一种适应新能源发电波动的储能容量配置方法与流程

本发明属于新能源发电和储能控制领域，具体涉及一种适应新能源发电波动的储能容量配置方法。

背景技术：

1、风光等新能源发电是一种无污染的新型发电方式，其发展速度飞快有取代传统能源发电的趋势。然而，天气条件的变化会导致新能源发电出现不可预测的波动，不仅会引起局部电压问题，如静态电压波动、瞬时电压下降和电压闪变等，还使得电力系统的供需平衡运行变得更加困难，因此研究平抑新能源发电波动的新技术势在必行。储能系统具有快速灵活的双向功率调节能力，对其进行合理的充放电控制能快速应对新能源发电功率的突然变化，从而有效平抑功率波动。

2、目前储能价格依然很高，需要合理配置储能容量。储能容量过小，平抑功率波动的效果较差；反之，容量过大则经济代价高昂。目前，各种滤波方法被广泛应用于功率波动平抑，如移动平均法、指数平滑法和小波变换法等。这类方法利用滤波算法获得并网功率的参考值，通过新能源发电功率和参考值之差来规划储能容量和充放电功率的配置，虽然能起到平抑功率波动的作用，但存在以下缺点：1)平抑后的并网新能源发电量会减小，不利于充分利用新能源和降低碳排放；2)平抑后的等效新能源发电功率曲线对原功率曲线的跟随能力较差，因此造成储能的调节频繁和充放功率过大，从而影响储能的使用寿命、需要较大的储能额定容量和额定充放电功率，导致储能配置成本过高。

技术实现思路

1、本发明针对传统滤波平抑波动方法中存在的并网新能源发电量减小、平抑后的等效新能源发电功率曲线的跟随能力差等问题，提出一种适应新能源发电波动的储能容量配置方法。首先，利用聚类方法对新能源发电功率的历史数据进行场景削减，得到不同典型日的新能源发电功率向量；然后，以波动平抑前后新能源发电功率的平均绝对误差最小为目标函数，将符合波动标准、平抑前的新能源发电量与平抑后的等效新能源发电量相等纳入约束条件，建立适应新能源发电波动的平抑优化模型；其次，求解平抑优化模型得到波动平抑优化模型的最优解矩阵，进而得到储能功率矩阵和储能状态矩阵，并计算平抑效果评价指标；最后，根据储能功率矩阵来配置储能额定容量和额定充放电功率。本发明为更加科学的进行储能配置提供了参考依据。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种适应新能源发电波动的储能容量配置方法，其特征是按如下步骤进行：

4、步骤1.获取新能源发电功率的历史数据，以矩阵p表示：

5、

6、式中，m为天数；n为每天的新能源发电功率的采样点个数；矩阵p中的每一列代表每一天的新能源发电功率向量；

7、步骤2.利用聚类方法对新能源发电功率的历史数据p进行场景削减，得到l个典型日的新能源发电功率矩阵

8、

9、式中，l为典型日数(l远小于m)；n为每天的新能源发电功率的采样点个数；矩阵中的每一列代表每一典型日的新能源发电功率向量；

10、步骤3.针对各典型日，建立适应新能源发电波动的平抑优化模型：

11、步骤3.1.以波动平抑前后新能源发电功率的平均绝对误差最小为目标函数，如式(3)所示：

12、

13、式中，maej为第j个典型日波动平抑前后新能源发电功率的平均绝对误差；为第j个典型日第i个采样点的新能源发电功率；n为每天的新能源发电功率的采样点个数；为第j个典型日第i个采样点的平抑后等效新能源发电功率，它是平抑前的新能源发电功率与用于波动平抑的储能功率之和，是该优化模型的决策变量；

14、步骤3.2.建立约束条件，如式(4)-式(7)所示：

15、

16、

17、

18、

19、式(4)为平抑后的等效新能源发电功率初始值约束，平抑后的等效新能源发电功率初始值与平抑前新能源发电功率初始值相等；式(5)为平抑后等效新能源发电功率的下界约束；式(6)为波动标准满足约束，其中为波动量阈值；式(7)为平抑前的新能源发电量与平抑后的等效新能源发电量相等约束，该约束保证平抑前后的新能源并网发电量不会减小，δt为新能源发电功率的采样间隔；

