一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法与流程

1.本发明涉及新能源场站中储能容量配置技术领域，尤其涉及一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法。


背景技术：

2.新能源呈现爆发式增长，但伴随着新能源的大规模接入，其波动性、随机性、间歇性给电网带来了巨大的压力。由于新能源存在部分时段波动过大的情况，若新能源出力大于电网最大可接受功率时，新能源的并网功率过剩将造成多余功率溢出；若新能源出力小于电网最小可接受功率时，新能源的并网功率不足将出现功率缺额。而储能技术作为构建新型电力系统的关键技术之一，可以在功率过剩时将能量进行储存，在电网出现功率缺额时将能量进行释放，较好地平抑新能源出力波动的问题。
3.储能技术种类繁多，多元储能是指使用多种不同的储能技术和设备来储存能量，以应对不同的能源需求和应用场景。由于不同储能技术的最大响应频率能力不同，例如超级电容能够响应高频部分，其最大响应频率能力高于锂离子电池，锂离子电池相较于铅酸电池的频率响应能力较高。因此，在储能参与平抑新能源出力场景中，可以将净负荷曲线通过频域分解算法进行频率分解，根据多元储能各自的响应频率能力进行储能配置，可有效提高能源储存的灵活性和可靠性，进而增加能源的利用效率。
4.当前储能平抑新能源出力场景的容量优化配置方法包括以下几类：(1)根据新能源实际出力与电网可接受功率的差异和变化规律，直接配置储能容量大小，该类方法目前多针对单一储能容量配置，未利用多元储能以提高能源储存的灵活性和可靠性；(2)基于经济性的优化配置方法，在满足一定约束条件下，根据电价变化规律或储能投资等收益成本因素确定储能容量大小，该类方法未有效利用新能源出力波动的频域特征，较少关注储能的技术特性；(3)基于混合储能的优化配置方法，利用不同类型储能的出力特性与差异，以经济性或技术性为目标确定不同类型的储能容量方案，该类方法目前一般多针对两种储能容量配置，未考虑多元储能发展背景下多种储能类型容量配置的通用方法。当前储能参与平抑新能源场站出力波动的储能配置问题，一方面，较少考虑新能源场站输出功率与电网可接受功率之差即净负荷的频域特征；另一方面，较少考虑多元储能参与该场景下通用的容量配置方法。
5.因此，本技术针对储能参与平抑新能源场站出力波动的储能配置问题，利用频域分解算法将净负荷曲线从时域转换为频域，在考虑各多元储能的频率响应能力的基础上，提出一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法很有必要。


