考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法与流程

本发明涉及新能源出力预测、负荷预测、特征值灵敏度、电网安全稳定、分层优化领域，具体涉及一种考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法。

背景技术：

1、在新能源场站附加储能，能够在新能源大发时，对剩余功率进行消纳；在新能源停发或者少发时，对缺额功率进行补充，有利于提高电网安全稳定，因此储能在新能源场站并网电力系统中有着重要作用。

2、储能在电网中存在三种用途：经济调度、调峰、调频。储能场站希望在满足电网三种需求的前提下，获得最优的容量分配比例。三种需求的频率不同，前两者与风光/负荷随机变化有关，而调频不仅取决于源荷不确定性，还与电网频率响应有关。因此如何分配储能三种功能的容量比例，在确保电网安全的前提下，使储能电站作用最大化，是储能场站关心的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提出一种考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法，以期能够合理分配储能在电网三种功能的容量比例，从而在提高电网安全的前提下，提高储能容量分配的合理性和精确性。

2、本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

3、本发明一种考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法，是应用于配备储能的新能源场站并网电力系统中，其特点在于，所述储能参与电网稳定控制的容量分配方法是按如下步骤进行：

4、s1：通过注意力机制的时空动态图神经网络预测模型和经验模态分解法改进的多层感知机，分别对新能源出力和电网负荷进行预测；

5、s1.1：基于新能源场站的历史风光出力数据和当地气象因素，通过注意力机制的时空动态图神经网络预测模型对新能源场站的风光出力进行预测，得到t时刻风电出力的预测值pwind(t)和光伏出力的预测值ppv(t)；

6、s1.2：基于电网历史负荷数据，通过经验模态分解法改进的多层感知机对电网负荷进行预测，得到t时刻负荷的预测值pload(t)；

7、s2：基于灵敏度数值得到电网安全稳定前提下同步发电机sg有功出力上限pmax和下限pmin；

8、s2.1：利用李雅普诺夫线性化的特征值分析方法对配置储能的新能源场站并网电力系统进行分析，得到新能源场站并网电力系统的状态矩阵asys；

9、s2.2：建立状态矩阵asys的特征值λ和阻尼比ξ对同步发电机sg有功出力灵敏度模型；

10、通过对状态矩阵asys直接求偏导数，得到节点电压幅值u对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度以及节点电压相角θ对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度

11、通过对状态矩阵asys直接求偏导数，得到状态矩阵asys对节点电压幅值u的灵敏度和状态矩阵asys对节点电压相角θ的灵敏度

12、以和为中间量，得到asys对同步发电机sg有功出力pg的偏导数从而利用式(1)得到特征值λ对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度

13、

14、式(1)中：u、v分别为状态矩阵asys的左、右特征向量，t表示转置；为状态矩阵asys对节点电压相角θ的灵敏度；为状态矩阵asys对节点电压幅值u的灵敏度；为状态矩阵asys对光伏变量xpv的灵敏度；为光伏变量xpv对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度；

15、以潮流雅克比矩阵为桥梁，通过分步求导算法得到如式(2)所示的光伏变量xpv对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度：

16、

17、式(2)中：分别为pv变量xpv对节点电压相角θ和幅值u的灵敏度；

18、根据阻尼比ζ与特征值λ的实部、虚部的关系式，利用式(3)得到阻尼比ζ对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度

19、

20、式(3)中，σ、为特征值λ的实部、虚部；

21、s2.3：按照s2.2的过程得到不同的同步发电机sg有功出力pg对应下的阻尼比ζ对同步发电机sg有功出力的灵敏度集合其中，表示同步发电机sg有功出力为时阻尼比ζ对同步发电机sg有功出力的灵敏度，表示减少个δp的同步发电机sg有功出力，δp表示同步发电机sg有功出力pg的增量，表示同步发电机sg有功出力初始值；表示同步发电机sg有功出力为时阻尼比ζ对同步发电机sg有功出力的灵敏度，表示增加个δp的同步发电机sg有功出力；

