一种基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法

本发明涉及新能源电网调频储能，具体地，涉及一种基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，风光等波动性、间歇性新能源在电力系统中的渗透率不断提高，系统净负荷波动的高频分量随之增加，而常规机组由于响应速度及爬坡速率有限，并且频繁调节会导致火电机组磨损严重、发电效率低下，难以满足高比例新能源电网调频需求。电化学储能具有响应速率快、调节精度高等优势，并且在调频辅助服务中具有经济性优势，储能系统与常规机组联合参与系统调频，可有效降低火电机组运行损耗与风险，提高系统整体调频效果，促进新能源高效消纳。

2、目前对于电网调频容量需求以及储能辅助参与电网调频方面已开展了相关研究工作。针对电网调频容量需求分析方面，已经做出了许多研究，如根据多维影响电网功率平衡因素提出了自动发电控制调频容量的计算方法；如综合考虑负荷及风电出力预测误差建立了满足置信水平的调频容量需求模型；但上述研究尚未考虑不同新能源渗透率、风电和光伏预测误差之间存在互补性等因素对系统调频需求的影响。

3、随着储能资源逐步进入调频市场，针对储能辅助参与调频也取得了部分研究成果，如提出基于集合经验模态分解的调频储能容量优化配置方法，并基于实测区域控制偏差数据得到了电网储能调频容量需求；如计及调频性能指标提出了一种混合储能辅助常规机组调频策略，以净效益最大为目标得到了系统最优储能配置方案；如提出了混合储能系统配合传统机组参与调频的充放电策略及容量配置方法，验证了该方法的调频性能及经济性均优于常规机组。但目前研究工作在调频信号分解方面存在模态混叠以及滤波系数合理取值困难等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法，从净负荷波动量以及预测偏差量等影响系统功率不平衡分量出发，考虑风光预测误差的互补特性，基于优化奇异普分解及混沌多项式模拟提出了系统调频需求测算方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1、将新能源电网中的新能源出力和负荷叠加的净负荷作为多分量非平稳信号，将多分量非平稳信号基于奇异谱分析方法改进的多次叠加奇异谱分解得到不同尺度的净负荷波动量分量；

4、步骤2、根据步骤1中的净负荷波动分量结合据净负荷预测偏差分量求取新能源电网的调频容量需求；

5、步骤3、根据步骤1中的净负荷波动分量求得新能源电网的调频速率需求；

6、步骤4、分别将步骤2中新能源电网的调频容量需求和步骤3中新能源电网的调频速率需求作为xgboost模型的输入，获取储能调频功率需求和储能调频能量需求；

7、步骤5、根据储能调频功率需求和储能调频能量需求共同配置混合储能系统方案。

8、进一步地，步骤1包括如下子步骤：

9、步骤1.1、将新能源电网中的新能源出力pne和负荷pload叠加的净负荷pload-pne作为多分量非平稳信号x(t)，根据非平稳信号的频谱特性以及设定的待分解的数目m，在频域上按照非平稳信号的频谱分布，将各非平稳信号划分成m个子频带bdi，分别将所述非平稳信号在各频带内的峰值记为pki，i为1～m的整数；

10、步骤1.2、设置奇异谱分析方法的窗长l，根据窗长，将多分量非平稳信号x(t)分解成l路子信号，根据子信号的贡献率，保留总贡献率≥95％的前q个子信号，并根据子信号的贡献率重构出相应的时域信号xi(t)；

11、步骤1.3、计算时域信号xi(t)在各子频带bdi上的峰值pxi，对于每一个子频带bdi，若pxi/pki≥1％，则认为在所述子频带上存在峰值，若pxi/pki≥1％的情况只出现一次，即xi(t)只包含单分量信号，将单分量信号记为xsi(t)；否则，将xi(t)按照步骤1.1-1.2的过程进行处理；