技术实现要素：

6.基于上述背景，本发明提供一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，利用新能源场站实际输出功率与电网可接受功率之差计算储能系统需要释放或者消纳的净负荷功率，将生成的净负荷曲线通过频域分解算法转换成频域，利用频域范围及项目需求确
定多元储能类型，结合各多元储能的频率响应能力确定各多元储能实际响应的频率工作段及时域部分，通过时域部分确定各多元储能容量配置，实现科学化、高效化地解决多元储能参与平抑新能源出力的储能容量配置问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，所述方法具体包括如下步骤：
8.步骤s1.输入典型日，根据新能源场站实际输出功率p0(t)与电网可接受功率pj(t)，计算净负荷功率pn(t)；
9.步骤s2.根据所述步骤s1将生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，得到频域数据，该频域的上下限分别为f
high
、f
low
；
10.步骤s3.根据频域特性及项目配置需求，确定配置n种多元储能，第i种储能的频率响应范围为[f
i_min
,f
i_max
](i＝1,2,
…
n)；
[0011]
步骤s4.确定步骤s3中各个多元储能实际响应净负荷曲线的频率工作段；
[0012]
步骤s5.根据步骤s4中各个多元储能实际响应的频率工作段确定需要响应的时域部分；
[0013]
步骤s6.确定各个多元储能容量配置的额定功率，其中第i个多元储能额定功率为p
i_rated
；
[0014]
步骤s7.计算时间周期内各个多元储能累计充放电能量之和，其中第i个多元储能在t时刻的能量容量为ei(t)；
[0015]
步骤s8.确定各个多元储能容量配置的额定能量容量。
[0016]
进一步的，所述步骤s2将生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，具体为：采用快速傅里叶变换算法将净负荷功率pn(t)分解后得到频域数据，该频域上下限分别为f
high
、f
low
。
[0017]
进一步的，所述步骤s2具体采用的公式如下：
[0018][0019]
其中，m为采样点数，f为频率，x[f]为频域数据，x(t)为时间周期信号。
[0020]
进一步的，所述步骤s3中随着序号i的递增，储能高频响应能力依次增加；
[0021]
具体为：f
n_max
》f
n-1_max
》
…f2_max
》f
1_max
；
[0022]
其中，当i＝1时，f
1_min
≤f
low
；
[0023]
当i＝n时，f
n_max
≥f
high
。
[0024]
进一步的，所述步骤s4具体为：
[0025]
当i＝1、2、
…
、(n-1)、n时，多元储能实际响应的频率工作段为[f
low
,f
1_max
]、(f
1_max
,f
2_max
]、
…
、(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]、(f
(n-1)_max
,f
high
]。
[0026]
进一步的，所述步骤s5具体为：当第i个多元储能响应对应频率工作段的净负荷为pi(t)：
[0027]
p1(t)＝f-1
[s[f1]] f1∈[f
low
,f
1_max
]
[0028]
p2(t)＝f-1
[s[f2]] f2∈(f
1_max
,f
2_max
]
[0029]
p3(t)＝f-1
[s[f3]] f3∈(f
2_max
,f
3_max
]
[0030]
......
[0031]
p
n-1
(t)＝f-1
[s[f
n-1
]]f1∈(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]
[0032]
pn(t)＝f-1
[s[fn]] f1∈(f
(n-1)_max
,f
high
]
[0033]
其中，s[fi](i＝1,2,
…
n)为净负荷对应频段的频域值，f-1
[
·
]为快速傅里叶逆变换函数。
[0034]
进一步的，所述步骤s6中第i个多元储能额定功率p
i_rated
采用的计算公式如下：
[0035]
p
i_rated
＝max(|p
i_min
|,|p
i_max
|)
[0036]
其中，p
i_min
、p
i_max
分别为第i个多元储能响应对应频段的净负荷的最小值以及最大值，即：
[0037][0038][0039]
进一步的，所述步骤s7中第i个多元储能在t时刻的能量容量ei(t)采用的计算公式如下：
[0040][0041]
其中，
△
t为时间间隔。
[0042]
进一步的，所述步骤s8具体为：第i个多元储能额定能量容量ei_
rated
：
[0043]ei_rated
＝max(|e
i_min
|,|e
i_max
|)
[0044]
其中，e
i_min
、e
i_max
分别为第i个多元储能频段中累计充放电能量之和的最小值以及最大值，即：
[0045][0046][0047]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，利用新能源场站实际输出功率与电网可接受功率之差计算储能系统需要释放或者消纳的净负荷功率，将生成的净负荷曲线通过频域分解算法转换成频域，利用频域范围及项目需求确定多元储能类型，根据多元储能各自的响应频率能力，能够快速确定各多元储能实际响应的频率工作段及时域出力部分；
[0048]
