技术领域：
本发明涉及火电机组自适应控制方法，具体涉及一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法。
背景技术：
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随着风力、光伏等新能源发电大规模并网，其快速波动性对电网频率调节的速度提出了更高的要求。华北电网电源结构单一，以大型火电机组为主，火电电源占比较高，抽水蓄能等灵活调节电源比重很低ace调频电源几乎全部为火电机组，优质调频电源稀缺。由于火电机组ace调节能力较弱，在调频时由于受爬坡率限制，反应较慢且成本较高，响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪调度agc指令；同时，由于一次调频死区等非线性环节的存在，传统的agc线性模型控制方式不能实现良好的动态调节性能，因此华北电网整体ace调频能力有限。引入更加优质的调频资源，来解决可再生能源大规模并网背景下电网频率质量稳定问题，已经成为当前研究的热点。
近年来，以电化学电池为代表的储能技术迅速发展，其在电力系统中的规模化应用正在快速增加。储能电池系统具有精确跟踪、快速响应等特点，能够在1分钟甚至更短的时间内响应系统需求，适合配合常规火电机组参与到电网的调频之中。目前对于辅助服务的考核主要依据《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》两个细则，而kp值是主要的考核指标，kp值是调节速率k1、调节精度k2、响应时间k3的综合体现。
技术实现要素：
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本发明所要解决的是现有火电机组调节速度慢、难以满足《两个细则》考核指标，且机组频繁执行调频任务导致磨损严重的缺陷，进而提供一种辅助火电机组调频的储能电池容量配置方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法，以调节速率、调节精度、响应时间为目标，根据电网agc指令，以固定步长逐渐增加储能的容量；计算出不同储能容量下系统的调节速率、调节精度、响应时间的值；得到调节速率最大值对应的储能系统容量qbess1、调节精度最大值对应的储能系统容量qbess2、响应时间最大值对应的储能系统容量qbess3；最后，考虑储能辅助火电机组调频的经济性，储能系统最优配置容量qbess取qbess1、qbess2、qbess3之间的最大值。
上述方法具体包括如下过程：
步骤1：设定储能系统容量初始值erate0，储能系统容量限值e“rate，储能步长l，m初始值为0；
步骤2：根据t时刻agg指令，计算储能系统出力p(t)；
步骤3：erate(m)＝erate0+m*l，根据机组调节出力，分别计算该储能容量erate(m)下考核指标k1m、k2m、k3m值，所述指标k1m为调节速率指标，所述指标k2m为调节精度指标，所述指标k3m为响应时间指标；
步骤4：下一容量值选择循环m＝m+1；
步骤5：判断是否满足erate(m+1)＝erate(m)+l>e“rate，如果满足，转步骤6，否则返回步骤2；
步骤6：k1max＝max{k1m}，k2max＝max{k2m}，k3max＝max{k3m}，k1max、k2max、k3max对应的储能系统容量分别为qbess1、qbess2、qbess3，
步骤7：考虑储能辅助火电机组调频的经济性，储能系统最优配置容量qbess取三者之间的最大值。即：
qbess＝max{qbess1，qbess2，qbess3}
作为优选方案之一，所述步骤3还包括如下过程：
步骤301：某一时刻储能系统socm(t)的表达式为：
充电状态:
放电状态:
其中，socm(t)为t时段结束时额定容量为erate(m)的储能电池的剩余电量；socm(t-1)为t-1时段结束时额定容量为erate(m)的储能电池的剩余电量；ηm、c、ηm、d分别是额定容量为erate(m)储能电池的充电效率、放电效率；erate(m)为储能电池的额定容量；
步骤302：电池储能单元运行过程中socm(t)的取值应满足：
socm、min<＝socm(t)<＝socm、max，
