一种水火储联合调频方法及装置与流程

本发明涉及调频，尤其是指一种水火储联合调频方法及装置。

背景技术：

1、可再生能源并网比例增大，对电网的频率稳定带来挑战。为了应对频率波动的不确定性，在传统的火电调频与水电调频中加入储能系统辅助调频成为热点。在电网负荷变化较大时，传统的火电厂不能迅速响应，而储能设备具有快速响应的优势，响应时间短、调节精度高，组成水火储联合调频系统可以更好地应对调频需求，保持电网频率稳定。

2、现有的水火储调频技术集中于控制火电机组调速器、水泵水轮机调速器等方式调节水、火机组参与调频的能力，或针对负荷切入切出导致的频率突变采用粒子群算法等算法分配各调频源的出力。

3、水火储数据相对稳定，在进行日内的实时调度时，需要快速地响应电力需求的变化。但现有水火储调频技术的响应速度相对较慢，无法快速应对瞬态的负荷变化；例如粒子群算法在处理复杂问题时存在优化精度不够高、收敛速度较慢等问题。

4、综上所述，现有的水火储调频方法无法实时分配各调频源的调频功率，调频响应时间长，且无法充分利用各调频源的调频能力，调频精度差。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中调频响应时间长、调频精度差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种水火储联合调频方法，包括：

3、预设水火储系统调频参数，构建水火储联合调频模型，采集水火机组运行数据与电网状态数据；

4、构建调频精度目标函数与调频速度目标函数；

5、利用均衡启发式算法，获取满足预设均衡约束的水火储系统中各个调频源的调频容量分配方案，构成初始pareto解集；

6、获取所述初始pareto解集中调频精度最高的解为第一初始解，利用贪心算法，以所述调频精度目标函数最优为优化目标，进行迭代，直至达到预设迭代次数，获取多个精度局部最优解；

7、获取所述初始pareto解集中调频速度最高的解为第二初始解，利用贪心算法，以所述调频速度目标函数最优为优化目标，进行迭代，直至达到预设迭代次数，获取多个速度局部最优解，与多个精度局部最优解构成局部最优pareto解集；

8、基于所述局部最优pareto解集，计算其中每个解的拥挤度，以拥挤度最低的解为第三初始解，利用贪心算法，以拥挤度最低为优化目标进行迭代，获取非支配解，生成更新pareto解集；

9、计算所述更新pareto解集中每个非支配解与预设调频容量分配方案参考点的hv指标，获取hv指标最大的非支配解为最优解；

10、基于所述最优解所表示的水火储系统中各调频源的调频容量分配方案，对水火储系统进行调频。

11、在本发明的一个实施例中，所述预设水火储系统调频参数，构建水火储联合调频模型，包括：

12、所述水火储系统调频参数包括水火储系统中各个调频源的调频出力上限与调频出力下限、出力时段、平均调频误差、平均调频速度、储能soc上限与储能soc下限、以及储能充电效率与放电效率；

13、所述水火储联合调频模型包括：

14、机组出力约束，表示为：其中，pi表示第i类调频源的调频出力，pi表示第i类调频源的调频出力下限，pi表示第i类调频源的调频出力上限；i∈{t、h、ees}，t表示火电机组调频源，h表示水电机组调频源，ees表示储能系统调频源；

15、储能soc约束，表示为：其中，s(t)表示t出力时段结束时的储能系统soc值，δs(t)表示t出力时段内的储能系统soc值变化量；ηc与ηd分别表示储能系统的充电效率与放电效率，pc与pd分别表示储能系统的充电功率与放电功率，δt表示调频时间步长，erate表示储能系统额定功率；smax与smin分别表示储能soc上限与储能soc下限；

16、分别表示水火储联合调频模型中节点l与节点j的电压相角，hlj,max表示节点l与节点j的功率限值，θj.max表示相角限值，xlj表示节点l与节点j的电抗，θref,t表示平衡节点相角；g表示节点j所连机组的集合，f表示以节点j为起点的线路集合，e表示以节点j为终点的线路集合；flj,t表示由节点l到节点j的线路(l,j)的电力潮流，正负表示电力潮流的方向；dj,t表示节点j的电力负荷需求。

17、在本发明的一个实施例中，所述水火机组运行数据包括火电机组与水电机组的输出电压、输出电流、输出功率、蒸汽轮机转速、水轮机转速；所述电网状态数据包括水电储系统中各调频源调频容量分配方案中的调频精度指令与调频速度指令、电网频率偏差、历史区域控制误差。