通过储能实际响应的频率工作段及时域出力部分确定各多元储能容量配置，实现科学化、高效化地解决了多元储能参与平抑新能源出力的储能容量配置问题，该方法便捷、科学且易操作。
附图说明
[0049]
图1为本发明实施流程示意图。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，利用新能源场站实际输出功率与电网可接受功率之差计算储能系统需要释放或者消纳的净负荷功率，将生成的净负荷曲线通过频域分解算法转换成频域，利用频域范围及项目需求确定多元储能类型，结合各多元储能的频率响应能力确定各多元储能实际响应的频率工作段及时域部分，通过时域部分确定各多元储能容量配置方案，实现科学化、高效化地解决多元储能参与平抑新能源出力的储能容量配置问题。
[0052]
所述方法具体包括如下步骤：
[0053]
步骤s1.输入典型日，根据新能源场站实际输出功率p0(t)与电网可接受功率pj(t)，计算净负荷功率pn(t)；
[0054]
步骤s2.根据所述步骤s1将生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，得到频域数据，该频域的上下限分别为f
high
、f
low
；
[0055]
步骤s3.根据频域特性及项目配置需求，确定配置n种多元储能，第i种储能的频率响应范围为[f
i_min
,f
i_max
](i＝1,2,
…
n)；
[0056]
步骤s4.确定步骤s3中各个多元储能实际响应净负荷曲线的频率工作段；
[0057]
步骤s5.根据步骤s4中各个多元储能实际响应的频率工作段确定需要响应的时域部分；
[0058]
步骤s6.确定各个多元储能容量配置的额定功率，其中第i个多元储能额定功率为p
i_rated
；
[0059]
步骤s7.计算时间周期内各个多元储能累计充放电能量之和，其中第i个多元储能在t时刻的能量容量为ei(t)；
[0060]
步骤s8.确定各个多元储能容量配置的额定能量容量。
[0061]
所述步骤s1中净负荷功率pn(t)计算公式如下：
[0062]
pn(t)＝p0(t)-pj(t)；
[0063]
其中，t表示输入典型日(即：典型荷计算日)，本实施例中典型日通过聚类算法选取。
[0064]
所述步骤s2将步骤s1生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，具体为：采用快速傅里叶变换算法将净负荷功率pn(t)分解后得到频域数据，该频域的上下限分别为f
high
、f
low
；
[0065]
所述步骤s2具体采用的公式如下：
[0066][0067]
其中，m为采样点数，f为频率，x[f]为频域数据，x(t)为时间周期信号。
[0068]
所述步骤s3中随着序号i的递增，储能高频响应能力依次增加；
[0069]
具体为：f
n_max
》f
n-1_max
》
…f2_max
》f
1_max
；
[0070]
为了保证储能能够响应净负荷曲线所有频域，需要满足如下条件：
[0071]
当i＝1时，f
1_min
≤f
low
；当i＝n时，f
n_max
≥f
high
。
[0072]
所述步骤s4确定各个多元储能实际响应净负荷曲线的频率工作段，尽可能少地调用高频响应能力强的储能，则第一种多元储能实际响应的频率工作段为[f
low
,f
1_max
]、第二
种多元储能实际响应的频率工作段为(f
1_max
,f
2_max
]、
…
第(n-1)种多元储能实际响应的频率工作段为(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]、第n种多元储能实际响应的频率工作段为(f
(n-1)_max
,f
high
]；
[0073]
所述步骤s4具体为：
[0074]
当i＝1、2、
…
、(n-1)、n时，多元储能实际响应的频率工作段为[f
low
,f
1_max
]、(f
1_max
,f
2_max
]、
…
、(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]、(f
(n-1)_max
,f
high
]。
[0075]
所述步骤s5具体为：当第i个多元储能响应对应频率工作段的净负荷为pi(t)：
[0076]
p1(t)＝f-1
[s[f1]] f1∈[f
low
,f
1_max
]
[0077]
p2(t)＝f-1
[s[f2]] f2∈(f
1_max
,f
2_max
]
[0078]
p3(t)＝f-1
[s[f3]] f3∈(f
2_max
,f
3_max
]
[0079]
......
[0080]
p
n-1
(t)＝f-1
[s[f
n-1
]] f1∈(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]
[0081]
pn(t)＝f-1
[s[fn]] f1∈(f
(n-1)_max
,f
high
]
[0082]
其中，s[fi](i＝1,2,
…
n)为净负荷对应频段的频域值，f-1
[
·
]为快速傅里叶逆变换函数。
[0083]
所述步骤6中第i个多元储能额定功率pi_
rated
采用的计算公式如下；
[0084]
p
i_rated
＝max(|p
i_min
|,|p
i_max
|)
[0085]
其中，p
i_min
、p
i_max
分别为第i个多元储能响应对应频段的净负荷的最小值以及最大值，即：
[0086][0087][0088]
所述步骤s7中第i个多元储能在t时刻的能量容量ei(t)采用的计算公式如下：
[0089][0090]
其中，
△
t为时间间隔。