12、步骤1.4、根据划分的子频带bdi，将分离出的单分量信号xsi(t)进行组合，得到净负荷波动量分量(pload-pne)i。

13、进一步地，所述待分解的数目m由高频、中高频、中频和低频4类组成。

14、进一步地，步骤2包括如下子步骤：

15、步骤201、计算净负荷波动量分量(pload-pne)i中的中高频分量(pload-pne)2在每个时段内最大波动幅值和最小波动幅值，得到所述时段负荷波动和新能源波动导致的调频容量需求

16、

17、其中，t为时段总数量，t为每个时段内的时间点；

18、步骤202、收集新能源电网的历史负载预测偏差和历史新能源出力预测偏差，对新能源电网的历史负载预测偏差和历史新能源出力预测偏差，结合混沌多项式方法得到置信水平1-α下负荷预测偏差和新能源出力预测偏差导致的调频容量需求

19、

20、δpload＝[-zα/2σ1,zα/2σ1],δpne＝[-zα/2σto,zα/2σto]

21、其中，δpload为负荷预测偏差导致的调频容量需求，δpne为新能源出力预测偏差导致的调频容量需求，zα/2为标准正态分布α/2概率处的分位点，σ1为历史负荷预测偏差的标准差，[-zα/2σ1,zα/2σ1]表示取-zα/2σ1和zα/2σ1的最小公倍数，σto为历史新能源出力预测偏差的标准差，σw为历史风电预测偏差的标准差，σpv为历史光伏预测偏差的标准差，ρ为历史风电预测偏差和历史光伏预测偏差之间的相关系数，[-zα/2σto,zα/2σto]表示取-zα/2σto和zα/2σto的最小公倍数；

22、步骤203、将负荷波动和新能源波动导致的调频容量需求与负荷预测偏差和新能源出力预测偏差导致的调频容量需求进行叠加，得到新能源电网的调频容量需求。

23、进一步地，步骤3的具体过程为：统计净负荷波动量分量(pload-pne)i中的高频分量(pload-pne)1中每个时段内调频里程变化的最大值，得到新能源电网的调频速率需求vreg：

24、

25、进一步地，步骤4包括如下子步骤：

26、步骤401、将步骤2中新能源电网的调频容量需求或步骤3中新能源电网的调频速率需求作为xgboost模型的输入，输出调频信号r；

27、步骤402、根据输出的调频信号r确定分解尺度k，将|r|均匀分为15个区间，各区间长度计算调频信号r的概率密度分布函数fpdf(r)：

28、

29、其中，kn为在第n个区间内的r数量，a为区间索引，ka为在第a个区间内的r数量；

30、步骤403、对概率密度分布函数fpdf(r)积分，得到调频信号r的累计概率分布函数fcdf(r)：

31、

32、其中，j为变量符号，kj为在第j个区间内的r数量；

33、步骤404、求解累计概率分布函数fcdf(r)的反函数，设置储能满足调频信号的期望概率β＝0.98，得到储能调频功率需求或储能调频能量需求

34、

35、其中，为累计概率分布的反函数。

36、进一步地，步骤401的具体过程为：将步骤2中新能源电网的调频容量需求或步骤3中新能源电网的调频速率需求划分为训练集和测试集，将训练集划分为5等份，利用其中任意4份作为xgboost模型的输入，对xgboost模型进行训练，将未训练部分和测试集作为训练好的xgboost模型的输入，将5组输出结果的均值作为调频信号。

37、进一步地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法。

38、进一步地，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现所述的基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

40、1、本发明基于奇异谱分析的新能源电网调频储能需求配置方法从净负荷波动量、预测偏差量等系统功率不平衡量的影响因素出发，考虑风光预测误差的互补特性，基于奇异谱分析方法改进的多次叠加奇异谱分解及混沌多项式方法提出了系统调频需求测算方法，该方法能够克服模态混叠，并且计算效率较高；

41、2、在计算不同时间尺度的调频储能需求过程中，所构建的xgboost模型适用性强，可较好地为储能调频容量配置提供参考。