一種發電側配置電池儲能系統參與電網深度調峰的運行控制方法與流程

本發明涉及火電廠調峰的控制方法，具體涉及一種發電側配置電池儲能系統參與電網深度調峰的運行控制方法。

背景技術：
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在發電側建設的電儲能設施，可與機組聯合參與調峰調頻，或作為獨立主體參與輔助服務市場交易，電力輔助服務可按照對系統實際貢獻獲得補償。當前，在火電廠計量出口內建設的電儲能設施，與機組聯合參與調峰，按照深度調峰管理、費用計算和補償已經成為可行的技術方案。

目前，具有循環壽命長、放電深度大、儲能時間長等優點的電池儲能系統在技術上已經可以實現，從技術上來說，可以成為優質的電力電網調峰資源，不但從調峰容量上可為電網提供支撐，還可以從降低電網備用容量、延緩輸配電走廊擴容、提高其他發電機組的運行效率等方面獲益，從發電廠度來講，為電網提供輔助服務是有可能獲取額外收益的途徑之一，并且優化的運行控制方法，還可以提高火電機組的運行效率，使得聯合發電系統獲取收益，是值得嘗試的。

由此而引發的對火電-電池儲能聯合系統的控制，特別是基于效益最大化的控制成為了迫切的需求。

技術實現要素：
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本發明目的在于，構建火電-電池儲能聯合系統的控制方法。

該控制方法的核心理念：在負荷谷荷時段電池儲能系統充電，聯合系統對外表現降出力，參與電網深度調峰獲取收益，并且在負荷非谷荷時段，控制電池儲能系統放電，通過增加火電機組上網電量獲取收益。具體技術方案如下：

一種發電側配置電池儲能系統參與電網深度調峰的運行控制方法，過程如下：

首先，基于電網負荷預測曲線，劃分負荷區間，負荷小于的時段為負荷谷荷區T₁，負荷大于的時段為負荷峰荷區T₃，其余時段為負荷平荷區T₂；為負荷谷荷限值，為峰荷限值；

當運行在負荷谷荷區，火電機組降出力或不降出力運行，電池儲能系統充電，使得火電-電池儲能聯合系統對外表現為降出力運行，參與電網調峰，獲取調峰收益，電池儲能系統在谷荷區吸收電量E₁；

當運行在負荷平荷區或負荷峰荷區，控制電池儲能系統放電，同時保證火電-電池儲能聯合系統的出力不超過調度下發的發電計劃，并且保證聯合系統的出力波動不與負荷波動趨勢相逆反，并保證在日內電池儲能系統充放電量相平衡，即E₁＝E₂+E₃。

作為優選方案之一，控制參數為：負荷谷荷區時段電池儲能系統的充電功率、負荷谷荷區時段火電機組的發電功率、負荷峰荷區或負荷平荷區時段電池儲能系統的放電功率、負荷峰荷區或負荷平荷區時段火電機組的發電功率；

目標函數為：

Pro_{_1}為負荷谷荷段，聯合系統參與電網深度調峰獲取的調峰收益；Pro_{_2}為電池儲能系統在負荷平荷段或峰荷段，放電獲取的上網電價收益；C₁為第一檔調峰報價單價；C₂為第二檔調峰報價單價，σ₁％為第一檔調峰深度限值；σ₂％為第二檔調峰深度限值；為k時段火電廠上網電量單價；n為負荷谷荷持續時長，表示k時刻聯合發電機組的發電負荷率，表示火電廠發電機組的額定功率，為k時刻電池儲能系統的出力功率；

求解目標函數最大化對應的負荷谷荷區時段電池儲能系統的充電功率、負荷谷荷區時段火電機組的發電功率、負荷峰荷區或負荷平荷區時段電池儲能系統的放電功率、負荷峰荷區或負荷平荷區時段火電機組的發電功率。

作為優選方案之二，所述火電機組的發電功率同時滿足如下控制條件：

控制條件一：

控制條件二：

為火電機組k時刻出力功率，為火電機組最小出力功率，為火電機組最大出力功率，為調度下發的k時刻調度計劃的約束條件。

作為優選方案之三，電池儲能系統的儲電功率或放電功率滿足如下控制條件：

為k時刻電池儲能系統的荷電量，為初始時刻電池儲能系統的荷電量，為k時刻電池儲能系統的出力功率，當表示電池儲能系統放電，表示電池儲能系統充電，為電池儲能系統的充電功率，為電池儲能系統的額定功率，為電池儲能系統的額定容量。

作為優選方案之四，電池儲能系統的儲電功率或放電功率、火電機組的發電功率同時滿足如下條件，

條件一：

條件二：

表示電池儲能系統的放電效率，表示k時刻聯合發電機組的發電負荷率，表示調度下發的k時刻火電廠的發電負荷率，火電與電池儲能聯合系統的發電負荷率應不大于調度下發的負荷率；為k時刻火電機組-電池儲能聯合系統的發電功率，為k時刻電網的負荷值。

