一种储能控制及参数配置方法和系统与流程

本发明属于电力系统功角稳定控制，涉及一种储能控制及参数配置方法和系统。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统是我国电力工业发展的必经之路。新型电力系统在源网荷侧发生了革命性变化，电源主体由转动惯量较大的同步机组转变为转动惯量很小甚至没有转动惯量的电力电子元件，打破了传统电力系统稳定特性，系统抵御扰动的稳定能力亟需加强，给新型电力系统安全稳定运行带来了更加严峻的考验。

2、储能作为灵活性的可调节资源，在发电-输电-配电-用电各个环节均具有较高的应用价值。2017年10月印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，进一步明确了储能在我国深入推进能源革命、建设清洁低碳安全高效的现代能源体系中的战略定位，让储能技术和产业成为推动能源生产和利用方式变革、推动经济社会发展的新动能。因此，开展新型电力系统背景下储能相关技术研究工作既符合时代发展趋势，又具备较大的现实意义。

3、国内外研究学者针对储能在新型电力系统中的应用开展了大量研究，将电力系统对储能技术的需求分为功率型需求和能量型需求。对于功率型需求，储能应满足电网的暂态稳定和短时功率平衡，作用时间从数秒到数分钟，因此需要响应快速的储能技术；对于能量型需求，储能用于长时间的功率调节和电能存储，作用时间可从数小时延伸至季节时间尺度，用于应对系统峰谷调节以及输配电线路的阻塞问题，需要具备一定规模和时间尺度的存储能力、高的能量转换效率及较低的经济成本，实现电能在时间维度上的转移。国内外学者充分挖掘了储能技术在电力系统发电、输电、变电、配电、用电及调度等各个环节所能发挥的功能。在发电侧，储能具有辅助电网动态运行、取代或延缓新建机组、提高机组调峰能力和系统灵活性的功能；在输配侧，储能具备无功支持、缓解线路阻塞、延缓输配电扩容升级、提供变电站直流电源等功能；在电力辅助服务领域，储能具有二次调频、电压支撑、提供备用容量等功能；在大规模可再生能源并网领域，储能具有可再生能源电量时移、发电容量固化、平滑出力等功能。

4、综上所述，现有技术充分发挥了储能在不同时间尺度、不同环节对电力系统的支撑作用，但并未考虑储能快速的双向功率响应能力以及有功功率、无功功率同时控制能力对新型电力系统功角稳定的提升作用。因此，如何挖掘储能对提升新型电力系统功角稳定能力的内在潜力，科学合理配置储能系统技术参数是储能深度参与新型电力系统建设的研究重点。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供提升新型电力系统功角稳定的储能控制及参数配置方法和系统，综合考虑等效发电机、自动电压调节器、储能装置等元件模型及配置，建立扰动模式下火电机组/储能耦合特性与系统功角稳定函数关系，以此为基础配置储能系统技术参数，充分发挥储能系统快速的双向功率响应能力以及有功功率、无功功率同时控制能力，可以实现新型电力系统遭受严重故障方式下功角稳定控制，为新型电力系统提供强有力的稳定支撑。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

3、本发明进一步包括以下优选方案：

4、一种储能控制及参数配置方法，包括：

5、搭建火电机组与储能耦合运行模式下新型电力系统典型送出场；

6、建立新型电力系统典型送出场中各元件数学模型，以及公共电网数学模型；

7、基于所述数据模型，建立送出线路发生短路故障状态下火电机组与储能耦合与电力系统功角稳定函数关系，基于所述函数关系进行储能控制及参数配置，以提升新型电力系统功角稳定。

8、优选地，所述典型送出场包括火电机组、储能电站、送出线路和无穷大系统，其中火电机组与储能耦合运行并通过送出线路和无穷大系统连接。

9、优选地，所述元件包括等效发电机、自动电压调节器、储能装置元件；

10、其中，等效发电机数学模型为：

11、

12、式(1)中，tj为等效发电机惯性时间常数；

13、δ为无穷大系统相角；

14、dm为等效发电机阻尼系数；

15、pm为等效发电机机械输入功率；

16、ngs为等效发电机终端与无穷大系统传输的有功功率。

17、优选地，自动电压调节器数学模型为：

18、

19、式(2)中，δeps为自动电压调节器电势变化量；

20、td、tj、tg分别为电压检测器、微分控制器、励磁机的时间常数；

21、kp为电流微分控制器比例系数；

22、p为发电机有功功率；

23、δv1为电网电压值变化量；

24、优选地，储能装置元件数学模型包括储能系统输出功率数学模型和储能功率变换系统数学模型；

25、储能系统输出功率数学模型为：

26、

27、式(3)中，pcs为储能系统功率；

28、es为储能能量；

29、cpi为功率变换系统恒定参数；

30、vpi为可变参数；

31、t为时间；

32、储能功率变换系统数学模型为：

33、ppts＝fpts(cppi,rpi,pwsrpi,vpi)＝cppi+rpi·pwsrpi+vpi·esint  (4)

