[发明专利]一种考虑储能容量优化的风-储联合系统调频控制方法

权利要求书

1.一种考虑储能容量优化的风-储联合系统调频控制方法，其特征在于：该方法以风-储联合系统总成本最小为目标，建立考虑经济性的储能容量优化模型，配置风-储联合系统中储能的调频容量，实现风-储联合系统中风电与储能动态协同运行参与系统频率调节；包括以下步骤：

步骤1、建立考虑经济性的储能容量优化配置模型，确定风电场所需最佳储能容量配置；

步骤2、设计风-储联合系统动态频率响应模糊控制器，制定基于模糊逻辑的风电储能协同控制策略。

2.根据权利要求1所述考虑储能容量优化的风-储联合系统调频控制方法，其特征在于：步骤1的实现具体包括以下步骤：

步骤1.1、建立储能容量优化模型；

步骤1.1.1、储能容量优化模型的目标函数为系统调频运行总成本最小，成本函数由运行总成本和调频收益之差得到：

minF＝C_total-I_total

其中，F为系统调频运行总成本，C_total为风-储联合系统的运行总成本，I_total为调频收益；

1)风-储联合系统的运行总成本为：

C_total＝C_con+C_dam+C_soc+C_cha

其中，C_con为储能设备投资建设成本，C_dam为储能运行过程中的衰减损耗，C_soc为储能的SOC越限惩罚成本，C_cha为风机减载运行所造成的机会成本；

1.1)C_con储能设备投资建设成本为：

C_con＝λ_vV_r+λ_pP_r

式中，λ_v为单位容量价格；λ_p为单位功率价格；V_r为储能的额定容量，单位为MWh；P_r为储能的额定功率，单位为MW；

1.2)C_dam储能运行过程中的衰减损耗为：

式中，β_v为储能衰减损耗系数；P_es,t为储能参与调频的有功输出值；t₀、t_s分别为优化运行的起止时刻；

1.3)C_soc储能的SOC越限惩罚成本为：

式中，α_SOC为储能SOC越限成本系数；t₀、t_s分别为优化运行的起止时刻；SOC_t为t时刻储能的SOC值；SOC_max、SOC_min为储能SOC值的上下限值；μ_H为储能在SOC_t＞SOC_max时的类型标志，μ_L为储能在SOC_t＜SOC_min时的类型标志；

1.4)C_cha风机减载运行所造成的机会成本，即风机减载运行所损失的收益为：

式中，τ_t为市场电价；γ_t为风机减载备用水平；P_MPPT,t为风机MPPT控制模式下的有功输出；t₀、t_s分别为优化运行的起止时刻；

2)I_total调频收益计算公式如下：

式中，η_req为风-储联合系统调频电能的单位补偿价格；P_w,t为风机参与调频的有功输出值，P_es,t为储能参与调频的有功输出值；t₀、t_s分别为优化运行的起止时刻；

步骤1.1.2、约束条件包括：储能系统SOC约束，储能系统充放电功率约束，风电机组调频功率约束；

1)风-储联合系统调频过程中储能系统的SOC满足约束条件：

SOC_c,min≤SOC_c,t≤SOC_c,max

SOC_d,min≤SOC_d,t≤SOC_d,max

式中，SOC_c,t为充电过程中t时刻储能的SOC值；SOC_d,t为放电过程中t时刻储能的SOC值；SOC_c,min，SOC_c,max为充电过程中储能系统SOC的最大值和最小值；SOC_d,min，SOC_d,max为放电过程中储能系统SOC的最大值和最小值；

2)储能系统充放电功率应满足约束：

P_c,min≤P_c,t≤P_c,max

P_d,min≤P_d,t≤P_d,max

式中，P_c,t为充电过程中t时刻储能的充电功率；P_d,t为放电过程中t时刻储能的放电功率；P_c,min，P_c,max为储能的最小充电功率和最大充电功率；P_d,min，P_d,max为储能的最小放电功率和最大放电功率；

3)风电机组在调频过程中，参与调频的出力与其留备用水平之间应满足约束关系，风机增发出力不超过其有功备用裕度，满足约束条件：

0≤ΔP_W,t≤γ_t·P_MPPT,t；

式中，ΔP_W,t为风机参与频率响应的有功出力变化量；P_MPPT,t为风机MPPT控制模式下的有功输出；γ_t为风机减载备用水平；

步骤1.2、PSO算法对储能容量优化模型进行求解，得到所需配置的储能容量方案。

3.根据权利要求1所述考虑储能容量优化的风-储联合系统调频控制方法，其特征在于：步骤2的实现具体包括以下步骤：

步骤2.1、设计风-储联合系统动态频率响应模糊控制器，确定控制器输入与输出量；

步骤2.1.1将风机减载运行水平χ_t，储能荷电状态SOC_t，作为模糊控制器的输入变量；

步骤2.1.2、风机减载留备用百分比的函数χ_t反映风机在t时刻能够参与频率调节的能力，计算公式如下：

式中，ΔP_R,t为t时刻系统的调频需求；γ_t为风机减载留备用水平；P_m,t为t时刻风机运行于MPPT模式下的有功出力；

步骤2.1.3、模糊控制器的输出为系统调频分配系数ε_t，当风-储联合系统的总调频需求一定时，风机和储能进行频率响应承担的调频功率ΔP_W,t和ΔP_ES,t由系统调频分配系数动态决定：

ΔP_W,t和ΔP_ES,t分别为t时刻风机和储能进行频率响应的有功出力变化量，ε_t为分配系数，当风-储联合系统的总有功调频需求一定时，ΔP_W,t和ΔP_ES,t为由ε_t决定的互补关系；

步骤2.2、制定模糊逻辑推理规则，得到风电、储能协同控制策略；

选择三角形与梯形隶属度函数，进行输入输出空间的模糊分割，进行控制；

对于输入变量SOC_t和χ_t，以及输出变量ε_t，定义五种模糊语言变量来描述输入变量的状态：VL为非常低；L为低；M为中；H为高；VH为非常高；分别针对频率升高和频率降低场景定义相应的模糊逻辑推理规则。