[发明专利]一种发电机与电网储能系统之间的功率分配协调方法

摘要

本发明涉及运行时发电机和储能系统之间的功率分配和协调方法。针对储能系统用于电力系统二次调频的问题，采用滤波器将AGC功率指令在发电机和储能系统之间进行分配。以最小化发电机和储能系统执行调频任务的日均成本为目标，建立调频容量的优化模型。通过优化滤波参数得到总日均成本最低的最优调频容量，为储能系统容量配置提供最优方案。根据运行时发电机和储能系统各自的调频能力对调频任务进行调整。根据储能系统剩余能量对储能系统的调频任务进行调整的策略，可以将储能系统剩余能量维持在合理区间。储能系统参与AGC能够极大的提高整个系统对AGC功率指令的响应能力，降低发电机的爬坡功率。

主权项

1.一种发电机与电网储能系统之间的功率分配协调方法，其特征在于，所述方法包括：(1)AGC功率指令滤波k时刻，采用一阶低通滤波器对AGC功率指令P_AGC(k)进行滤波，得到高频分量和低频分量滤波器参数采用容量优化环节得出最优滤波参数α；(2)功率调整范围计算根据发电机的调频容量及爬坡率限制，以及储能系统的最大输出功率和剩余能量限制，计算k时刻储能系统和发电机的功率调整范围，作为后续调频功率限幅及再分配的基础；(3)调频功率限幅及再分配根据前一环节得到的功率调整范围，对储能系统和发电机的功率指令进行限幅，并计算出功率指令的可调节空间；(4)储能剩余能量管理功率限幅和再分配环节确保了发电机和储能系统有能力执行相应的功率指令；当储能系统剩余能量达到了极限值附近，可根据储能系统剩余能量状态对功率指令再次进行调整；所述环节(1)中，最优滤波参数α由如下步骤确定；(a)调频任务分配，采用滤波器对原始的功率指令进行滤波，发电机执行低频部分的功率指令，储能系统执行高频部分的功率指令；AGC功率指令通过滤波器之后分离出低频分量和高频分量，分别分配给发电机和储能系统；原始的AGC功率指令序列记为P_AGC，分离出的低频分量和高频分量分别记为三者满足式(1‑1)中的关系；采用一阶低通滤波器，k时刻P_AGC之间的频域关系如式(1‑2)，时域关系如式(1‑3)，令α＝T/(T+Δ)，α∈[0,1]，式(1‑3)可表示为式(1‑4)，其中T为滤波器时间常数，Δ为功率采样间隔；(b)调频容量计算，给定滤波参数μ，计算为了完成单日调频任务所需的储能系统功率和能量容量，以及发电机调频容量；在此基础上，针对不同日的调频任务，相应计算出一个容量序列，根据此容量序列确定该μ值下的储能系统和发电机的调频容量；储能系统单日调频功率容量的计算方法如下：假设储能系统的最大充放电功率相等，统计给定的AGC功率指令序列的分布，在此基础上找出一个功率值P使之能比功率序列中比例为p1的功率值大，将该功率值P作为储能系统的功率容量p1的值越大，则储能系统调频能力越强，同时成本也越高；储能系统单日调频能量容量的计算方法如下：根据已得到的功率容量对AGC功率指令序列进行限幅，确保AGC功率指令不超出储能系统的功率输出范围，之后根据限幅后的AGC功率指令序列计算储能系统剩余能量变化量序列REL1，将REL1中的值减去其中的最小值，得到一个新的序列REL2，在此基础上找出一个能量值E使之能比REL2中比例为p2的剩余能量值大，将该能量值E作为储能系统的能量容量E_cap；基于同样的理由，p2的取值同样需视E‑p2曲线而定；最终调频容量的确定方法：根据上述方法，可以依次计算出为完成不同日AGC功率指令所需的一系列容量值；在此基础上找出一个容量值，使之能比容量序列中比例为p3的容量值大，将该容量值作为调频容量；(c)调频经济成本分析，调频的经济成本包括发电机和储能系统两部分成本，给定μ、储能功率容量和能量容量、发电机的调频容量之后，依次计算出完成每天的调频任务所需的经济成本，最终得到日均成本；c‑1，频繁操作带来的成本分析；设定用AGC模式下发电机因爬坡而产生的每MWh能量所需要付出的额外的成本p_freq‑op表示，其单位为$/MWh；发电机在计算时长内因频繁操作带来的成本与其功率变化量呈正相关关系，当发电机运行在恒功率模式下时此部分成本为0，若k时刻发电机的AGC功率指令为P_G,AGC(k)，则此部分单独增加的成本如式(1‑5)中所示，式中abs()为取绝对值函数；式中Δt是表示每个采样点之间的时间差，亦即(k+1)时刻与k时刻之间的时差；运行点改变带来的成本分析：设定发电机因为参与AGC后运行点改变而导致的额外成本为p_op‑change，单位为$/MWh；发电机的额定功率记为功率运行点为任意时刻发电机可接受的最大AGC功率指令为k时刻发电机的AGC功率指令为P_G,AGC(k)，则此部分单独增加的成本为：发电机参与总成本c_G即为上述两个成本的总和；c‑2，储能系统的成本分析；储能系统的放电效率记为η⁺，充电效率记为η，k时刻储能系统的放电功率为充电功率为剩余能量为E(k)，则储能系统的模型为：其中，储能系统的成本来自于以下几个方面：功率成本p_pcs($/MW)和能量成本p_storage($/MWh)；功率成本来源于功率转换装置，能量成本来源于储能单元；式中，是指PCS装置的额定有功功率；τ为PCS使用率，用PCS使用时间除以装置寿命T_life表示，表示将功率成本按照使用时间折算到计算时长内；为储能单元使用率，用放电能量除以能量容量E_cap再除以循环次数N_cycle表示，表示将能量成本按能量使用程度折算到计算时长内；(d)储能容量优化模型，将最小化发电机和储能系统参与AGC的日均成本为优化目标，根据步骤(a)～(c)可以得到如下的储能调频容量优化模型：式(1‑11)中，N为仿真时间持续的天数，c₁(k)、c₂(k)、c_PCS(k)、c_storage(k)分别为k时刻发电机和储能系统的各项成本，c_all(k)则为发电机和储能系统日均的总成本；求解式(1‑11)即可得到最优的滤波参数α。