34、式(4)中，ppts为储能功率变换系统输出功率，fpts为储能功率变换系统输出功率函数；

35、cppi为功率变化系统参数；

36、rpi为控制调节参数；

37、pwsrpi为无穷大系统机制参数；

38、vpi为可变参数。

39、优选地，公共电网数学模型为：

40、

41、

42、式中，ngs为火电机组与无穷大系统间有功功率；

43、qgs为火电机组与无穷大系统间无功功率；

44、eq为等效发电机电抗后电压；

45、vs为储能节点电压；

46、vs为储能节点电压；

47、δ∞为无穷大系统相角；

48、δs为储能节点电压相角；

49、x1为电力系统中等效发电机电抗、变压器电抗、线路电抗之和。

50、优选地，送出线路发生短路故障状态下火电机组与储能耦合与电力系统功角稳定函数关系为：

51、

52、式(11)的约束条件为：

53、

54、

55、式中，ps为储能装置吸收等效发电机最大有功功率，即储能系统额定功率；

56、p加速为等效发电机加速功率；

57、p01为等效发电机机械功率；

58、δcut为继电保护装置切除故障时刻电力系统功角；

59、δc为故障发生时刻电力系统功角；

60、δcin为储能介入且转换为蓄能状态时刻电力系统功角；

61、δ0为电力系统正常运行状态下系统功角；

62、p0为电网正常运行状态下火储系统通过输电线路传输的有功功率；

63、vg为等效发电机端母线电压；

64、vb为无穷大系统电压；

65、xσ为电力系统电抗总和；

66、p1为故障后火储系统通过输电线路传输的有功功率；

67、δ1为短路故障发生后电力系统功角；

68、xσ1为不包含故障线路的电力系统电抗总和；

69、基于公式(7)(8)(11)确定储能控制与参数配置所需的时间与功角。

70、优选地，所述储能控制具体为：暂态过程中储能系统转换为蓄能状态以及稳态过程中储能系统转换为释能状态，且同时满足以下两个条件：

71、δ(t1+t2+t3)＝δst                         (9)

72、

73、公式(9)和公式(10)中，t1为短路故障发生时间；

74、t2为储能系统蓄能时间；

75、t3为储能系统释能时间；

76、δ表示电力系统功角；δst为电力系统稳定临界功角。

77、优选地，所述参数包括额定功率和能量容量；

78、其中，额定功率配置方式为：

79、

80、式中，ps为储能装置吸收等效发电机最大有功功率，即储能系统额定功率；

81、p加速为等效发电机加速功率；

82、p01为等效发电机机械功率；

83、δcut为继电保护装置切除故障时刻系统功角；

84、δc为故障发生时刻系统功角；

85、δcin为储能介入且转换为蓄能状态时刻系统功角；

86、δ0为系统正常运行状态下系统功角；

87、能量容量配置方式为：

88、es＝max(ps1tin,ps2tout)                     (12)

89、式(12)中，es为储能系统的容量能量，即储能能量；

90、ps1为储能系统蓄能状态有功功率；

91、tin为储能系统蓄能状态持续时间；

92、ps2为储能系统释能状态有功功率；

93、tout为储能系统释能状态持续时间。

94、一种储能控制及参数配置系统，包括：

95、送出场构建模块，用于搭建火电机组与储能耦合运行模式下新型电力系统典型送出场；

96、电网模型构建模块，用于建立新型电力系统典型送出场中各元件数学模型，以及公共电网数学模型；

97、储能控制及参数配置模块，用于基于所述数据模型，建立送出线路发生短路故障状态下火电机组与储能耦合与电力系统功角稳定函数关系，基于所述函数关系进行储能控制及参数配置，以提升新型电力系统功角稳定。

98、优选地，所述储能控制具体为：暂态过程中储能系统转换为蓄能状态以及稳态过程中储能系统转换为释能状态，且同时满足以下两个条件：

99、δ(t1+t2+t3)＝δst                         (9)

100、

101、公式(9)和公式(10)中，t1为短路故障发生时间；

102、t2为储能系统蓄能时间；

103、t3为储能系统释能时间；

104、δ表示电力系统功角；δst为电力系统稳定临界功角。

105、优选地，所述参数包括额定功率和能量容量；

106、其中，额定功率配置方式为：

107、

108、式中，ps为储能装置吸收等效发电机最大有功功率，即储能系统额定功率；

109、p加速为等效发电机加速功率；

110、p01为等效发电机机械功率；

111、δcut为继电保护装置切除故障时刻系统功角；

112、δc为故障发生时刻系统功角；

113、δcin为储能介入且转换为蓄能状态时刻系统功角；

114、δ0为系统正常运行状态下系统功角；

115、能量容量配置方式为：

116、es＝max(ps1tin,ps2tout)                     (12)

117、式(12)中，es为储能系统的容量能量，即储能能量；

118、ps1为储能系统蓄能状态有功功率；

119、tin为储能系统蓄能状态持续时间；

120、ps2为储能系统释能状态有功功率；

121、tout为储能系统释能状态持续时间。

122、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；

123、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

124、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

125、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

126、本发明充分发挥了储能系统快速的双向功率响应能力，与传统的并联电阻制动器仅消耗等效发电机加速能量相比，储能系统可以在不同时间尺度下为系统提供蓄能和释能支撑，从两个维度提升系统功角稳定水平。

127、同时，本发明提出的储能控制方法可实现系统有功功率和无功功率同时控制，有效解决并联电阻制动器消耗等效发电机加速能量随系统电压下降而降低的缺点，实现对等效发电机有功功率消耗和节点电压的独立解耦控制。