本发明涉及一种为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，尤其涉及一种为电力系统提供旋转备用的电储能设备建模方法，属于电力系统运行和控制技术领域。
背景技术：
随着近年来电储能设备的快速发展，电储能设备在电力系统的运行和辅助新能源并网方面具有巨大潜力。在张家口等地，国家电网公司建设了“国家风光储输示范工程”，用于试验电储能设备在电力系统运行中的作用。目前我国电力系统中新能源的装机容量比例不断提高，新能源发电的随机性和波动性给电力系统发电和负荷用电的实时平衡带来挑战。为保证电力系统的发电和负荷用电平衡，电力系统需要更多的旋转备用来应对新能源发电的功率波动。我国电力系统旋转备用目前主要是由火电发电机组提供，电储能设备相比火电发电机组，具有调节快速灵活的特点。利用电储能设备向电力系统提供旋转备用可以缓解新能源发电的随机性和波动性对电力系统的挑战，提高电力系统接纳新能源并网的能力。储能系统与火电发电机组相比，其不能利用其他一次能源来产生电力。当电储能设备充电时，其对电力系统而言是用电设备；当电储能设备放电时，其对电力系统而言是发电设备。所以，电储能设备提供旋转备用的模型与火电发电机组有较大区别。因此有必要考虑电储能设备的运行特点，建立其向电力系统提供旋转备用的调度模型。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，针对向电力系统提供旋转备用的电储能设备调度建模问题，考虑电储能设备的充电放电不能同时进行的特点，计算电储能设备在充电状态和放电状态下向电力系统提供的旋转备用。本发明提出的为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，包括以下步骤：(1)分别对电力系统电储能设备的充放电功率以及充电过程与放电过程不能同时进行的逻辑关系进行建模，具体过程如下：(1-1)设电储能设备在时刻t的状态为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统调度时间尺度，若电储能设备在时刻t处于充电状态，则若电储能设备在时刻t处于放电状态，则(1-2)设模型中电储能设备在时刻t的充电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的充电功率的范围表述为调度模型如下：(1-3)设模型中电储能设备在时刻t的放电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的放电功率的范围表述为调度模型如下：(1-4)设模型中电储能设备在时刻t的存储能量值为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，则电储能设备的存储能量值与步骤(1-2)中电储能设备充电功率和步骤(1-3)中放电功率的关系表述为模型如下：其中，ηc为电储能设备充电损耗，ηdc为电储能设备放电损耗，电储能设备自放电系数为γ，由电储能设备厂商给出，Δt为两个相邻调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2)对电力系统中电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量进行建模，具体步骤如下：(2-1)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据上述步骤(1)中电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的上旋转备用的范围为：(2-2)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的下旋转备用为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，由人工事前设定，根据上述步骤(1)中的电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的下旋转备用的范围为：(2-3)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据步骤(2-1)中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用和上述步骤(1-4)中所述的电储能设备放电损耗ηdc，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：其中，γ为电储能设备自放电系数，由电储能设备厂商给出，Δt为相邻两个调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2-4)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，则根据步骤(2-2)中所述的电储能设备向电力系统提供的下旋转备用和步骤(1-4)中所述的电储能设备充电损耗ηc，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：(2-5)设电储能设备内部存储能量允许的最小能量值为电储能设备内部存储能量允许的最大能量值为将步骤(1-4)中电储能设备在时刻t时内部存储能量值步骤(2-2)中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量以及步骤(2-3)中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量三者之间的关系表述为调度模型如下：(3)综合上述步骤(1)所述的电储能设备的充电功率、放电功率和充电过程与放电过程不能同时进行的调度模型和步骤(2)所述的电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量调度模型，得到为电力系统提供旋转备用的电储能设备调度模型如下：本发明提出的为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，其优点是：本方法充分考虑了电储能设备为电力系统提供旋转备用时其上、下旋转备用与电储能设备充电功率、放电功率的关系，对电储能设备为电力系统提供旋转备用时的调度模型进行数学建模，为电储能设备未来应用于考虑旋转备用的电力系统调度问题提供模型基础。附图说明图1是本发明提出的为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法的流程框图。具体实施方式本发明提出的为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：(1)分别对电力系统电储能设备的充放电功率以及充电过程与放电过程不能同时进行的逻辑关系进行建模，具体过程如下：(1-1)设电储能设备在时刻t的状态为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统调度时间尺度，若电储能设备在时刻t处于充电状态，则若电储能设备在时刻t处于放电状态，则(1-2)设模型中电储能设备在时刻t的充电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的充电功率的范围表述为调度模型如下：(1-3)设模型中电储能设备在时刻t的放电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的放电功率的范围表述为调度模型如下：(1-4)设模型中电储能设备在时刻t的存储能量值为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，则电储能设备的存储能量值与步骤(1-2)中电储能设备充电功率和步骤(1-3)中放电功率的关系表述为模型如下：其中，ηc为电储能设备充电损耗，ηdc为电储能设备放电损耗，电储能设备自放电系数为γ，由电储能设备厂商给出，Δt为两个相邻调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2)对电力系统中电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量进行建模，具体步骤如下：(2-1)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据上述步骤(1)中电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的上旋转备用的范围为：(2-2)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的下旋转备用为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，由人工事前设定，根据上述步骤(1)中的电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的下旋转备用的范围为：(2-3)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据步骤(2-1)中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用和上述步骤(1-4)中所述的电储能设备放电损耗ηdc，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：其中，γ为电储能设备自放电系数，由电储能设备厂商给出，Δt为相邻两个调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2-4)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，则根据步骤(2-2)中所述的电储能设备向电力系统提供的下旋转备用和步骤(1-4)中所述的电储能设备充电损耗ηc，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：(2-5)设电储能设备内部存储能量允许的最小能量值为电储能设备内部存储能量允许的最大能量值为将步骤(1-4)中电储能设备在时刻t时内部存储能量值步骤(2-2)中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量以及步骤(2-3)中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量三者之间的关系表述为调度模型如下：本步骤中涉及的上旋转备用、下旋转备用等，是指电力系统需要备用容量，这是由于电力工业生产的特点和用户用电的不均衡性所决定的。电能的生产，输送和消费几乎同时进行，电能又不能大量储存，而用户的用电又具有随机性和不均衡性特点，因此，为了保证电力系统安全，可靠，连续地发供电，则必须设置足够的备用容量。在电源安排时，所配置电源的装机容量必须大于最大负荷的要求，两者的差额称为备用容量。备用容量的种类，按其所处的状态划分，又可分为热备用和冷备用。热备用：又称旋转备用，指运转中的机组可发最大功率与当前发电功率的差额，其表现为部分机组空载或欠载运行的容量之和。冷备用：属于等待调用未运转的机组可发容量。上旋转备用即上述热备用，主要用于应对电力系统中供电不足设置，下旋转备用容量为机组当前发电功率与最小可发功率的差额，主要用于应对电力系统中负荷不足而设置。对于电储能设备，上旋转备用容量和下旋转备用容量指储能设备为提供上旋转备用和下旋转备用而预先留出的储能设备装机容量。(3)综合上述步骤(1)所述的电储能设备的充电功率、放电功率和充电过程与放电过程不能同时进行的调度模型和步骤(2)所述的电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量调度模型，得到为电力系统提供旋转备用的电储能设备调度模型如下：