[发明专利]一种考虑多种调频资源的调频容量需求分配方法

权利要求书

1.一种考虑多种调频资源的调频容量需求分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算在不同储能调频资源占比下的储能调频资源对传统调频资源替代比；具体步骤如下：

1-1)将前一年中每月15号之前的一个工作日和15号之后的一个非工作日作为典型日，共得到24个典型日构成典型日集合；按照AGC考核单位时间长度Γ，将所有典型日划分为对应的AGC典型考核时段；

对每一个AGC典型考核时段，选取该时段内每一个离散时间点的负荷功率、风电发电功率和光伏发电功率数据，计算该时段内每一个离散时间点的净负荷：

其中，q表示AGC典型考核时段编号，分别为第q个AGC典型考核时段中第k个离散时间点净负荷和负荷功率，分别为该时段第k个离散时间点风电发电功率和光伏发电功率；离散时间点数据的采样周期与AGC的指令周期τ相同，每个AGC考核时段包含K＝Γ/τ个AGC指令周期，K为每个时段内的离散时间点的采样总数；

计算每个离散时间点的净负荷波动表达式如下：

其中，为第q个AGC典型考核时段的净负荷均值，计算表达式为：

每个AGC典型考核时段内所有离散时间点的净负荷波动构成的序列组成该时段的净负荷波动

1-2)建立优化模型求解AGC典型考核时段净负荷波动为储能调频资源容量占系统总调频容量比例为η时，该AGC控制区的调频容量需求所述优化模型以和η为输入变量，以最小化该AGC控制区的调频容量需求为优化目标，表达式如下：

s.t.

ACE[k-1]＝BΔf[k-1]

π_g[k]＝min{max{π[k],ΔP_g^m[k]},ΔP_g^M[k]}

π_s[k]＝π[k]-π_g[k]

ΔP_g[k]＝π_g[k]

P_s[k]＝min{max{π_s[k],P_s^m[k]},P_s^M[k]}

e[k]＝e[k-1]-P_s[k]δ

式中，Δf是系统频率偏差，是ACE考核指标中A₂指标所规定的限值，B表示系统频率响应常数，IACE表示ACE的PI滤波积分项，为传统调频资源的爬坡速率上限，λ为调频资源到达最大调频容量允许的最长时间，为储能调频资源容量，为第k个离散时间点传统调频资源向上最大可调功率，为第k个离散时间点传统调频资源向下最大可调功率，P_s^M[k]为第k个离散时间点储能调频资源向上最大可调功率，P_s^m[k]为第k个离散时间点储能调频资源向下最大可调功率，e^M和e^m分别为储能资源电量的最大值与最小值，e[k]为第k个离散时间点储能资源电量，π[k]为第k个离散时间点系统调节功率需求，π_g[k]和π_s[k]分别为第k个离散时间点分配给传统机组与储能资源的调节功率，ΔP_g[k]和P_s[k]分别为传统调频资源与储能资源实际承担的调节功率，r_g[k]和r_nl[k]分别为第k个离散时间点传统调频资源和净负荷的变化率，a[k]为第k个离散时间点计算频率偏差所需的常数，D为系统负荷阻尼常数，H为系统惯性常数；

1-3)选取任一AGC典型考核时段q，令储能调频资源占比η的取值以1％作为步长从0％取到100％，根据该时段对应的净负荷波动利用步骤1-2)建立的模型，计算储能调频资源占比为η时系统在该时段调频容量需求

1-4)重复步骤1-3)，对步骤1-1)的每一个AGC典型考核时段，计算储能调频资源占比为η时系统在每个时段调频容量需求得到对应的

根据下式计算在不同η下储能调频资源相对于传统调频资源的替代比：

其中，Q为AGC典型考核时段的总数；

2)选取未来任一AGC考核时段记为F时段，根据历史数据计算该时段储能调频资源折算为传统调频资源后的调频容量需求；具体步骤如下：

2-1)收集自动发电控制AGC控制区内过去N年的历史数据；所述历史数据包括：每分钟负荷功率、每分钟风电发电功率、每分钟光伏发电功率，每个AGC考核时段的A₂指标、每个AGC考核时段的传统调频资源容量和储能调频资源容量；

2-2)根据步骤2-1)中每个AGC考核时段的传统调频资源容量和储能调频资源容量P_s^h，得到历史数据中每个AGC考核时段对应的储能调频资源占比η^h值；其中，h为历史数据的时段编号；

根据步骤1)的结果，获取在该η^h值下对应的储能调频资源相对于传统调频资源的替代比，将历史数据中每个AGC考核时段的储能调频资源折算为传统调频资源，得到折算后历史数据中每个AGC考核时段的总调频容量P_r^h′；每个AGC考核时段的折算根据下式进行：

2-3)计算历史数据中每个AGC考核时段内的负荷标准差δ^h,l：

式中，Z表示以1分钟为采样周期时每个AGC考核时段内离散时间点个数，z为第z个离散时间采样点，P_l^h[z]为时段h中第z分钟的负荷功率；P_l^h,avg为时段h内的负荷均值，计算方式如下：

计算历史数据中每个AGC考核时段内光伏发电功率的标准差：

其中，为时段h中第z分钟的光伏发电功率，为时段h内光伏发电功率的均值，计算方式为：

计算历史数据中每个AGC考核时段内风电发电功率的均值：

其中，为时段h中第z分钟的风电发电功率；

2-4)将历史数据中每个AGC考核时段的A₂,P_r^h′，δ^h,l,δ^h,pv和组成该时段对应的样本，对历史数据中的所有样本根据下式进行筛选：

具体筛选方法为：对历史数据中的每个样本i，统计历史数据中除i外换算后调频容量大于且调频表现绝对值大于的样本所占比例；若该比例高于设定的样本判定阈值则判定样本i是一个正常样本并予以保留，否则予以删除；对所有样本处理完毕后，得到所有正常样本组成的集合；

