一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，包括：建立點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)或仿真模型，根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算在送端母線需要配置快速制動(dòng)電阻的數(shù)值，以此推算儲(chǔ)能裝置有功分量的容量；根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算在送端母線需要配置STATCOM的數(shù)值，以此推算儲(chǔ)能裝置無功分量的容量，并將以上求得的兩個(gè)容量作為優(yōu)化的下限和上限；綜合有功分量容量和無功分量容量，優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。本發(fā)明的方法能用最小的儲(chǔ)能代價(jià)得到最大的暫態(tài)穩(wěn)定性的提高，可為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的提高提供技術(shù)依據(jù)，既能充分發(fā)揮儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)提高暫態(tài)穩(wěn)定性，又能節(jié)約儲(chǔ)能裝置的成本。
【專利說明】
-種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能容量配置方法，更具體涉及一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的 儲(chǔ)能容量配置方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 按照能量的儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)化形式的不同，儲(chǔ)能技術(shù)可分為四類：機(jī)械能（如抽水蓄能、 壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等）、化學(xué)能（如鉛酸電池、鋼硫電池、液流電池、裡離子電池等化 學(xué)電池）、電磁場(chǎng)能（如超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器）和相變儲(chǔ)能（如冰蓄冷等）。在電力系統(tǒng) 中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)不同的應(yīng)用需要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電時(shí)間及功率等技術(shù)參數(shù)的要求 也不盡相同。電力系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致了其對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)要求的多樣性，很少有一種儲(chǔ)能技術(shù) 可W獨(dú)立勝任在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的所有要求。國(guó)外對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用的研究持續(xù)多 年，取得了一定的研究成果。
[0003] 目前，日本一直重視發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)及儲(chǔ)能可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用，日本在鋼硫電 池、液流電池技術(shù)等多個(gè)電池技術(shù)領(lǐng)域的研究和開發(fā)中處于領(lǐng)先地位，并已有較成熟的商 業(yè)化產(chǎn)品，已推廣應(yīng)用了一百多套，其中最大容量達(dá)到數(shù)十MW。液流電池研究上比較突出的 當(dāng)屬普能公司，容量達(dá)到MW級(jí)。在裡離子電池研究方面，美國(guó)走在世界研究的前端，美國(guó)電 力研究院巧Iectric Power Research Institute, EPRI)在2009年開展了 MW級(jí)裡離子電 池儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范應(yīng)用。美國(guó)在金融危機(jī)之后，已將大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)定位為振興經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn) 能源新政的重要支撐性技術(shù)。根據(jù)《2009美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》，美國(guó)政府在2009年上 半年已撥款20億美元用于支持包括大規(guī)模儲(chǔ)能在內(nèi)的電池技術(shù)研發(fā)。德國(guó)、澳大利亞、英 國(guó)、瑞±、韓國(guó)等國(guó)家在不同儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域取得了世界領(lǐng)先的水平。
[0004] 2011年全球儲(chǔ)能裝機(jī)是121麗，預(yù)計(jì)到2021年達(dá)到12353麗，總量增長(zhǎng)100倍，意 味著十年內(nèi)，將投資1220億美元開發(fā)儲(chǔ)能項(xiàng)目。
[0005] 在分布式儲(chǔ)能的優(yōu)化配置技術(shù)上，歐洲、美國(guó)和日本等開展了研究工作，主要集中 在儲(chǔ)能容量配置的優(yōu)化算法。歐洲的化Uad從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，通過分析成本對(duì)分布式儲(chǔ)能 系統(tǒng)凈現(xiàn)值的影響，確定了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)化策略和儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置；Pilo F采用遺傳 算法對(duì)分布式電源的位置和容量的優(yōu)化進(jìn)行了研究；歐洲的化iani研究了基于包括損耗 成本、缺電成本、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成本、電能質(zhì)量成本和電能成本最低的多目標(biāo)條件下，采用遺傳 算法獲得了分布式電源位置和容量的最優(yōu)結(jié)果。
