[发明专利]计及电网频率和电压支撑的储能系统优化控制方法及系统

权利要求书

1.一种计及电网频率和电压支撑的储能系统优化控制方法，其特征在于，包括：

根据获取的电力网络结构信息、电源信息、负荷用户信息和储能系统的物理信息，构建储能系统参与电力调频的第一模型以及储能系统参与电网调压的第二模型，其中，所述第一模型中包含电力系统调频控制过程的有功功率约束条件和在所述有功功率约束条件下的调频控制目标函数，所述第二模型中包含电力系统调压控制过程的运行约束条件和在所述运行约束条件下的调压控制目标函数；

其中，所述有功功率约束条件包括：

系统频率变化率与有功功率变化量的微分方程，系统等效惯量约束、火电机组有功功率变化量约束、光伏电站有功功率变化量约束、风电场有功功率变化量约束、储能系统有功功率变化量约束、储能能量状态约束、频率最大偏差、频率偏差变化率约束、电源额定功率约束、火电机组爬坡速率约束以及储能能量状态限值约束，具体计算式为：

，

式中，为电网额定频率，为系统等效惯量，为系统容量，为在t时刻系统频率的变化量，为系统等效阻尼系数，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的有功功率变化量，为第i个电力系统节点在t时刻光伏电站的有功功率变化量，为第i个电力系统节点在t时刻风电场的有功功率变化量，为第i个电力系统节点在t时刻储能系统的有功功率变化量，为第i个电力系统节点在t时刻负荷用户的有功功率变化量；

，

式中，为惯量系数，为第i个电力系统节点上火电机组的惯量系数，为第i个电力系统节点上火电机组额定功率，为第i个电力系统节点上光伏电站的惯量系数，为第i个电力系统节点上光伏电站的额定功率，为第i个电力系统节点上风电场的惯量系数，为第i个电力系统节点上风电场的额定功率，为第i个电力系统节点上储能系统的惯量系数，为第i个电力系统节点上储能系统的额定功率；

，

式中，为在t时刻系统频率，为在初始时刻系统频率，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点在初始时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻光伏电站的有功功率，为第i个电力系统节点在初始时刻光伏电站的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻风电场的有功功率，为第i个电力系统节点在初始时刻风电场的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻储能系统的有功功率，为第i个电力系统节点在初始时刻储能系统的有功功率；

，

式中，为第i个电力系统节点上储能系统时刻的能量状态，为第i个电力系统节点上储能系统t时刻的能量状态，为储能系统充电效率，为时间间隔，为第i个电力系统节点上储能系统容量，为储能系统放电效率；

，

式中，为频率偏差允许阈值，为频率变化率允许阈值，为第i个电力系统节点上光伏电站在t时刻的最大输出有功功率，为第i个电力系统节点上风电场在t时刻的最大输出有功功率，为第i个电力系统节点上储能系统在t时刻的无功功率；

，

式中，为第i个电力系统节点在时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点上火电机组的爬坡阈值；

，

式中，为第i个电力系统节点上储能系统能量状态的下限值，为第i个电力系统节点上储能系统能量状态的上限值；

在所述有功功率约束条件下的调频控制目标函数具体为：火电机组有功功率最小化以及新能源有功功率输出最大化，表达式为：

，

式中，为电力系统节点数量，为预测步长，为时间间隔；

其中，所述运行约束条件包括：

电力系统有功功率约束、电力系统无功功率平衡约束、节点电压与电力约束、火电机组额定功率约束、最大有功调节量约束、最大无功调节量约束、爬坡速度约束、光伏电站有功功率输出约束、风电场有功功率输出约束，储能能量平衡约束、能量状态限值和额定功率约束；

，

式中，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻储能系统的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻光伏电站的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻风电场的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻负荷用户的有功功率，为t时刻第i个电力系统节点向第j个电力系统节点输出的有功功率，为t时刻第i个电力系统节点向第j个电力系统节点输出的电流，为节点j与节点i之间电阻，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的无功功率，为第i个电力系统节点在t时刻储能系统的无功功率，为第i个电力系统节点在t时刻负荷用户的无功功率，为t时刻第i个电力系统节点向第j个电力系统节点输出的无功功率，为节点j与节点i之间阻抗；

，

式中，为在t时刻节点i电压，为在t时刻节点j电压；

，

式中，为第i个电力系统节点上储能系统时刻的能量状态，为第i个电力系统节点上储能系统t时刻的能量状态，为储能系统充电效率，为第i个电力系统节点在t时刻储能系统的有功功率，为时间间隔，为第i个电力系统节点上储能系统容量，为储能系统放电效率；

，

式中，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻火电机组的无功功率，为第i个电力系统节点上火电机组额定功率，为第i个电力系统节点上火电机组最小输出有功功率，为第i个电力系统节点上火电机组最大输出有功功率，为第i个电力系统节点在时刻火电机组的有功功率，为第i个电力系统节点上火电机组的爬坡阈值，为第i个电力系统节点上火电机组最小输出无功功率，为第i个电力系统节点上火电机组最大输出无功功率，为第i个电力系统节点在t时刻光伏电站的有功功率，为第i个电力系统节点上光伏电站在t时刻的最大输出有功功率，为第i个电力系统节点在t时刻风电场的有功功率，为第i个电力系统节点上风电场在t时刻的最大输出有功功率，为节点i电压下限值，为节点i电压上限值，为支路最大通过电流，为第i个电力系统节点上储能系统能量状态的下限值，为第i个电力系统节点上储能系统能量状态的上限值，为第i个电力系统节点上储能系统的额定功率；

在所述运行约束条件下的调压控制目标函数具体为：在预测时段内储能系统输出有功功率和无功功率平方和最小化，即储能系统出力最小，表达式为：

，

式中，为电力系统节点数量，为预测步长，为时间间隔，为第i个电力系统节点上储能系统在(t₀+kΔt)时刻输出的有功功率，为第i个电力系统节点上储能系统在(t₀+kΔt)时刻输出的无功功率，t₀表示当前时刻；

获取在未来T时段内电力系统各节点上的预测功率值；

初始化储能系统在未来T时段内的无功功率输出序列以及最大迭代次数；

将所述无功功率输出序列输入至所述第一模型中，并基于所述预测功率值计算得到储能系统用于调频的最优输出有功功率序列，以及将所述最优输出有功功率序列输入至所述第二模型中，并基于所述预测功率值计算得到储能系统用于调压的最优输出无功功率序列；

判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数；

若未达到，则判断相邻两次迭代间的有功功率输出序列误差是否大于第一设定阈值和无功功率输出序列误差是否大于第二设定阈值；

若相邻两次迭代间的有功功率输出序列误差不大于第一设定阈值和无功功率输出序列误差不大于第二设定阈值，则获取当前时刻储能系统优化控制的有功功率和无功功率，并进入下一时刻的优化控制。