[发明专利]一种基于储能系统参与含大规模海上风电的调频优化运行方法

权利要求书

1.一种基于储能系统参与含大规模海上风电的调频优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，选定某沿海地区已配建储能系统的海上风电场，获取海上风电预测出力值和储能系统相关参数，输入储能系统参与含大规模海上风电的调频优化运行的原始参数；

步骤2，根据PJM市场历史电价数据，应用场景法生成典型电价场景，计算各场景下相同时段下的平均电价作为该时段的电价；

步骤2所述的场景法，具体表述为：

采用自回归-滑动平均模型进行场景生成，模型具体如下表示：

式中，p与q分别为该模型的阶数，与θ_j分别为模型的待定系数，x_t代表一个时间序列，a_t表示误差，即白噪声序列的滑动平均；

采用后向缩减法进行场景缩减，具体过程如下：

1)将生成的场景进行编号，并产生保留集A＝{S₀,…,S_i,…S_n}，置弃用集B＝B₀为空集，令k＝0；

2)判定第k次迭代中需剔除掉的场景α_k，并将剔除掉的场景α_k移至弃用集J；修改与被剔除的场景α_k距离最近的场景S_m的概率为：

P(S'_m)＝P(S_m)+P(α_k)

式中，P(S'_m)为场景S_m改变后的概率；

3)重复过程2)，并不断进行迭代获取最终所需场景数为止；

步骤3，建立各收益模型，包括海上风电和储能系统在能量市场的收益模型、储能系统调频收益模型、环境效益模型以及储能系统损耗成本模型；

步骤3所述的各收益模型，具体表述为：

海上风电和储能系统在能量市场的收益：

F₁＝f₁₁-f₁₂

海上风电和储能系统参与能量市场交易获得的收益：

f₁₁＝ρ_tP_wc,tΔt

P_wc,t＝P_w,t+P_dis,t-P_ch,t

因海上风电出力不确定性、海上风电输出功率限制以及储能系统参与调频等所导致的风储出力偏差惩罚成本：

式中，ρ_t为t时段能量市场的电价；P_wc,t为海上风电与储能系统在能量市场t时刻总出力值；P_w,t为海上风电场在t时刻的实际出力；P_wp,t为海上风电场在t时刻的计划出力；P_ch,t、P_dis,t为储能系统在时刻t的充电功率和放电功率；α₁、α₂分别为风储联合系统出力过剩与出力不足时的惩罚系数；

储能系统调频收益包括容量补偿和里程补偿：

F₂＝f₂₁+f₂₂

容量补偿：

式中，n为储能系统参与电力辅助服务的每日总交易时段数；M₁为储能系统的投运率；P_fm,t为储能系统在t时段参与调频时上报的功率；P_r,t为储能系统在t时段参与调频时的容量补偿标准；

里程补偿：

调频里程数：

式中，M₂为调节系数；K_t为储能系统在t时段的综合性能指标；D_t为储能系统在t时段的调频里程数；Q_d,t为储能系统在t时段的调频里程补偿标准；β为0、1变量；P_c,t为储能充电或放电功率值；

环境效益：

式中，Q_N为国内标准煤燃烧一吨可产生的电量；W_dis,t为储能系统在t时刻参与电力辅助调频的放电电量；λ_i为第i种污染气体的单位环境价值；m_cf(·)为常规火电燃煤调频机组燃烧一吨煤产生的污染气体排放量；

储能系统损耗成本：

储能系统的全寿命周期的初期建设成本：

C＝C_PP_N+C_eE_N

储能系统在Δt时段内的放电电量：

E_Δt＝(P_dis,t+P_fm,t-P_ch,t)Δt

式中，C_P、C_e为储能系统的单位功率和单位容量成本；P_N、E_N分别为储能系统的额定功率和额定容量；a、b为储能成本损耗计算系数；

步骤4，构建储能系统参与含大规模海上风电的调频辅助服务以海上风电和储能系统联合运行收益最大为目标函数的优化运行模型；

步骤5，建立模型约束条件，包括储能系统充放电状态约束、充放电功率约束、容量约束，储能系统参与调频辅助服务功率约束以及海上风电联合储能系统参与能量市场的总功率约束；

步骤6，建立海上风电出力模糊机会约束；

步骤7，依据步骤3、4、5、6建立的优化运行模型，采用海上风电和储能系统参与能量市场和调频辅助服务的方法进行优化运行，基于MATLAB优化工具箱对模型进行求解；

步骤8，输出不同场景下海上风电出力值和海上风电联合储能系统的出力值。