作為優選方案之五，負荷谷荷區時段電池儲能系統的充電功率、負荷谷荷區時段火電機組的發電功率控制條件滿足如下條件：

C₁為第一檔調峰報價單價；C₂為第二檔調峰報價單價；σ₁％為第一檔調峰深度限值；σ₂％為第二檔調峰深度限值；n為負荷谷荷持續時長，Pro_{_1}為負荷谷荷段，聯合系統參與電網深度調峰獲取的調峰收益，E₁為谷荷段電池儲能系統的累計充電電量。

作為優選方案之六，負荷峰荷區或負荷平荷區時段電池儲能系統的放電功率、負荷峰荷區或負荷平荷區時段火電機組的發電功率控制條件滿足如下條件：

Pro_{_2}為電池儲能系統在負荷平荷段或峰荷段，放電獲取的上網電價收益，為k時段火電廠上網電量單價。

作為優選方案之七，在確定負荷區之前，確定當日的負荷預測曲線。

作為優選方案之八，E₁等于電池儲能系統的額定容量。

作為優選方案之九，所述電池儲能系統為液流電池儲能系統。

本發明相對于現有技術的優點在于：

(一)本發明克服了單純火電機組存在的如下問題：火電機組在電網負荷谷荷時段不參與電網調峰，會被電網考核，分攤電力電網調峰費用，若參與電網調峰可獲取調峰收益，但需要降出力，減少了日發電總量，并且降出力會造成燃煤發電效率下降。

(二)配備儲能系統后，在電網谷荷調峰時段，控制電池儲能系統吸收火電機組的部分發電量，使得火電機組在電網調峰時段不降出力或少降出力，但對外表現為較大程度上的降出力，參與了電網調峰，將獲取調峰收益，并在負荷平荷段或峰荷段，控制儲能系統放電，只要保障聯合發電機組不超過調度下發的發電計劃即可，電池儲能系統以多大的功率充電，既能保證火電機組安全穩定運行，又能使電池儲能系統發揮最大的電能存儲作用。

(三)在優選方案中，在非谷荷時段，電池儲能系統以多大功率放電，在哪個時段放電，才能保證聯合系統獲取最大收益，這是一個控制難題；本發明提出以電池儲能系統輔助火電機組參與電網調峰，以火電-電池儲能聯合系統日收益最高為目標，基于短期負荷預測曲線的聯合系統運行控制方法，很好地解決了這一難題。

附圖說明：

圖1是實施例中，火電-電池儲能聯合系統參與電網深度調峰的運行控制示意圖；圖1中包含三個坐標軸，坐標軸橫軸均為時間，時間軸長度均為單天，24h，第一個坐標軸為單天內的短期負荷預測曲線，首先設定負荷谷荷限值和峰荷限值負荷小于的時段為負荷谷荷區T₁，負荷大于的時段為負荷峰荷區T₃，其余時段為負荷的平荷區T₂；第二個坐標軸是日內火電機組的發電曲線示意圖，第三個坐標軸是電池儲能系統的出力曲線示意圖，在負荷谷荷區，火電機組降出力或不降出力運行，電池儲能系統充電，使得火電-電池儲能聯合系統對外表現為降出力運行，參與電網調峰，獲取調峰收益，電池儲能系統在谷荷區吸收電量E₁，鑒于電池儲能系統具有良好的深充深放性能，應保證E₁盡可能等于電池儲能系統的額定容量，然后控制電池儲能系統在平荷段或峰荷段放電，同時保證火電-電池儲能聯合系統的出力不超過調度下發的發電計劃，并且保證聯合系統的出力波動不與負荷波動趨勢相逆反，并保證在日內電池儲能系統充放電量相平衡，即E₁＝E₂+E₃。

圖2是實施例中火電-電池儲能聯合系統的運行控制流程圖；首先獲取電網負荷短期功率預測曲線，基于附圖1所述原則，劃分谷荷段、峰荷段和平荷段，接收調度下發的日前火電廠發電計劃，建立火電-電池儲能聯合系統的出力模型，建立火電-電池儲能聯合系統的日收益模型，然后采用粒子群優化算法，求解谷荷段和非谷荷段火電、電池儲能系統的出力功率值，在日內聯合系統運行控制過程中，首先判斷負荷是否處于谷荷段，若處于谷荷段，控制電池儲能系統和火電機組分別以計算得到的和出力，火電-電池儲能聯合系統對外表現為降出力，參與電網調峰獲取調峰收益，若處于非谷荷段，控制電池儲能系統和火電機組分別以計算得到的和出力，此時段內電池儲能系統放電，在滿足火電-電池儲能聯合系統出力滿足調度計劃并不與負荷波動相逆反的情況下，通過增加上網電量獲取收益。