其中，socm、max和socm、min分别是额定容量为erate(m)储能系统的允许荷电状态上限和下限；储能系统充放电过程中，若按理论出力后t+δt时刻socm(t+δt)<socm、min，则t～t+δt时间内储能单元的放电电量为δestore(m)＝erate(m)*[socm(t)-socm、min]*ηm、d，若按理论出力后t+δt时刻：socm(t+δt)>socm、max，则t～t+δt时间内储能单元的充电电量为δestore(m)＝erate(m)*[socm、max-socm(t)]/ηm、c；
步骤303：分别设定socm、1和socm、2分别是额定容量为erate(m)储能电池soc的超限下限阈值、上限阀值，其中：
0<socm、min<socm、1<socm、2<socm、max<1
额定容量为erate(m)储能系统处于[socm、1，socm、2]区间内为最优运行状态，当处于[socm、min，socm、1]或[socm、2，socm、max]区间内为超限预警状态，储能系统将处于自恢复状态，降功率运行，直至恢复最优运行区间。
作为优选方案之二，所述储能系统额定功率的配置方法包括如下过程：
步骤201：在设定周期内，计算某一时刻储能系统出力为p(t)＝pa(t)-pg(t)；
步骤202：计算储能系统的充放电功率：
pm、c(t)＝max[-pm、max,pa(t)-pg(t)]
pm、d(t)＝min[pm、max，pa(t)-pg(t)]
步骤203：计算储能单元的额定功率prate(m)：
prate(m)＝max{pm、d(t)/ηm、d，pm、c(t)*ηm、c}
步骤204：判断计算区间的起始时刻和结束时刻是否满足约束：
|pa(t1)-pg(t1)|≥pd1
|pa(t2)-pg(t2)|≤pd2
步骤205：判断实际出力和设点出力之间的差值始终小于一定阈值，储能充放电功率约束表示为：
其中，pa(t)是t时刻agc的指令值；pg(t)是t时刻机组的出力值；ηm、d是额定容量为erate(m)的储能系统放电效率，ηm、c是额定容量为erate(m)储能系统充电效率，pd1为判断有效区间开始的阈值，pd2为判断有效区间结束的阈值；t1为判断有效区间的开始时刻；t2为判断有效区间的结束时刻，const表示常数；pd3为判断有效区间的阈值；pm、max是额定容量为erate(m)的储能系统的极限充、放电功率。
作为进一步优选方案之一，使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述调节速率指标k1m测得的方法为：
k1m＝2-vn/v
其中，psi和pei分别为第i次调节过程开始和结束时刻的机组出力，tsi和tei分别为第i次调节过程的开始和结束时刻；vi为第i次调节的速率，vi大于零时为机组升负荷调节，vi小于零时为机组降负荷调节，v为n次调节的平均速率，vn为机组标准调节速率，与机组类型有关。
作为进一步优选方案之二，使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述调节精度指标k2m测得的方法为：
其中，pi(t)为机组平稳运行阶段的出力；pj为稳定区间内agc的指令值；tsi和tei分别为稳定区间的开始和结束时刻；pn为机组的额定功率。
作为进一步优选方案之三，使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述响应时间指标k3m测得的方法为：
响应时间是指机组能量管理系统发出指令后，机组出力在原出力点的基础上，跨出与“调节方向一致”的调节死区所用的时间，其中，δt为响应时间的平均值；tn为响应时间基准值。
本发明解决了储能辅助火电机组调频中的参数优化配置问题，既满足了电网的需求，同时最大程度地降低储能接入的投资成本。
附图说明：
图1为本发明中储能系统容量配置流程图。
具体实施方式：
实施例：
如附图1所示，一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法，包括如下过程：
步骤1：设定储能系统容量初始值erate0，储能系统容量限值e“rate，储能步长l，m初始值为0；
步骤2：根据t时刻agg指令，计算储能系统出力p(t)；
步骤3：erate(m)＝erate0+m*l，根据机组调节出力，分别计算该储能容量erate(m)下考核指标k1m、k2m、k3m值，所述指标k1m为调节速率指标，所述指标k2m为调节精度指标，所述指标k3m为响应时间指标；
步骤4：下一容量值选择循环m＝m+1；
步骤5：判断是否满足erate(m+1)＝erate(m)+l>e“rate，如果满足，转步骤5，否则返回步骤1；
