一种基于LSTM的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法与流程

本发明涉及一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，属于电化学储能电站。

背景技术：

1、电力在电网传输过程中会产生损耗，其中变压器作为电力传输结构中的重要一环，在电力系统中具有数量大、应用范围广的特点，所产生的损耗不可忽略，为节能降耗提升效率，电力行业长期以来关注变压器损耗指标。通过研究分析已知，变压器产生的损耗由铜损和铁损组成，当铜损等于铁损时，其运行损耗最低，此时的变压器负荷率被称为经济负荷率。由于变压器负荷具有随机性，因此变压器负荷率无法保持在经济负荷率，为降低变压器损耗，目前主要在变电站早期规划设计时，通过当地负荷情况规划设计合适并满足实际需求的变压器参数，使变压器的运行损耗最低，在此基础上认为变压器投运后运行产生的损耗为固有损耗。

2、储能设备具有快速双向调节输出功率的特点，随着电化学储能的快速发展，其储电能力和良好的充放电特性使其在电力系统中得到了广泛的应用。随着电网侧储能的投入应用，可通过调节电网侧储能设备的输出正反相功率(出力)，调节变压器负荷，因此可以研究结合电网侧储能设备调节变压器负荷实现变压器降损的目标。本发明将提供一种基于lstm(长短期记忆网络long short-term memory)的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，通过该方法预测的变压器负荷和变压器经济负荷率计算电网侧储能的输出功率，再通过调节电网侧储能的输出功率，使变压器负荷率保持接近经济负荷率，从而降低变压器损耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，通过预测的变压器负荷调节电网侧储能输出功率，使变压器负载率接近变压器经济负载率，从而降低变压器损耗。

2、本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，包括以下步骤：

4、步骤一：通过电网运行系统读取电网侧储能并网母线供电变压器和电网侧储能设备的固定参数，包括：变压器绕组类型type、高压端额定电压u1n、中压侧额定电压u2n、低压侧额定电压u3n、高压端额定容量s1n、额定空载损耗p0、高低绕组额定负载损耗k_pk、高中绕组额定负载损耗i_pk、中低绕组额定负载损耗j_pk、储能设备储电容量的上限eees.max和储能设备储电容量的下限eees.min，储能设备输出功率的上限pess.max和储能设备输出功率的下限pess.min、储能电站svg设备输出无功功率的上限qsvgmax和储能电站svg设备输出无功功率的下限qsvgmin；

5、步骤二：获取电网运行系统实时运行数据，包括：电网侧储能并网母线供电变压器的高压端有功功率p1(t)、高压端无功功率q1(t)、变压器高压侧线电压u1(t)、变压器中压侧线电压u2(t)、变压器低压侧线电压u3(t)、储能设备输出功率pess(t)、储能电站svg设备输出无功功率qsvg(t)；

6、步骤三：根据变压器绕组类型，计算变压器经济负荷率；

7、步骤四：通过lstm模型训练得到变压器有功功率和无功功率lstm模型，预测下一时刻的变压器高压端有功功率和无功功率；

8、变压器有功功率lstm模型为：将t-n+1至t时刻的变压器高压端有功功率作为变压器有功功率lstm模型的输入序列x1t，t+1时刻的变压器高压端有功功率作为模型的输出y1t；

9、变压器无功功率lstm模型为：将t-n+1至t时刻的变压器高压端无功功率作为变压器无功功率lstm模型的输入序列x2t，t+1时刻的变压器高压端无功功率作为模型的输出y2t；

10、即：

11、x1t＝[p1(t-n+1),p1(t-n+2),...,p1(t)]

12、y1t＝p1(t+1)

13、x2t＝[q1(t-n+1),q1(t-n+2),...,q1(t)]

14、y2t＝q1(t+1)

15、其中，n为根据数据数量和数据时间间隔设置的常数，p1(t-n+1)、p1(t-n+2)、p1(t+1)分别为t-n+1、t-n+2、t+1时刻的变压器高压端有功功率，q1(t-n+1)、q1(t-n+2)、q1(t+1)分别为t-n+1、t-n+2、t+1时刻的变压器高压端无功功率；

16、步骤五：定时计算预测误差，对变压器有功功率lstm模型进行修正；

17、定时计算预测误差方法为，定时采用相对均方误差ermse和平均相对误差emape对有功功率预测误差进行验证，其中:

18、

19、

20、其中：y1i为实际有功功率，为预测有功功率，n为预测点个数；

21、所述lstm模型修正方法为：收集时间范围更广的变压器历史有功功率数据，对lstm模型进行进一步训练来修正lstm模型；

22、步骤六：计算下一时刻变压器负荷率；

23、步骤七：根据变压器经济负荷率和下一时刻变压器负荷率，计算下一时刻的储能设备输出功率；

24、步骤八：考虑储能设备的最大输出功率限制和储能设备soc限制，修正储能设备输出功率。

25、本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

26、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤三计算变压器经济负荷率的方法为：

27、若变压器为双绕组变压器，即变压器绕组类型type＝2，则变压器经济负荷率β0计算如下：

28、

29、

30、其中，u*为一次绕组电压标幺值；

31、若变压器为三绕组变压器，即变压器绕组类型type＝3，则变压器经济负荷率β0计算如下：

32、

33、

34、

35、

36、

37、其中，pk1、pk2、pk3为归算到一次侧的变压器各侧绕组负载损耗，pk(t)为t时刻的三绕组变压器等效负载损耗，c2、c3分别为二、三次绕组的负荷分配系数，s1(t)、s2(t)、s3(t)分别为变压器三侧负载功率，d2、d3分别为二、三次绕组的运行电压系数；

38、

39、

40、其中，pk取[t-h,t]时间范围内pk(t)的算术平均值，h取为29，u*为一次绕组电压标幺值。

41、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤三计算变压器经济负荷率β0时，变压器高压侧线电压u1(t)采用当前t时刻变压器高压侧线电压。

42、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤三计算变压器经济负荷率β0时，变压器高压侧线电压u1(t)采用[t-x,t]时段高压侧线电压的算术平均值，其中x取为29。

43、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤六，计算t+1时刻变压器负荷率β(t+1)，公式如下：

44、

45、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤七，计算下一时刻储能设备输出功率pess(t+1)，计算步骤及公式如下：

46、取经济负荷率区间半径为α，得到变压器经济负荷率区间[β0-α，β0+α]，当变压器实际负荷率在变压器经济负荷率区间内时，储能设备输出功率保持；当变压器实际负荷率低于变压器经济负荷率区间下限时，储能设备输出功率以使变压器负荷率升高到变压器经济负荷率下限为目标；当变压器实际负荷率高于变压器经济负荷率区间上限时，储能设备输出功率以使变压器负荷率降低到变压器经济负荷率上限为目标，即：

47、

48、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤七中，经济负荷率区间半径α取为1％。

49、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，其中步骤八，对储能设备输出功率修正，约束公式如下：

50、eees(t+1)＝eees(t)-pees(t+1)

51、eees.min≤eees(t+1)≤eees.max

52、pess.min≤pess(t+1)≤pess.max

53、其中，eees(t)为t时刻的储能设备储电容量，eees(t+1)为t+1时刻的储能设备储电容量，eees.max、eees.min分别为储能设备储电容量的上限和下限，pess(t+1)为t+1时刻的储能设备输出功率，pess.max、pess.min分别为储能设备输出功率的上限和下限。

54、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，还包括：提高变压器功率因素进一步提高变压器运行效率降低损耗，使变压器功率因素大于等于a，t+1时刻的变压器功率因素的计算公式如下：

55、

56、当时，储能电站svg设备输出无功功率保持不变；当时，则根据变压器功率因素目标计算t+1时刻的储能电站svg设备输出无功功率增量δq(t+1)，并考虑电网侧储能电站svg设备输出无功功率阈值限制对δq(t+1)进行修正，公式如下：

57、

58、qsvgmin≤qsvg(t)+δq(t+1)≤qsvgmax

59、其中，p1(t+1)为t+1时刻的变压器的高压端有功功率，q1(t+1)为t+1时刻的变压器的高压端无功功率，δq(t+1)为t+1时刻的储能电站svg设备输出无功功率增量，qsvg(t)为t时刻储能电站svg设备输出无功功率，qsvgmax、qsvgmin分别为储能电站svg设备输出无功功率的上限和下限。

60、前述一种基于lstm的电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法，a取0.98。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的方法根据变压器经济负荷率和预测的变压器负荷率计算电网侧储能输出功率，通过调节电网侧储能输出功率，使变压器负荷率靠近经济负荷率，从而降低变压器损耗。并且，本发明具有以下优点：⑴充分考虑了不同绕组类型的变压器损耗计算情况；⑵本发明所提控制方法所需数据为变压器设备固定参数或变压器常见运行数据，适用范围广，推广性强；⑶本发明所提控制方法通过lstm预测计算所需控制的下一时刻变压器功率，考虑了变压器负荷的动态变化特征，提升了控制方法的精度，使本发明方案更适合智能电网实际需求调控需求；⑷本发明所提电网侧储能输出功率的控制方法拓宽了电网侧储能的应用场景，同时提出了降低变压器损耗的创新技术手段。