20、步骤4.利用优化软件求解式(3)-式(7)所示的波动平抑优化模型，依次得到l个典型日下的最优解：式中右上角的t表示转置，符号“*”表示最优解；按式(8)将各典型日的波动平抑优化模型的最优解组合成波动平抑优化模型的最优解矩阵psmooth*：

21、

22、步骤5.形成储能功率矩阵和储能状态矩阵

23、步骤5.1.按式(9)计算各典型日用于波动平抑的储能功率向量：

24、

25、式中，为第j个典型日波动平抑优化模型的最优解；为波动平抑前第j个典型日的新能源发电功率向量，即为式(2)所示矩阵的第j列；为第j个典型日的储能功率向量，其中大于零表示储能放电，小于零表示储能充电，等于零表示储能不工作；

26、步骤5.2.形成储能功率矩阵pess和储能状态矩阵iess

27、按式(10)将各典型日的储能功率向量组合成储能功率矩阵pess：

28、

29、用整数1、-1和0分别表示储能放电、储能充电和储能不工作三个状态，根据式(10)所示的储能功率矩阵pess可以得到储能状态矩阵iess，其维数与pess的维数相同，即为n×l；

30、步骤6.计算波动平抑效果评价指标：

31、步骤6.1.按式(11)计算所有典型日波动平抑前后新能源发电功率的平均绝对误差mae：

32、

33、式中，为式(8)所示最优解矩阵psmooth*中第i行、第j列的元素；为式(2)所示矩阵中第i行、第j列的元素；n为每天的新能源发电功率采样点个数；l为典型日数；

34、步骤6.2.按式(12)计算充放电状态占比：

35、

36、式中，rc和rd分别表示储能处于充电和放电状态的占比；num(iess＝-1)表示储能状态矩阵iess中元素值为-1的个数，即充电状态的个数；num(iess＝1)表示储能状态矩阵iess中元素值为1的个数，即放电状态的个数；

37、步骤6.3.按式(13)计算平均充电电量和平均放电电量：

38、

39、式中，ec和ed分别为平抑波动所需的储能平均充电电量和平均放电电量；sum(pess＜0)表示对储能功率矩阵pess中所有小于零的元素求和；sum(pess＞0)表示对储能功率矩阵pess中所有大于零的元素求和；δt为新能源发电功率的采样间隔；

40、步骤7.根据储能功率矩阵pess，按式(14)计算规划的储能额定充放电功率：

41、

42、式中，为规划的储能额定充放电功率；max(|pess|)表示先对储能功率矩阵pess中所有元素取绝对值，再从中选取最大值；λ1为功率配置系数，λ1≥1；

43、步骤8.根据储能功率矩阵pess，计算规划的储能额定容量：

44、步骤8.1.按式(15)计算每个典型日的储能电量序列

45、

46、式中，为第j个典型日第i个采样点的储能电量值；为第j个典型日的储能初始电量值；为第j个典型日第k个采样点的储能功率，即式(10)所示储能功率矩阵pess中第k行、第j列的元素值；δt为新能源发电功率的采样间隔；

47、步骤8.2.按式(16)计算每个典型日储能电量序列的最大值元素和最小值元素的差值：

48、

49、式中，为第j个典型日储能电量序列的最大值元素和最小值元素的差值；

50、步骤8.3.按式(17)计算规划的储能额定容量：

51、

52、式中，为规划的储能额定容量；λ2为容量配置系数，λ2≥1。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

54、1.本发明以波动平抑前后新能源发电功率的平均绝对误差最小为目标函数，确保平抑后的等效新能源发电功率曲线对原功率曲线具有最优的跟随能力，从而能减小所配置储能的额定容量和额定充放电功率、延长储能的使用寿命，最终降低储能配置成本；

55、2.本发明将符合新能源发电功率波动标准作为约束条件，能有效达到平抑波动、满足并网标准的目的；

56、3.本发明将平抑周期内平抑前的新能源发电量与平抑后的等效新能源发电量相等作为约束条件，有利于充分利用新能源和降低碳排放。