具體實施方式：

實施例：

本實施例中，液流電池儲能系統具有循環壽命長、放電深度大、儲能時間長等優點，因此，電池儲能系統選擇液流電池系統。

步驟一：建立火電機組的發電模型。

火電機組k時刻出力功率滿足大于機組最小出力并小于調度下發的k時刻調度計劃的約束條件，調度計劃滿足不大于機組最大出力的約束條件，如式(1)所示；

火電機組滿足爬坡、降坡速率約束，如式(2)所示；

表示火電機組的最大爬坡速率，表示火電機組的最大降坡速率。

步驟二：建立液流電池儲能系統的出力模型。

運行控制指令的時間間隔為1min，

為k時刻電池儲能系統的荷電量，為初始時刻電池儲能系統的荷電量，鑒于液流電池具有優良的深充深放的性能，并且為保證電池儲能系統在谷荷時段具有較好的充電能力，所以設置在谷荷時段前液流電池儲能系統的初始荷電量為0，為k時刻電池儲能系統的出力功率，當表示電池儲能系統放電，表示電池儲能系統充電，為電池儲能系統的充電功率，為電池儲能系統的額定功率，為電池儲能系統的額定容量。

步驟三：建立火電-電池儲能聯合系統的出力模型。

設定聯合系統的k時刻總出力為為火電機組和電池儲能系統的出力之和，聯合系統出力滿足如式(4)所示約束條件；

式中，表示電池儲能系統的放電效率，表示k時刻聯合發電機組的發電負荷率，表示調度下發的k時刻火電廠的發電負荷率，火電與電池儲能聯合系統的發電負荷率應不大于調度下發的負荷率；

以保持對電網運行友好為原則，保證火電-電池儲能聯合系統在任何時段的出力變化趨勢都不與電網的負荷變化趨勢相逆反；

步驟四：獲取短期負荷預測曲線，劃分負荷時段為谷荷段、峰荷段、平荷段，定義負荷谷荷限值負荷小于的時段為負荷谷荷段，定義負荷峰荷限值負荷大于的時段為負荷峰荷段，其他時段為負荷平荷段。

步驟五：基于步驟一、二、三所建立的模型，建立火電-電池儲能聯合系統的收益模型，表1為《東北電力輔助服務市場運行規則(試行)》規定的調峰報價；其中，σ₁％的數值為40％，σ₂％的數值為50％。

表1調峰報價表

聯合系統的運行控制指令以分鐘為辨識單位；以供熱期的純凝火電機組為例，為火電機組配置電池儲能系統，聯合系統參與電網調峰可直接獲取的日收益模型包括谷荷段調峰收益和平荷段、峰荷段通過儲能放電提高的多發電量收益，谷荷段調峰收益如式(6)所示；

C₁為第一檔調峰報價單價；C₂為第二檔調峰報價單價；n為負荷谷荷持續時長，Pro_{_1}為負荷谷荷段，聯合系統參與電網深度調峰獲取的調峰收益，E₁為谷荷段電池儲能系統的累計充電電量，鑒于液流電池儲能系統具有優良的深充深放性能，為了發揮電池儲能系統參與調峰的容量作用，保證在谷荷時段電池儲能系統將電量充滿，即

電池儲能系統在非谷荷段放電收益如式(7)所示，在該階段電池儲能系統僅放電，不充電，且為保證火電機組滿足調度計劃不被考核，聯合系統的總出力不能超過調度下發的該時段的出力限值；

Pro_{_2}為電池儲能系統在負荷平荷段或峰荷段，放電獲取的上網電價收益，為k時段火電廠上網電量單價，E₂和E₃分別為平荷段和峰荷段電池儲能系統的放電電量，為保證日內電池儲能系統的充電量和放電量平衡，需要滿足E₁＝E₂+E₃。

步驟六：求解步驟五所建立的聯合系統參與電網調峰獲取收益的模型是一個多變量、多約束的最優化問題，采用粒子群優化算法求解模型，可確定在谷荷段和非谷荷段聯合系統中火電機組和電池儲能系統的運行控制指令。

步驟6-1：獲取目標函數

Pro_{_1}為負荷谷荷段，聯合系統參與電網深度調峰獲取的調峰收

其中變量為谷荷時段電池儲能系統的充電功率、谷荷時段火電機組的發電功率、非谷荷時段電池儲能系統的放電功率和同時段內火電機組的發電功率，所述為四維變量解集；

步驟6-2：獲取所述四維變量解集和模型求解的約束范圍，包含火電機組的最大出力最小出力調度下發的出力計劃爬坡速率降坡速率和電池儲能系統的額定功率額定容量聯合系統的出力波動與負荷波動不逆反約束

步驟6-3：對步驟6-1所述收益模型進行尋優：通過采用粒子群算法獲取滿足所述目標函數的谷荷時段電池儲能系統的充電功率、谷荷時段火電機組的發電功率、非谷荷時段電池儲能系統的放電功率和同時段內火電機組的發電功率。