18、在本发明的一个实施例中，所述构建调频精度目标函数与调频速度目标函数，包括：

19、调频速度目标函数j1，表示为：

20、调频精度目标函数j2，表示为：

21、其中，m为水火储系统中调频源总数量，pm为第m个调频源的调频出力，vm为第m个调频源的调频速度，qm为第m个调频源的调频精度，m＝1,2,...,m。

22、在本发明的一个实施例中，所述利用均衡启发式算法，获取满足预设均衡约束的水火储系统中各个调频源的调频容量分配方案，构成初始pareto解集，包括：

23、所述预设均衡约束为：β表示均衡系数，cm表示第m个调频源的调频容量，pm表示第m个调频源的调频出力；

24、将调频容量随机分配至各个调频源，判断该分配方案是否满足均衡约束：

25、若满足均衡约束，则结束分配，获取该分配方案为初始pareto解；

26、若不满足均衡约束，则将高调频负荷率机组分配的调频功率调整至低调频负荷率机组，直至输出满足均衡约束的调频容量分配方案，获取该分配方案为初始pareto解；

27、将所有输出满足均衡约束的调频容量分配方案，组成初始pareto解集。

28、在本发明的一个实施例中，所述基于所述局部最优pareto解集，计算其中每个解的拥挤度，以拥挤度最低的解为第三初始解，利用贪心算法，以拥挤度最低为优化目标进行迭代，获取非支配解，生成更新pareto解集，包括：

29、初始化拥挤度参数md＝0，m＝1,2,3，…，m；

30、分别根据所述调频精度目标函数j2与所述调频速度目标函数j1对所述局部最优pareto解集中的解进行排序；

31、设置排序后的最小边界值拥挤度1d与最大边界值拥挤度md均为∞；

32、计算排序后各个解的拥挤度值，表示为md：

33、

34、其中，n＝2；当n＝1时，表示调频速度j1的最大值，表示j1的最小值；当n＝2时，表示调频精度j2的最大值，表示j2的最小值；

35、以拥挤度最低的解为第三初始解，利用贪心算法，以拥挤度最低为优化目标进行迭代，获取非支配解，生成更新pareto解集。

36、在本发明的一个实施例中，所述hv指标，表示为：

37、

38、其中，δ表示lebesgue测度，|s|表示非支配解的数目，vi表示预设调频容量分配方案参考点与第i个非支配解构成的超体积。

39、在本发明的一个实施例中，所述水火储系统包括火电机组频率控制系统、水电机组频率控制系统与储能电池能源管理系统，分别用于控制火电机组、水电机组与储能系统。

40、在本发明的一个实施例中，所述基于所述最优解所表示的水火储系统中各调频源的调频容量分配方案，对水火储系统进行调频，包括：控制所述火电机组频率控制系统、水电机组频率控制系统与储能电池能源管理系统执行最优解的调频指令。

41、本发明实施例还提供了一种水火储联合调频装置，包括：

42、模型构建与数据采集模块，用于预设水火储系统调频参数，构建水火储联合调频模型，采集水火机组运行数据与电网状态数据；

43、贪心决策模块，用于构建调频精度目标函数与调频速度目标函数；利用均衡启发式算法，获取满足预设均衡约束的水火储系统中各个调频源的调频容量分配方案，构成初始pareto解集；获取所述初始pareto解集中调频精度最高的解为第一初始解，利用贪心算法，以所述调频精度目标函数最优为优化目标，进行迭代，直至达到预设迭代次数，获取多个精度局部最优解；获取所述初始pareto解集中调频速度最高的解为第二初始解，利用贪心算法，以所述调频速度目标函数最优为优化目标，进行迭代，直至达到预设迭代次数，获取多个速度局部最优解，与多个精度局部最优解构成局部最优pareto解集；基于所述局部最优pareto解集，计算其中每个解的拥挤度，以拥挤度最低的解为第三初始解，利用贪心算法，以拥挤度最低为优化目标进行迭代，获取非支配解，生成更新pareto解集；计算所述更新pareto解集中每个非支配解与预设调频容量分配方案参考点的hv指标，获取hv指标最大的非支配解为最优解；

44、执行模块，用于基于所述最优解所表示的水火储系统中各调频源的调频容量分配方案，对水火储系统进行调频。

45、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

46、本发明所述的水火储联合调频方法，考虑到水火储调频系统的调频特性，采用均衡启发式算法和贪心算法，逐步优化调频容量的分配方案，以满足均衡约束条件，使得最终分配方案中调频源的负荷率分布更加均衡，提高了调频稳定性和性能；贪心算法在满足多目标优化的前提下，快速获取最优解，提高决策的效率和实用性。本发明使用拥挤度排序和hv指标综合考虑调频精度与调频速度，在不同的目标函数之间达到平衡，获取兼顾调频精度与调频速度的最优解；根据最优解对水火储系统进行调频，优化分配各调频源间的调频功率，提高了水火储系统的调频精度与调频速度，为电力系统的稳定运行提供更加可靠的支持。