22、不同同步发电机sg的有功出力pg对应下的特征值实部σ对同步发电机sg有功出力的灵敏度，记为其中，表示同步发电机sg有功出力为时特征值实部σ对同步发电机sg的有功出力的灵敏度，表示增加φ个δp的同步发电机sg的有功出力；表示同步发电机sg的有功出力为时特征值实部σ对同步发电机sg有功出力的灵敏度，表示减少η个δp的同步发电机sg的有功出力；

23、s2.4：根据阻尼比约束、特征值实部约束和两个灵敏度集合，得到电网安全稳定前提下同步发电机sg有功出力pg的上限pmax和下限pmin；

24、s3:建立储能参与电网调频、调峰和经济调度的分层优化模型，得到储能分别在调频、调峰和经济调度中的最优容量比例

25、s3.1：建立分层优化模型中储能参与调频容量的优化层l1，得到储能调频的最优容量比例

26、s3.2：建立分层优化模型中的储能参与调峰容量优化层l2，得到储能最优调峰容量比例

27、s3.3：建立分层优化模型中的储能参与经济调度容量优化层l3，得到储能经济调度的最优容量比例

28、s3.4：基于分层优化模型得到的储能参与电网调频、调峰、经济调度最优容量比例分配储能在新能源场站并网电力系统中三种功能的份额，从而实现储能参与电网的稳定控制。

29、本发明所述的考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法的特点也在于，所述s2.4包括：

30、s2.4.1：根据阻尼比约束和不同同步发电机sg有功出力pg对应下的阻尼比ζ对同步发电机sg有功出力灵敏度集合，利用式(4)和式(5)分别得到同步发电机sg有功出力pg的一个上限和一个下限

31、

32、式(4)中，表示达到临界阻尼比时的同步发电机sg有功出力pg增发量，ξ0为阻尼比ζ的初始值；ξmin为确保电网安全稳定的阻尼比ζ的最小值；为同步发电机sg有功出力pg增加个δp时的阻尼比，ξk-1表示同步发电机sg有功出力pg增加k-1个δp时的阻尼比，其中，k表示电网达到临界阻尼比时同步发电机sg有功出力增发的δp个数；

33、

34、式(5)中：表示达到临界阻尼比时的同步发电机sg有功出力pg减发量；为同步发电机sg有功出力减少个δp的阻尼比，其中，υ表示电网达到临界阻尼比时同步发电机sg有功出力减发的δp个数；

35、s2.4.2：根据特征值实部约束和不同的同步发电机sg有功出力pg对应下的特征值对同步发电机sg有功出力pg的灵敏度集合，利用式(6)和式(7)分别得到同步发电机sg有功出力的另一个上限和下限

36、

37、式(6)中：σ0为特征值实部σ的初始值；σmax为确保电网安全稳定的特征值实部σ的最大值；表示达到临界特征值实部时的同步发电机sg有功出力pg增发量；σφ为同步发电机sg有功出力增加φ个δp时的特征值实部，其中，φ＝1,2，…，κ，κ表示电网达到临界特征值实部时同步发电机sg有功出力增发的δp个数；

38、

39、式(7)中：ση为同步发电机sg有功出力减少η个δp时的特征值实部，表示表示电网达到临界特征值实部时同步发电机sg有功出力减发的δp个数；表示达到临界特征值实部时的同步发电机sg有功出力pg减发量；

40、s2.4.3：利用式(8)确定同步发电机sg有功出力最终的上限pmax和下限pmin：

41、

42、所述s3.1包括：

43、s3.1.1：考虑储能电池的运行状态，建立储能电池的使用寿命目标函数yr和不平衡度优化目标函数

44、s3.1.2：考虑风电出力的预测值pwind(t)和光伏出力的预测值ppv(t)、负荷的预测值pload(t)以及同步发电机sg有功出力上限pmax和下限pmin，利用式(9)建立储能电池参与电网调频的目标函数

