

式中：Pg为风机实际输出功率；V为当前风速；Vci为切入风速；Vco为切出风速；Vr为额定风速；η(V)为风力发电机随风速变化的输出功率；Pr为风力发电机组额定输出功率； 

当风速介于Vci和Vcr之间时风力发电机输出功率表示为风速的函数η(V)，近似为线性关系，即： 

η(V)＝P_r(V-V_ci)/(V_r-V_ci)    (2)； 

S3-2，储能装置充放电模型 

采用最常用的铅酸蓄电池为代表，建立KiBaM两池模型，认为蓄电池存储电量分为可用能量池和约束能量池，两池共同决定了蓄电池的最大充放电功率； 

受控源Eb的表达式为： 

式中：E_b是储能装置的空载电压；E₀是储能装置的恒定电压；K是极化电压；Q是储能装置的容量(Ah)；A是指数区域幅值；B是指数区域时间常数的倒数； 

在储能装置容量设计过程中，还应满足如下约束条件： 

1)潮流约束 

式中：P_is、Q_is分别为节点i的有功和无功注入量；U_i为节点i的电压幅值，j∈i表示所有与节点i直接相连的节点，包括j＝i，G_ij、B_ij分别为节点导纳矩阵相应的实部和虚部；θ_ij为支路ij两端节点的相角差； 

2)分布式电源装机容量约束 

0≤W_i≤W_i^max    i＝1,2,…,N_DG    (5)； 

式中W_i^max为第i个待选节点允许安装的分布式电源的最大容量； 

3)分布式电源穿透功率极限约束 

    i＝1,2,...,N_DG    (6)； 

式中：为配电网最大负荷；ρ为DWG总装机容量占系统最大负荷的比例上限； 

4)节点电压约束 

    i＝1,2,...,N_DG    (7)； 

式中：Pr{·}表示{·}中事件成立的概率；和分别为第i个节点电压的上下限；β_u为电压约束的置信水平；N_b为系统节点总数； 

5)线路传输功率约束 

P_r{|P_i|≤P_i^max}≥β₁    i＝1,2,...,N_DG    (8)； 

式中：P_i^max为第i条支路线路的传输功率的上限；β₁为支路潮流约束的置信水平；N₁为系统支路总数。 

2.根据权利要求1所述的基于容量限值约束的微网储能装置设计方法，其特征是：所述的步骤S4计算储能装置配置容量下限包括以下子步骤： 

S4-1，风机储能装置容量配置 

S4-1-1，计算统计时期内风机实际出力； 

S4-1-2，对风机出力数据进行离散傅里叶变换，获得风机出力的幅频结果： 

S_g＝DFT(P_g)＝[S_g[1],...,S_g[n],...,S_g[N_s]]^T

                                         (9)； 

f_g＝[f_g[1],...,f_g[n],...,f_g[N_s]]^T

式中，P_g＝[P_g[1],...,P_g[n],...,P_g[N_s]]^T代表风机功率输出样本数据；P_g[n]代表第n个采样点输出功率[kW]，N_s代表采样点个数；DFT(P_g)代表对样本数据P_g进行离散傅里叶变换；S_g[n]＝R_g[n]+I_g[n]i代表傅里叶变换结果中第n个频率f_g[n]对应的幅值，R_g[n],I_g[n]分别代幅值的实部和虚部；f_g为与S_g对应的频率列向量； 

f_g[n]＝f_s(n-1)/N_s＝(n-1)/(T_sN_s)    (10)； 

式中，f_s,T_s分别为样本数据P_g的采样频率[Hz]和采样周期[s]；由采样定理和离散傅里叶变换数据的对称性可知，S_g以Nyquist频率f_N＝f_s/2为对称轴，两侧对称的复序列互为共轭、模相等，故只需要考虑0～f_N频率范围的幅频特性； 

S4-1-3，确定风机允许的最大波动率上限 

假定在T_E时间段内的功率波动率用F_TE表示，其计算公式如下： 

式中，P_n代表额定功率[kW]；分别代表T_E时间段内最大与最小输出功率[kW]；判断目标功率输出是否满足要求，需保证波动率不超过设定的上限

风机出力波动率上限通过对风机实际波动率概率密度函数设置； 

按照上述T_E时间间隔，计算风机出力的波动率数据，统计得到其概率密度函数和可能出现的最大波动率；设定其可接受波动范围内的置信区间，从而确定储能装置可以平滑的最大波动率，该波动率与可能出现的最大波动率之差即为风机出力波动率上限； 

S4-1-4，采用试差法，计算所需储能装置最大功率 

假定f_ps代表依据频谱分析结果D_g确定的补偿频段，f_ps1代表S_g中以Nyquist频率f_N为对称轴与f_ps对称的频段。