[发明专利]利用储能正外部性削减多风电场弃风的风-储系统协调控制策略

摘要

本发明是一种利用储能正外部性削减多风电场弃风的风‑储系统协调控制策略，其特点是，包括：确立多风电场联合外送环境下风电场输电限额的分配原则、储能系统的外部性原理分析、利用储能正外部性削减多风电场弃风的风‑储系统协调控制策略分析等内容，在本控制策略下，充分利用了储能的可用功率和容量产生的正外部性，在保证本地风电场弃风缓解的同时尽可能地减少了其他风电场的弃风，提高了储能利用率，优化了储能缓解弃风的效果，具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。

主权项

1.一种利用储能系统的正外部性削减多风电场弃风的风‑储系统协调控制策略，其特征是，它包括以下内容：1)多风电场联合外送环境下风电场输电功率限额的分配原则风电场1、2、……、n构成了一座风电场群，风电场群中的风电场k，k＝1、2、……、n，是唯一装有储能系统的风电场；风电场群通过一条外送输电通道向电网送出风电功率和能量，各风电场的输电功率限额之和等于总线路输电功率限额∑P_lim，由式(1)求得：∑P_lim＝P_lim1+P_lim2+…+P_limn                 (1)在t时刻，若总线路输电功率限额∑P_lim高于风电场群功率输出瞬时值∑P'(t)，则风电功率将不会受到限制，风电场群总输出功率将等于风电场群功率输出瞬时值∑P'(t)；在t时刻，若总线路输电功率限额∑P_lim低于风电场群功率输出瞬时值∑P'(t)，则会产生弃风；为了合理地安排风电场群的每座风电场的弃风功率，风电场群的每座风电场获得的输电功率限额P_lim1、……、P_limn将根据各座风电场的装机容量大小来进行分配，分配原则如式(2)：其中，i＝1…n；P_Gi为第i座风电场的装机容量，∑P_Gi则代表整个风电场群的装机容量；P_limi代表第i座风电场的输电功率限额，∑P_lim则代表总线路输电功率限额；经过输电功率限额的分配，如果风电场i的功率输出瞬时值P_i(t)低于风电场i的输电功率限额P_limi，则风电场i的输出功率将等于P_i(t)；如果风电场i的功率输出瞬时值P_i(t)高于风电场i的输电功率限额P_limi，则风电场i的输出功率等于P_limi；按式(2)分配原则，输电功率限额得到了一定程度上的公平分配，按照对应风电场的装机容量确定输电功率限额不会使某个风电场的输电功率限额过于严苛或过于宽松，相当于对输电功率限额按照装机容量进行了加权平均；另外，由于装机容量是事先已知的，故这样的分配相对来讲更为容易实现；2)储能系统的外部性所谓储能系统的外部性是指，储能系统可以对风电场群中其他未配置储能系统的风电场的输出功率、输出电量、输出功率波动特性等多种参数产生间接影响的储能特性；而储能系统的正外部性即是指，储能系统可以对风电场群中其他未配置储能系统的风电场的输出功率、输出电量、输出功率波动特性等多种参数产生有益的间接影响的储能特性，如果风电场群输出功率受到了限制，而且配置了储能系统的风电场又在完成了本地弃风削减任务的基础上存在剩余功率或容量，那么储能系统就有可能发挥外部性，储能系统正外部性的实现是通过降低本地风电场的输出功率来间接提高其他风电场的输电功率限额，从而使其他风电场能够提高输出功率，实现风电输出电量的增加；储能系统在充放电的过程中不仅要检测本地风电场的弃风功率，还要同时检测临近的其他风电场弃风功率大小；也就是说，在受到额定充放电功率约束的同时，储能系统要根据区域内多个风电场的弃风情况来确定具体的充放电功率；因此，t时刻的储能功率P_ESS(t)分为两个部分：t时刻用于减少本地风电场弃风的储能功率和t时刻用于发挥储能系统外部性的储能功率和满足式(3)关系：t时刻用于减少本地风电场弃风的储能功率和t时刻用于发挥储能系统外部性的储能功率的具体大小将根据各个风电场的弃风情况以及具体的控制策略而确定；作为t时刻的储能功率P_ESS(t)的组成部分，吸收了本地风电场输出功率的一部分，但这部分功率不属于弃风功率，减小了t时刻本地风电场的输出功率，因而使t时刻下其他风电场的输电功率限额提高了关系满足式(4)：其中，ΔP_limi是风电场i输电功率限额的增加量；换言之，根据储能系统的外部性原则，储能系统可以通过控制储能充放电功率来间接改变其他风电场的输电功率限额，从而改变其他风电场的输出功率，实现储能系统干预其他风电场的功率输出；3)利用储能系统的正外部性削减多风电场弃风的风‑储系统协调控制策略分析在利用储能系统的正外部性削减多风电场弃风的风‑储系统协调控制策略下储能系统的充放电策略为式(5)：其中P_ESS(t)为t时刻的储能功率，P_ESS(t)为正表示储能系统充电，P_ESS(t)为负表示储能系统放电；P_rate表示储能系统的额定功率；∑P(t)为t时刻风电场群的总输出功率；∑P_lim为总线路输电功率限额；W_ESS(t)为t时刻储能系统中的电能量；W_rate为储能系统的额定容量；式(5)表明在受到额定功率限制的前提下，储能功率大小取决于风电场群的总体输出；当多个风电场存在弃风的时候，储能功率将超过本风电场的弃风功率，从而对其他风电场体现正外部性；t时刻风电场群的总输出功率∑P(t)在数值上等于t时刻各个风电场输出功率之和，如式(6)：式(6)中的P_i(t)表示第i座风电场的输出功率，i＝1、2、……、n；t时刻储能系统中的电能量W_ESS(t)表示为式(7)：配置储能系统的风电场k的t时刻的弃风功率P_cur k(t)表示为式(8)：同理，风电场群t时刻的弃风功率P_∑cur(t)表示为式(9)：储能系统充放电过程中t时刻用于减少本地风电场弃风的储能功率表示为式(10)：t时刻用于发挥储能系统正外部性的储能功率表示为式(11)：相应的，到t时刻为止储能系统用于正外部性的累计容量为式(12)：根据储能系统的正外部性原则，由于储能系统存储了超过本地弃风功率的风电功率，本地风电场的输出功率便降低到了输电功率限额以下，其他未配置储能系统的风电场的输电功率限额因此而能够得到提高，在储能系统正外部性的作用下这些未配置储能系统的风电场具备了增加功率输出的能力；t时刻风电场i对应增加的风电功率值为ΔP_i(t)，其具体取值可以由调度人员安排确定；全部n‑1个未配置储能系统的风电场发电功率增加量总和为其值等于风电场群增加的总功率输出，表示为式(13)：和是不相等的，由于风电场之间的汇聚效应使得一部分风电功率互补抵消，在时刻t上满足无储能系统风电场的总功率输出增加以后表示为式(14)：到t时刻为止，无储能系统风电场增加的总输出电量表示为式(15)：。