45、

46、s3.1.3：利用式(10)对储能电池的使用寿命目标函数yr、不平衡度优化目标函数和储能电池参与电网调频的目标函数进行归一化处理，得到归一化后的使用寿命目标函数ry、归一化后的不平衡度优化目标函数rβ、归一化后的储能电池参与电网调频的目标函数rf：

47、

48、式(10)中：为最佳平均衰减指标；

49、利用式(11)建立调频的总目标函数r1，并通过pso粒子群算法求解总目标函数r1，寻求储能参与电网调频的最优容量比例

50、

51、式(11)中：λ1为储能电池的使用寿命目标函数yr的权重；λ2不平衡度优化目标函数的权重；λ3为储能电池参与电网调频的目标函数的权重。

52、所述s3.2包括：

53、s3.2.1：考虑风电出力的预测值pwind(t)和光伏出力的预测值ppv(t)、负荷的预测值pload(t)、调峰特性的分钟级时间尺度以及同步发电机sg有功出力上限pmax和下限pmin，利用式(12)建立储能电池参与电网调峰的目标函数p调峰；

54、

55、式(12)中：p削峰为储能电池参与电网调峰中的削峰目标函数；p填谷为储能电池参与电网调峰中的填谷目标函数；

56、s3.2.2：利用式(13)对储能电池的使用寿命目标函数yr、不平衡度优化目标函数储能电池参与电网调峰的目标函数p调峰和考虑最优调频容量比例的容量目标函数rp1进行归一化处理，得到归一化后的储能参与电网调峰的目标函数rp1、归一化后的考虑最优调频容量比例的容量目标函数rr1：

57、

58、利用式(14)建立调峰的总目标函数r2，并通过pso粒子群算法求解总目标函数r2，寻求储能参与电网调峰的最优容量比例

59、

60、式(14)中：μ1为储能电池的使用寿命目标函数yr的权重；μ2不平衡度优化目标函数的权重；μ3为储能电池参与电网调峰的目标函数p调峰的权重；μ4为考虑调频最优容量的容量目标函数的权重。

61、所述s3.3包括：

62、s3.3.1：考虑风电出力的预测值pwind(t)和光伏出力的预测值ppv(t)、负荷的预测值pload(t)、经济调度特性的长期时间尺度以及同步发电机sg有功出力上限pmax和下限pmin，利用式(15)建立储能电池参与电网经济调度的目标函数p经济调度：

63、

64、s3.3.2：利用式(16)对储能电池的使用寿命目标函数yr、不平衡度优化目标函数储能电池参与电网经济调度的目标函数p调峰、考虑最优调频容量比例和最优调峰容量比例的容量目标函数rr2进行归一化处理，得到归一化后的储能参与电网经济调度的目标函数rp2、归一化后的考虑最优调频容量比例和最优调峰容量比例的容量目标函数rr2：

65、

66、式(16)中：rp2、rr2均为归一化后的目标函数。

67、利用式(17)建立经济调度的总目标函数r3，通过pso粒子群算法求解总目标函数r3，寻求储能参与电网经济调度的最优容量比例

68、

69、式(17)中：ω1表示储能电池的使用寿命目标函数yr的权重；ω2表示不平衡度优化目标函数的权重；ω3表示储能电池参与电网经济调度的目标函数p经济调度的权重；ω4表示考虑调频最优容量和调峰最优容量的容量目标函数的权重。

70、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述容量分配方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

71、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述容量分配方法的步骤。

72、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

73、1、本发明提供的考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法，能够减少新能源发电机组出力不确定性所带来的储能容量分配不当，从而提高了储能容量利用率和电网安全稳定运行。

74、2、本发明提供的考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法，充分考虑了同步发电机组对电网稳定性的影响，基于特征值灵敏度模型确定了电网安全运行条件下同步发电机组的出力上下限，使得分配储能容量的精确度更高。

75、3、本发明提供的考虑新能源出力随机波动的储能参与电网稳定控制的容量分配方法，充分考虑了储能在电网中的三种功能，并据此建立了三层优化模型，同时也根据这三种功能的特性，为分层优化模型的每一层确立了优先级，使得各种功能的储能容量比例分配更加合理和精确。