[0006] 為平抑新能源接入電網(wǎng)后的功率波動(dòng)問題，我國(guó)也開始開展電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用 研究。上海電力公司與中國(guó)科學(xué)院娃酸鹽所合作開發(fā)大容量鋼硫儲(chǔ)能電池，目前已經(jīng)成功 研制出650AH鋼硫電池單體，電池表現(xiàn)出較良好的循環(huán)穩(wěn)定性。我國(guó)液流電池的研究始于 20世紀(jì)90年代。目前，中國(guó)電力科學(xué)研究院與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所合作已建成國(guó)內(nèi) 最大的100kW/200kWh的全饑液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。裡離子電池方面，國(guó)內(nèi)在電池管理技術(shù)上 已經(jīng)取得了一定的研究成果，對(duì)于電池成組技術(shù)則剛開始重視，比亞迪公司已研制出MW級(jí) 的裡離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
[0007] 2011年，儲(chǔ)能專委會(huì)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)先后收集到了國(guó)網(wǎng)張北風(fēng)光儲(chǔ)能項(xiàng)目、中國(guó)電 科院風(fēng)電儲(chǔ)能研究項(xiàng)目等40多個(gè)當(dāng)年實(shí)施的儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目，分別貫穿了可再生能源的接 入、輸配電、分布式發(fā)電、微網(wǎng)W及電動(dòng)汽車充放儲(chǔ)換一體化領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能技術(shù)研究及工 程應(yīng)用明顯加速，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用也發(fā)展較快。示范工程包括核工業(yè)西南物理研究院 80MW飛輪脈沖發(fā)電機(jī)組、比亞迪兆瓦級(jí)磯酸鐵裡電池儲(chǔ)能電站、張北風(fēng)光儲(chǔ)工程。
[0008] 我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。截至2010年底，我國(guó)電力儲(chǔ)能總裝機(jī)約 為16. 345GW，僅約占全國(guó)電力裝機(jī)總量的1.7%，世界平均值是3.0%。
[0009] 電池儲(chǔ)能技術(shù)因其靈活性、高效性和高適應(yīng)性在近幾年成為大規(guī)模應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù) 的熱點(diǎn)，尤其是鋼硫電池、液流電池和裡離子電池。W鋼硫電池、液流電池、裡離子電池為代 表的新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)正在向大容量、高效率、長(zhǎng)壽命、低成本、高可靠 W及智能化方向 快速發(fā)展。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)對(duì)儲(chǔ)能容量的最優(yōu)配置，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有些學(xué)者采取粒子群方法， 還有一些采取功率預(yù)測(cè)誤差方法W及考慮經(jīng)濟(jì)成本的方法，而在風(fēng)電場(chǎng)中，大都會(huì)考慮電 池壽命、過放現(xiàn)象、調(diào)度計(jì)劃及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等不一而足，到目前為止，還沒有學(xué)者從提高電 力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的角度對(duì)儲(chǔ)能容量配置進(jìn)行優(yōu)化配置的研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，所述方 法用最小的儲(chǔ)能代價(jià)得到最大的暫態(tài)穩(wěn)定性的提高。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案；一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ) 能容量配置方法，包括：
[0013] 建立點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送出系統(tǒng)的提高暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置數(shù)學(xué)模型；
[0014] 確定儲(chǔ)能裝置有功分量的容量；
[0015] 確定儲(chǔ)能裝置無功分量的容量；
[0016] 優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。
[0017] 本發(fā)明提供的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，所述數(shù)學(xué)模型 為：
[0018] 受約束條巧 …
[0019] 其中，系數(shù)a、b分別是儲(chǔ)能本體單位容量與換流器單位容量的成本系數(shù)，Qs是靠 有功分量就使儲(chǔ)能系統(tǒng)保持臨界穩(wěn)定的換流器容量，Qsve是靠無功分量使儲(chǔ)能系統(tǒng)保持臨 界穩(wěn)定的換流器容量，變量P和Q分別表示換流器中有功分量容量和無功分量容量。
[0020] 本發(fā)明提供的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，所述模型的函 數(shù)曲線是W變量Q為橫軸，變量P為縱軸的函數(shù)曲線；通過W Qs和Qsvc為半軸的楠圓弧，使 儲(chǔ)能系統(tǒng)保持穩(wěn)定的臨界穩(wěn)定域簡(jiǎn)化。
[0021] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，根 據(jù)凸函數(shù)極值定理，將式（1)所取的最小值的自變量在凸函數(shù)的邊界上，最小值的自變量 是楠區(qū)