[0091]
所述步骤s8具体为：第i个多元储能额定能量容量e
i_rated
：
[0092]ei_rated
＝max(|e
i_min
|,|e
i_max
|)
[0093]
其中，e
i_min
、e
i_max
分别为第i个多元储能频段中累计充放电能量之和的最小值以及最大值，即：
[0094][0095][0096]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：步骤s1.输入典型日，根据新能源场站实际输出功率p0(t)与电网可接受功率p
j
(t)，计算净负荷功率p
n
(t)；步骤s2.根据所述步骤s1将生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，得到频域数据，该频域的上下限分别为f
high
、f
low
；步骤s3.根据频域特性及项目配置需求，确定配置n种多元储能，第i种储能的频率响应范围为[f
i_min
,f
i_max
](i＝1,2,
…
n)；步骤s4.确定步骤s3中各个多元储能实际响应净负荷曲线的频率工作段；步骤s5.根据步骤s4中各个多元储能实际响应的频率工作段确定需要响应的时域部分；步骤s6.确定各个多元储能容量配置的额定功率，其中第i个多元储能额定功率为p
i_rated
；步骤s7.计算时间周期内各个多元储能累计充放电能量之和，其中第i个多元储能在t时刻的能量容量为e
i
(t)；步骤s8.确定各个多元储能容量配置的额定能量容量。2.根据权利要求1所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s2将生成的净负荷曲线进行频域分解算法分解，具体为：采用快速傅里叶变换算法将净负荷功率p
n
(t)分解后得到频域数据，该频域上下限分别为f
high
、f
low
。3.根据权利要求2所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s2具体采用的公式如下：其中，m为采样点数，f为频率，x[f]为频域数据，x(t)为时间周期信号。4.根据权利要求1所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s3中随着序号i的递增，储能高频响应能力依次增加；具体为：f
n_max
>f
n-1_max
>
…
f
2_max
>f
1_max
；其中，当i＝1时，f
1_min
≤f
low
；当i＝n时，f
n_max
≥f
high
。5.根据权利要求4所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s4具体为：当i＝1、2、
…
、(n-1)、n时，多元储能实际响应的频率工作段为[f
low
,f
1_max
]、(f
1_max
,f
2_max
]、
…
、(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]、(f
(n-1)_max
,f
high
]。6.根据权利要求5所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s5具体为：当第i个多元储能响应对应频率工作段的净负荷为p
i
(t)：p1(t)＝f-1
[s[f1]]f1∈[f
low
,f
1_max
]p2(t)＝f-1
[s[f2]]f2∈(f
1_max
,f
2_max
]p3(t)＝f-1
[s[f3]]f3∈(f
2_max
,f
3_max
]......
p
n-1
(t)＝f-1
[s[f
n-1
]]f1∈(f
(n-2)_max
,f
(n-1)_max
]p
n
(t)＝f-1
[s[f
n
]]f1∈(f
(n-1)_max
,f
high
]其中，s[f
i
](i＝1,2,
…
n)为净负荷对应频段的频域值，f-1
[
·
]为快速傅里叶逆变换函数。7.根据权利要求1所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s6中第i个多元储能额定功率p
i_rated
采用的计算公式如下：p
i_rated
＝max(|p
i_min
|,|p
i_max
|)其中，p
i_min
、p
i_max
分别为第i个多元储能响应对应频段的净负荷的最小值以及最大值，即：即：8.根据权利要求1所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s7中第i个多元储能在t时刻的能量容量e
i
(t)采用的计算公式如下：其中，
△
t为时间间隔。9.根据权利要求1所述的一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤s8具体为：第i个多元储能额定能量容量e
i_rated
：e
i_rated
＝max(|e
i_min
|,|e
i_max
|)其中，e
i_min
、e
i_max
分别为第i个多元储能频段中累计充放电能量之和的最小值以及最大值，即：值，即：

技术总结
本发明公开了一种基于净负荷平抑的多元储能容量配置方法，所述方法具体包括如下步骤：步骤S1.输入典型日，根据新能源场站实际输出功率P0(t)与电网可接受功率P


技术研发人员：陈进 丁赞成 冉新涛 王长明 张永喜 杨明 薛立峰 顾世峰 姜文臣 王强 郑华 谢莉
受保护的技术使用者：国网新疆电力有限公司奎屯供电公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/23