[發(fā)明專利]利用儲能正外部性削減多風(fēng)電場棄風(fēng)的風(fēng)-儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710052137.5
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106786686B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆鋼;李軍徽;嚴(yán)干貴;國敢
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/38;H02J3/46;H02J3/48
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種利用儲能系統(tǒng)的正外部性削減多風(fēng)電場棄風(fēng)的風(fēng)-儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，其特征是，它包括以下內(nèi)容：

1)多風(fēng)電場聯(lián)合外送環(huán)境下風(fēng)電場輸電功率限額的分配原則

風(fēng)電場1、2、……、n構(gòu)成了一座風(fēng)電場群，風(fēng)電場群中的風(fēng)電場k，k＝1、2、……、n，是唯一裝有儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場；風(fēng)電場群通過一條外送輸電通道向電網(wǎng)送出風(fēng)電功率和能量，各風(fēng)電場的輸電功率限額之和等于總線路輸電功率限額∑P_lim，由式(1)求得：

∑P_lim＝P_lim1+P_lim2+…+P_limn (1)

在t時刻，若總線路輸電功率限額∑P_lim高于風(fēng)電場群功率輸出瞬時值∑P'(t)，則風(fēng)電功率將不會受到限制，風(fēng)電場群總輸出功率將等于風(fēng)電場群功率輸出瞬時值∑P'(t)；

在t時刻，若總線路輸電功率限額∑P_lim低于風(fēng)電場群功率輸出瞬時值∑P'(t)，則會產(chǎn)生棄風(fēng)；為了合理地安排風(fēng)電場群的每座風(fēng)電場的棄風(fēng)功率，風(fēng)電場群的每座風(fēng)電場獲得的輸電功率限額P_lim1、……、P_limn將根據(jù)各座風(fēng)電場的裝機(jī)容量大小來進(jìn)行分配，分配原則如式(2)：

其中，i＝1…n；P_Gi為第i座風(fēng)電場的裝機(jī)容量，∑P_Gi則代表整個風(fēng)電場群的裝機(jī)容量；P_limi代表第i座風(fēng)電場的輸電功率限額，∑P_lim則代表總線路輸電功率限額；

經(jīng)過輸電功率限額的分配，如果風(fēng)電場i的功率輸出瞬時值P_i(t)低于風(fēng)電場i的輸電功率限額P_limi，則風(fēng)電場i的輸出功率將等于P_i(t)；如果風(fēng)電場i的功率輸出瞬時值P_i(t)高于風(fēng)電場i的輸電功率限額P_limi，則風(fēng)電場i的輸出功率等于P_limi；

按式(2)分配原則，輸電功率限額得到了一定程度上的公平分配，按照對應(yīng)風(fēng)電場的裝機(jī)容量確定輸電功率限額不會使某個風(fēng)電場的輸電功率限額過于嚴(yán)苛或過于寬松，相當(dāng)于對輸電功率限額按照裝機(jī)容量進(jìn)行了加權(quán)平均；另外，由于裝機(jī)容量是事先已知的，故這樣的分配相對來講更為容易實(shí)現(xiàn)；

2)儲能系統(tǒng)的外部性

所謂儲能系統(tǒng)的外部性是指，儲能系統(tǒng)可以對風(fēng)電場群中其他未配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場的輸出功率、輸出電量、輸出功率波動特性等多種參數(shù)產(chǎn)生間接影響的儲能特性；而儲能系統(tǒng)的正外部性即是指，儲能系統(tǒng)可以對風(fēng)電場群中其他未配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場的輸出功率、輸出電量、輸出功率波動特性等多種參數(shù)產(chǎn)生有益的間接影響的儲能特性，如果風(fēng)電場群輸出功率受到了限制，而且配置了儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場又在完成了本地棄風(fēng)削減任務(wù)的基礎(chǔ)上存在剩余功率或容量，那么儲能系統(tǒng)就有可能發(fā)揮外部性，儲能系統(tǒng)正外部性的實(shí)現(xiàn)是通過降低本地風(fēng)電場的輸出功率來間接提高其他風(fēng)電場的輸電功率限額，從而使其他風(fēng)電場能夠提高輸出功率，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電輸出電量的增加；

儲能系統(tǒng)在充放電的過程中不僅要檢測本地風(fēng)電場的棄風(fēng)功率，還要同時檢測臨近的其他風(fēng)電場棄風(fēng)功率大小；也就是說，在受到額定充放電功率約束的同時，儲能系統(tǒng)要根據(jù)區(qū)域內(nèi)多個風(fēng)電場的棄風(fēng)情況來確定具體的充放電功率；