步骤6：k1max＝max{k1m}，k2max＝max{k2m}，k3max＝max{k3m}，k1max、k2max、k3max对应的储能系统容量分别为qbess1、qbess2、qbess3，
步骤7：考虑储能辅助火电机组调频的经济性，储能系统最优配置容量qbess取三者之间的最大值。即：
qbess＝max{qbess1，qbess2，qbess3}
所述步骤3还包括如下过程：
步骤301：某一时刻储能系统socm(t)的表达式为：
充电状态:
放电状态：
其中，socm(t)为t时段结束时额定容量为erate(m)的储能电池的剩余电量；socm(t-1)为t-1时段结束时额定容量为erate(m)的储能电池的剩余电量；ηm、c、ηm、d分别是额定容量为erate(m)储能电池的充电效率、放电效率；erate(m)为储能电池的额定容量；
步骤302：电池储能单元运行过程中socm(t)的取值应满足：
socm、min<＝socm(t)<＝socm、max，
其中，socm、max和socm、min分别是额定容量为erate(m)储能系统的允许荷电状态上限和下限；储能系统充放电过程中，若按理论出力后t+δt时刻socm(t+δt)<socm、min，则t～t+δt时间内储能单元的放电电量为δestore(m)＝erate(m)*[socm(t)-socm、min]*ηm、d，若按理论出力后t+δt时刻：socm(t+δt)>socm、max，则t～t+δt时间内储能单元的充电电量为δestore(m)＝erate(m)*[socm、max-socm(t)]/ηm、c；
步骤303：分别设定socm、1和socm、2分别是额定容量为erate(m)储能电池soc的超限下限阈值、上限阀值，其中：
0<socm、min<socm、1<socm、2<socm、max<1
额定容量为erate(m)储能系统处于[socm、1，socm、2]区间内为最优运行状态，当处于[socm、min，socm、1]或[socm、2，socm、max]区间内为超限预警状态，储能系统将处于自恢复状态，降功率运行，直至恢复最优运行区间。
所述储能系统额定功率的配置方法包括如下过程：
步骤201：在设定周期内，计算某一时刻储能系统出力为p(t)＝pa(t)-pg(t)；
步骤202：计算储能系统的充放电功率：
pm、c(t)＝max[-pm、max,pa(t)-pg(t)]
pm、d(t)＝min[pm、max，pa(t)-pg(t)]
步骤203：计算储能单元的额定功率prate(m)：
prate(m)＝max{pm、d(t)/ηm、d，pm、c(t)*ηm、c}
步骤204：判断计算区间的起始时刻和结束时刻是否满足约束：
|pa(t1)-pg(t1)|≥pd1
|pa(t2)-pg(t2)|≤pd2
步骤205：判断实际出力和设点出力之间的差值始终小于一定阈值，储能充放电功率约束表示为：
其中，pa(t)是t时刻agc的指令值；pg(t)是t时刻机组的出力值；ηm、d是额定容量为erate(m)的储能系统放电效率，ηm、c是额定容量为erate(m)储能系统充电效率，pd1为判断有效区间开始的阈值，pd2为判断有效区间结束的阈值；t1为判断有效区间的开始时刻；t2为判断有效区间的结束时刻，const表示常数；pd3为判断有效区间的阈值；pm、max是额定容量为erate(m)的储能系统的极限充、放电功率。
使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述调节速率指标k1m测得的方法为：
k1m＝2-vn/v
其中，psi和pei分别为第i次调节过程开始和结束时刻的机组出力，tsi和tei分别为第i次调节过程的开始和结束时刻；vi为第i次调节的速率，vi大于零时为机组升负荷调节，vi小于零时为机组降负荷调节，v为n次调节的平均速率，vn为机组标准调节速率，与机组类型有关。
使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述调节精度指标k2m测得的方法为：
其中，pi(t)为机组平稳运行阶段的出力；pj为稳定区间内agc的指令值；tsi和tei分别为稳定区间的开始和结束时刻；pn为机组的额定功率。
使用额定容量为erate(m)的储能系统后，上述响应时间指标k3m测得的方法为：
响应时间是指机组能量管理系统发出指令后，机组出力在原出力点的基础上，跨出与“调节方向一致”的调节死区所用的时间，其中，δt为响应时间的平均值；tn为响应时间基准值。