2-5)建立基于极限学习机ELM的负荷标准差的区间预测模型：该模型的输入为预测时段i之前M日中每日与i相同AGC考核时段及该时段前后各2个相邻AGC考核时段内的负荷标准差组成的向量；输入层至隐藏层的权重矩阵k^l和偏置向量b^l为随机生成的取值在0～1之间的数，隐藏层中每个单元均含有一个激活函数σ，隐藏层至输出层的权重经过优化生成，模型的输出是时段i该模型输入至输出所对应的映射为：

从步骤2-4)得到的正常样本组成的集合中随机抽取75％的样本组成该预测模型的训练集I_l，形成极限学习机隐藏层至输出层的权重优化模型如下：

其中，α代表分位数，为训练集中第i个AGC考核时段内的负荷标准差，和是辅助变量；

求解该权重优化模型对权重进行优化，得到训练完毕的负荷标准差的区间预测模型；

2-6)建立基于极限学习机的光伏发电功率标准差的区间预测模型：该模型的输入为预测时段i之前M日中每日与i相同时段及该时段前后各2个相邻AGC考核时段内的光伏发电功率标准差组成的向量；输入层至隐藏层的权重矩阵k^pv和偏置向量b^pv为随机生成的取值在0～1之间的数，隐藏层中每个单元均含有一个激活函数σ，隐藏层至输出层的权重经过优化生成，模型的输出是时段i光伏发电功率标准差的分位数和的预测值；该模型输入至输出所对应的映射为：

从步骤2-4)得到的正常样本组成的集合中随机抽取75％的样本组成该预测模型的训练集I_pv，形成极限学习机隐藏层至输出层的权重优化模型如下：

其中，α代表分位数，δ_i^pv为训练集中第i个AGC考核时段内的光伏发电功率标准差，和是辅助变量；

求解该优化模型对权重进行优化，得到训练完毕的光伏发电功率标准差的的区间预测模型；

2-7)建立基于极限学习机的风电发电量的区间预测模型：该模型的输入为预测时段i之前M日中每日与i相同AGC考核时段及该相同时段前后各2个相邻的AGC考核时段的风电发电量，输入层至隐藏层的权重矩阵k^w和偏置向量b^w为随机生成的取值在0～1之间的数，隐藏层中每个单元均含有一个激活函数σ，隐藏层至输出层的权重经过优化生成，模型的输出是时段i风电发电功率的分位数和的预测值；该模型输入至输出所对应的映射为：

从步骤2-4)得到的正常样本组成的集合中随机抽取75％的样本作为该预测模型的训练集I_w，来形成极限学习机隐藏层至输出层的权重优化模型如下：

其中，α代表分位数，P_i^w,avg为训练集中第i个AGC考核时段内的风电发电功率均值，和是辅助变量；

求解该优化模型对权重进行优化，得到训练完毕的风电发电量的区间预测模型；2-8)选取未来任一AGC考核时段记为时段F，将F所在日之前M日每日与F相同的AGC考核时段及该相同时段前后各2个AGC考核时段的负荷标准差输入经过步骤2-5)训练完毕的模型得到F时段负荷标准差的区间的预测值

将F所在日之前M日每日与F相同的AGC考核时段及该相同时段前后各2个AGC考核时段的光伏发电功率标准差输入经过步骤2-6)训练完毕的模型得到F时段光伏发电功率标准差的区间的预测值

将F所在日之前M日每日与F相同的AGC考核时段及该相同时段前后各2个AGC考核时段的风电发电功率输入经过步骤2-7)训练完毕的极限学习机模型得到F时段风电发电功率标准差的区间的预测值

2-9)设定F时段折算成传统调频资源后初始调频容量P_r^F′＝20MW；

2-10)对步骤2-4)得到所有正常样本，根据下式计算折算后调频容量P_r^h′属于区间[P_r^F′-ΔP_r′,P_r^F′+ΔP_r′]的样本中调频达标与不达标的概率比γ(P_r^F′)，其中ΔP_r′为调频容量区间的范围量；

2-11)判断γ(P_r^F′)是否大于置信比γ_Limit或者P_r^F′是否等于步骤2-4)得到的正常样本组成的集合中所有样本对应的折算后调频容量的最大值如果两个条件中至少有一个满足，则P_r^F′为F时段储能调频资源折算为传统调频资源后的调频容量需求，然后进入步骤3)；否则，令P_r^F′增加20MW，然后重新返回步骤2-10)；

γ_Limit根据调频表现达标的置信度α计算，表达式如下：

3)根据步骤1)得到的储能调频资源与传统调频资源的替代比，计算F时段将储能调频资源等效替代为传统调频资源后，使得替代后总调频资源容量达到步骤2-9)计算所得P_r^F′的调频资源分配组合方案，即找出所有满足下式的解其中P_s^F为F时段储能调频资源容量，为F时段传统调频资源容量：

4)根据储能调频资源的成本C_s和传统调频资源的成本C_g，从步骤3)得到的所有组合方案中选取使得总成本最低的最优组合方案，该最优组合方案即为步骤2)中选取的F时段的调频容量需求分配方案。