因此，t時刻的儲能功率P_ESS(t)分為兩個部分：t時刻用于減少本地風(fēng)電場棄風(fēng)的儲能功率和t時刻用于發(fā)揮儲能系統(tǒng)外部性的儲能功率和滿足式(3)關(guān)系：

t時刻用于減少本地風(fēng)電場棄風(fēng)的儲能功率和t時刻用于發(fā)揮儲能系統(tǒng)外部性的儲能功率的具體大小將根據(jù)各個風(fēng)電場的棄風(fēng)情況以及具體的控制策略而確定；

作為t時刻的儲能功率P_ESS(t)的組成部分，吸收了本地風(fēng)電場輸出功率的一部分，但這部分功率不屬于棄風(fēng)功率，減小了t時刻本地風(fēng)電場的輸出功率，因而使t時刻下其他風(fēng)電場的輸電功率限額提高了關(guān)系滿足式(4)：

其中，ΔP_limi是風(fēng)電場i輸電功率限額的增加量；

換言之，根據(jù)儲能系統(tǒng)的外部性原則，儲能系統(tǒng)可以通過控制儲能充放電功率來間接改變其他風(fēng)電場的輸電功率限額，從而改變其他風(fēng)電場的輸出功率，實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)干預(yù)其他風(fēng)電場的功率輸出；

3)利用儲能系統(tǒng)的正外部性削減多風(fēng)電場棄風(fēng)的風(fēng)-儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略分析

在利用儲能系統(tǒng)的正外部性削減多風(fēng)電場棄風(fēng)的風(fēng)-儲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略下儲能系統(tǒng)的充放電策略為式(5)：

其中P_ESS(t)為t時刻的儲能功率，P_ESS(t)為正表示儲能系統(tǒng)充電，P_ESS(t)為負(fù)表示儲能系統(tǒng)放電；P_rate表示儲能系統(tǒng)的額定功率；∑P(t)為t時刻風(fēng)電場群的總輸出功率；∑P_lim為總線路輸電功率限額；W_ESS(t)為t時刻儲能系統(tǒng)中的電能量；W_rate為儲能系統(tǒng)的額定容量；

式(5)表明在受到額定功率限制的前提下，儲能功率大小取決于風(fēng)電場群的總體輸出；當(dāng)多個風(fēng)電場存在棄風(fēng)的時候，儲能功率將超過本風(fēng)電場的棄風(fēng)功率，從而對其他風(fēng)電場體現(xiàn)正外部性；

t時刻風(fēng)電場群的總輸出功率∑P(t)在數(shù)值上等于t時刻各個風(fēng)電場輸出功率之和，如式(6)：

式(6)中的P_i(t)表示第i座風(fēng)電場的輸出功率，i＝1、2、……、n；

t時刻儲能系統(tǒng)中的電能量W_ESS(t)表示為式(7)：

配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場k的t時刻的棄風(fēng)功率P_curk(t)表示為式(8)：

同理，風(fēng)電場群t時刻的棄風(fēng)功率P_∑cur(t)表示為式(9)：

儲能系統(tǒng)充放電過程中t時刻用于減少本地風(fēng)電場棄風(fēng)的儲能功率表示為式(10)：

t時刻用于發(fā)揮儲能系統(tǒng)正外部性的儲能功率表示為式(11)：

相應(yīng)的，到t時刻為止儲能系統(tǒng)用于正外部性的累計(jì)容量為式(12)：

根據(jù)儲能系統(tǒng)的正外部性原則，由于儲能系統(tǒng)存儲了超過本地棄風(fēng)功率的風(fēng)電功率，本地風(fēng)電場的輸出功率便降低到了輸電功率限額以下，其他未配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場的輸電功率限額因此而能夠得到提高，在儲能系統(tǒng)正外部性的作用下這些未配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場具備了增加功率輸出的能力；t時刻風(fēng)電場i對應(yīng)增加的風(fēng)電功率值為ΔP_i(t)，其具體取值可以由調(diào)度人員安排確定；全部n-1個未配置儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場發(fā)電功率增加量總和為其值等于風(fēng)電場群增加的總功率輸出，表示為式(13)：

和是不相等的，由于風(fēng)電場之間的匯聚效應(yīng)使得一部分風(fēng)電功率互補(bǔ)抵消，在時刻t上滿足

無儲能系統(tǒng)風(fēng)電場的總功率輸出增加以后表示為式(14)：

到t時刻為止，無儲能系統(tǒng)風(fēng)電場增加的總輸出電量表示為式(15)：

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