勺第一象限；將式（1)的雙變量最小轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫兞俊?br>[0022] 本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，所 述式（1)轉(zhuǎn)化式似為：
[0023]
巧）
[0024] 對(duì)式似進(jìn)行極值判斷
時(shí)，C值最小，相應(yīng)的
[0025] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，通 過送端母線配置制動(dòng)電阻的數(shù)值確定優(yōu)化下限儲(chǔ)能裝置有功分量的容量。
[0026] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，根 據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算送端母線配置制動(dòng)電阻的數(shù)值。
[0027] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，通 過送端母線配置靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的數(shù)值，確定儲(chǔ)能裝置無功分量的容量。
[0028] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，根 據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算送端母線配置靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的數(shù)值。
[0029] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，有 功分量容量和無功分量容量，優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。
[0030] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有W下優(yōu)異效果
[0031] 1、本發(fā)明的方法能用最小的儲(chǔ)能代價(jià)得到最大的暫態(tài)穩(wěn)定性的提高；
[0032] 2、本發(fā)明的方法可為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的提高提供技術(shù)依據(jù)；
[0033] 3、本發(fā)明的方法既能充分發(fā)揮儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)提高暫態(tài)穩(wěn)定性，又能節(jié)約儲(chǔ)能裝 置的成本；
[0034] 4、本發(fā)明的方法增加和豐富了電力系統(tǒng)的有功調(diào)控手段；
[0035] 5、本發(fā)明的方法能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)暫態(tài)、動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)全過程的調(diào)控提供支撐作用。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明方法的優(yōu)化自變量區(qū)域圖；
[003引圖3為本發(fā)明方法的儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040] 實(shí)施例1 :
[0041] 如圖1-3所示，本例的發(fā)明提供一種采用儲(chǔ)能技術(shù)提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ) 能容量配置方法，建立點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)或仿真模型，根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算在送端高壓 母線需要配置快速制動(dòng)電阻的數(shù)值，W此推算儲(chǔ)能裝置有功分量的容量；根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì) 算在送端高壓母線需要配置STATCOM的數(shù)值，W此推算儲(chǔ)能裝置無功分量的容量，并將W 上求得的兩個(gè)容量作為優(yōu)化的下限和上限；綜合有功分量容量和無功分量容量，優(yōu)化求取 配置成本最小的配置容量。
[0042] 計(jì)算方法包括W下步驟：
[0043] (1)、建立點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送出系統(tǒng)的提高暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量最優(yōu)配置數(shù)學(xué)模型；
[0044] (2)、根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算在送端母線需要配置快速制動(dòng)電阻的數(shù)值，W此推算儲(chǔ) 能裝置有功分量的容量，將此作為優(yōu)化的下限；
[0045] (3)、根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算在送端母線需要配置STATCOM的數(shù)值，W此推算儲(chǔ)能裝 置無功分量的容量，并此作為優(yōu)化的上限；
[0046] (4)、綜合有功分量容量和無功分量容量，優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。
[0047] 步驟（1)建立了提高暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量最優(yōu)配置數(shù)學(xué)模型，具體表達(dá)式為：
[0048] Cl)
[0049] 其中，系數(shù)a、b分別是儲(chǔ)能本體單位容量與換流器單位容量的成本系數(shù)，Qs是僅 靠有功分量就可使系統(tǒng)保持臨界穩(wěn)定的換流器容量，Qsve是僅靠無功分量就可使系統(tǒng)保持 臨界穩(wěn)定的換流器容量，而變量P和Q分別表示換流器中有功分量容量和無功分量容量，為 簡(jiǎn)單考慮，可使系統(tǒng)保持穩(wěn)定的臨界穩(wěn)定域可用W Qs和Qsve為半軸的楠圓弧表示，其優(yōu)化自 變量區(qū)域可簡(jiǎn)化表示為如圖2所示的黑色區(qū)域。
