一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制方法及系统与流程

本发明涉及协调控制，尤其是涉及一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制方法及系统。

背景技术：

1、为实现“碳达峰、碳中和”的远景目标，新能源的持续开发与利用至关重要。目前新能源发电主要包括太阳能发电、风能发电、生物质能发电等发电模式，而风能发电中，由于具有广阔的沿线海岸和海平面，海上风能资源充沛，且不需要占用大量土地资源，发电质量也优于陆上风力发电，因此海上风力发电发展迅速。但又由于海上风力发电的间歇性和不确定性，导致海上风力发电并网过程中功率波动较大，因此海上风力发电又具有一定局限性。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制方法及系统，以解决上述技术问题，通过构建储能多目标函数优化调度模型实现海上风电场的上层控制，同时针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型实现下层控制，以维持海上风电场有功功率平衡，保证配电网的安全稳定运行。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制方法，包括以下步骤：

3、以海上风电场有功功率消纳后容量最大及系统维护成本最小为目标，构建储能多目标函数优化调度模型；

4、针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型；

5、获取海上风电出力数据、储能数据和负荷数据并基于储能多目标函数优化调度模型对海上风电场进行上层控制，获取上层控制优化后海上风电场调度计划；

6、基于海上风电出力数据、储能数据和负荷数据获取当前时刻海上风电场实际出力值，判断上层控制优化后海上风电场调度计划是否小于当前时刻海上风电场实际出力值；若是，则基于优化调度模型对海上风电场进行下层控制，获取下层控制优化后海上风电场调度计划；否则，返回进行上层控制。

7、上述方案通过构建储能多目标函数优化调度模型实现海上风电场的上层控制，同时针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型实现下层控制，以维持海上风电场有功功率平衡，保证配电网的安全稳定运行。

8、需要说明的是，当海上风电场有功功率平衡提升时会对储能进行优化调度，此时系统运行成本会增加，本发明提供构建储能多目标函数优化调度模型，可以在满足储能调度的情况下，令系统运行成本最小。而海上风电场出力预测误差对系统的有功功率的平衡会造成一定影响，因此在上层控制的基础上，针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型，以令海上风电场出力预测误差最小。

9、进一步地，所述以海上风电场有功功率消纳后容量最大及系统维护成本最小为目标，构建储能多目标函数优化调度模型，具体为：

10、所述储能多目标函数优化调度模型包括海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数和海上风电场最小维护成本目标函数；其中：

11、所述海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数具体表示为：

12、

13、式中，y1表示最大容量；nwt为风机总数量，i表示第i个风机；wwti表示第i个风机的功率盈余；t表示采集时间段数量，t表示第t个时间段；为第i个风机在第t个时间段内产生的有功功率；为负荷在第t个时间段内消耗的有功功率；

14、所述海上风电场最小维护成本目标函数具体表示为：

15、

16、式中，y2表示最小维护成本；swt为风电单机维护成本；nes为储能设备数量，j为第j个储能设备；为第j个储能设备在第t时间段的工作状态，其值为1时表示储能设备放电，其值为0时表示储能设备充电；表示第j个储能设备在第t时间段的充放电功率；表示第j个储能设备在第t时间段的维护成本。

17、上述方案中，采集时间段数量可以为将一天分成若干个时间段，通过对系统每个时间段内的运行状态进行观测，适时调动储能设备在需要时进行充放电，以此来调节海上风力发电系统的削峰填谷能力，维持有功功率平衡。如取一个时间段为20min，可将一天24h分为72个时间段，则t＝72。

18、需要说明的是，储能设备能够对能量变化迅速响应调节，能够吸纳系统产生的多余能量，也能够在发电不足时释放多余能量，以维持海上风力发电系统功率平衡。

19、进一步地，所述针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型，具体表示为：

20、

21、式中，为上层控制优化后的第i个风机在第t个时间段内的海上风电场调度计划。

22、进一步地，所述获取海上风电出力数据、储能数据和负荷数据并基于储能多目标函数优化调度模型对海上风电场进行上层控制，获取上层控制优化后海上风电场调度计划，具体为：

23、获取多个多时间尺度下海上风电出力数据、储能数据和负荷数据；

24、基于海上风电出力数据、储能数据和负荷数据对海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数进行计算，以获取最大容量；

25、判断最大容量是否小于0，若是，则储能设备放电；否则，进一步判断最大容量是否小于并网最大允许传送功率，若否，则求解海上风电场最小维护成本目标函数，以使海上风电维护成本最低，获取上层控制优化后海上风电场调度计划。

26、上述方案中，可以利用多目标差分算法对海上风电场最小维护成本目标函数进行求解，所获取的上层控制优化后海上风电场调度计划包括上层控制优化后的海上风电出力计划和储能充放电计划。可以采取粒子群算法对优化调度模型进行求解，所获取的下层控制优化后海上风电场调度计划包括下层控制优化的海上风电出力计划和储能充放电计划，即下一个时刻的海上风电出力计划和储能充放电计划。

27、进一步地，所述储能多目标函数优化调度模型和优化调度模型均需满足功率平衡约束、海上风电场有功功率平衡约束和储能充放电约束，以保证各个设备正常工作。

28、具体地，功率平衡约束可以表示为：

29、

30、式中，表示t时间段外送有功功率；此刻有：

31、

32、式中，为t时间段负荷初始有功功率消耗，为t时间段第j个储能设备所消耗的有功功率。

33、海上风电场有功功率平衡约束可以表示为：

34、

35、式中，pwtmax为风电单机允许输出最大有功功率。

36、储能充放电约束可以表示为：

37、

38、式中，pesmin和pesmax分别为储能允许最大和最小充放电功率，socmin和socmax分别为储能允许最大和最小荷电状态。

39、上述方案不仅提出了一种上层控制和下层控制逐步递进的控制流程，同时又划分了多个时间节点进行采样，即采集若干个时间段的对应状态数据，保证了控制的精准性和实时性。

40、本发明提供一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制系统，包括：上层控制模型构建模块，用于以海上风电场有功功率消纳后容量最大及系统维护成本最小为目标，构建储能多目标函数优化调度模型；下层控制模型构建模块，用于针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型；数据获取模块，用于获取海上风电出力数据、储能数据和负荷数据，并获取当前时刻海上风电场实际出力值；上层控制模块，用于基于海上风电出力数据、储能数据、负荷数据和储能多目标函数优化调度模型对海上风电场进行上层控制，获取上层控制优化后海上风电场调度计划；下层控制模块，用于判断上层控制优化后海上风电场调度计划是否小于当前时刻海上风电场实际出力值；若是，则基于优化调度模型对海上风电场进行下层控制，获取下层控制优化后海上风电场调度计划；否则，返回进行上层控制。

41、上述方案提供的系统构建简单，易于实现，用于实现一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制方法，该系统通过构建储能多目标函数优化调度模型实现海上风电场的上层控制，同时针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型实现下层控制，以维持海上风电场有功功率平衡，保证配电网的安全稳定运行。

42、进一步地，在所述上层控制模型构建模块中，所述所述以海上风电场有功功率消纳后容量最大及系统维护成本最小为目标，构建储能多目标函数优化调度模型，具体为：所述储能多目标函数优化调度模型包括海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数和海上风电场最小维护成本目标函数；其中：

43、所述海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数具体表示为：

44、

45、式中，y1表示最大容量；nwt为风机总数量，i表示第i个风机；wwti表示第i个风机的功率盈余；t表示采集时间段数量，t表示第t个时间段；为第i个风机在第t个时间段内产生的有功功率；为负荷在第t个时间段内消耗的有功功率；

46、所述海上风电场最小维护成本目标函数具体表示为：

47、

48、式中，y2表示最小维护成本；swt为风电单机维护成本；nes为储能设备数量，j为第j个储能设备；为第j个储能设备在第t时间段的工作状态，其值为1时表示储能设备放电，其值为0时表示储能设备充电；表示第j个储能设备在第t时间段的充放电功率；表示第j个储能设备在第t时间段的维护成本。

49、上述方案中，采集时间段数量可以为将一天分成若干个时间段，通过对系统每个时间段内的运行状态进行观测，适时调动储能设备在需要时进行充放电，以此来调节海上风力发电系统的削峰填谷能力，维持有功功率平衡。

50、进一步地，在所述下层控制模型构建模块中，所述针对有功功率的最小偏差建立优化调度模型，具体表示为：

51、

52、式中，为上层控制优化后的第i个风机在第t个时间段内的海上风电场调度计划。

53、进一步地，在所述上层控制模块，所述基于海上风电出力数据、储能数据、负荷数据和储能多目标函数优化调度模型对海上风电场进行上层控制，获取上层控制优化后海上风电场调度计划，具体为：

54、基于海上风电出力数据、储能数据和负荷数据对海上风电场有功功率消纳后最大容量目标函数进行计算，以获取最大容量；

55、判断最大容量是否小于0，若是，则储能设备放电；否则，进一步判断最大容量是否小于并网最大允许传送功率，若否，则求解海上风电场最小维护成本目标函数，以使海上风电维护成本最低，获取上层控制优化后海上风电场调度计划。

56、进一步地，所述的一种海上风电及储能参与的有功功率协调控制系统，还包括约束模块，所述约束模块用于为所述储能多目标函数优化调度模型和优化调度模型构建功率平衡约束、海上风电场有功功率平衡约束和储能充放电约束。