[0050] 根據(jù)凸函數(shù)極值定理，式（1)所取的最小值的自變量一定在凸函數(shù)的邊界上，很 明顯最小值落在黑色區(qū)域中的Qs和Q SVC連接的曲線上，也就是楠圓
的第一象 限。進(jìn)而可W將式（1)的雙變量最小問題轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫兞繂栴}，即
[0051] 掛'
[005引對(duì)式似進(jìn)行常規(guī)的極值判斷，可得當(dāng)
時(shí)，C值 最小，相應(yīng)自
[0053] 如圖3所示，送端有5臺(tái)發(fā)電機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量是600MW，相應(yīng)的變壓器容量是 720麗，而發(fā)電機(jī)短路電壓百分比是18%，雙回傳輸線路長(zhǎng)度為250虹1，基準(zhǔn)電壓為SOOkV, 線路類型是4*500GLJ，受端系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，也即是說其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為無窮大。故障設(shè)置 為發(fā)生在傳輸線路送端一處的H相短路故障，故障清除時(shí)間為0.1 s。經(jīng)過系統(tǒng)仿真得到Qs =600MVA, Qsvc= 1300MVA,設(shè) a = 2, b = 1。
[0054] 于是，根據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果可得
[00 巧]
[0056]
[0057] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是；W上實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解；依然可W對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】 進(jìn)行修改或者等同替換，送些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申 請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在于：包括： 建立點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送出系統(tǒng)的提高暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置數(shù)學(xué)模型； 確定儲(chǔ)能裝置有功分量的容量； 確定儲(chǔ)能裝置無功分量的容量； 優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。2. 如權(quán)利要求1所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于：所述數(shù)學(xué)模型為：其中，系數(shù)a、b分別是儲(chǔ)能本體單位容量與換流器單位容量的成本系數(shù)，屯是僅靠有 功分量就使儲(chǔ)能系統(tǒng)保持臨界穩(wěn)定的換流器容量，Qsve是僅靠無功分量使儲(chǔ)能系統(tǒng)保持臨 界穩(wěn)定的換流器容量，變量P和Q分別表示換流器中有功分量容量和無功分量容量。3. 如權(quán)利要求2所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于：所述模型的函數(shù)曲線是W變量Q為橫軸，變量P為縱軸的函數(shù)曲線；通過W Qs和Qsvc為 半軸的楠圓弧，使儲(chǔ)能系統(tǒng)保持穩(wěn)定的臨界穩(wěn)定域簡(jiǎn)化。4. 如權(quán)利要求3所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于；根據(jù)凸函數(shù)極值定理，將式（1)所取的最小值的自變量在凸函數(shù)的邊界上，最小值的自 變量是楠圓的第一象限；將式（1)的雙變量最小轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫兞俊?. 如權(quán)利要求4所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于：所述式（1)轉(zhuǎn)化式似為：5. t. 0《P《Qs 對(duì)式（2)進(jìn)行極值判斷，單時(shí)，C值最小， 相應(yīng)的6. 如權(quán)利要求1所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于；通過送端母線配置制動(dòng)電阻的數(shù)值確定優(yōu)化下限儲(chǔ)能裝置有功分量的容量。7. 如權(quán)利要求6所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于；根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算送端母線配置制動(dòng)電阻的數(shù)值。8. 如權(quán)利要求1所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于；通過送端母線配置靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的數(shù)值，確定儲(chǔ)能裝置無功分量的容量。9. 如權(quán)利要求8所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征在 于；根據(jù)控制目標(biāo)，計(jì)算送端母線配置靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的數(shù)值。10. 如權(quán)利要求1所述的一種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能容量配置方法，其特征 在于；有功分量容量和無功分量容量，優(yōu)化求取配置成本最小的配置容量。
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK105846421SQ201510014652
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日
【發(fā)明人】秦曉輝, 王義紅, 李柏青, 周勤勇
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)江西省電力公司