基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法与流程

本发明涉及电力系统调频性能分析领域，尤其涉及一种基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法。

背景技术：

1、随着新能源的不断发展，其在电网中的占比越来越高。然而，由于传统新能源发电机组采用被动跟网型控制，系统频率和电压抗扰能力不断减弱，容易引发类似英国“8.9”大停电等严重事故。在全网推广的新能源快频响应改造中，仅具备高频工况下的主动调频支撑能力，难以实现低频工况下的主动调频支撑。因此，新能源电站配置储能是实现新能源电站主动调频支撑的理想方式。然而，大规模新能源、储能并网后电力系统旋转惯量明显下降，突发扰动后的频率支撑能力不足。因此，如何协调不同时间尺度的调频资源以实现快速频率响应仍然是一个需要深入研究的问题。

2、快速频率响应是指在电力系统中，通过快速调用新能源发电设备、储能装置或常规电网的功率供给能力来维持电网功率的平衡，进而稳定系统频率的能力。新能源发电设备具有较大的波动性和不可控性，而快速调频技术可以迅速响应电网的波动需求，实现电网有功功率平衡。目前，含有高比例新能源发电设备的低惯量系统快速调频的相关研究主要包括电源侧及储能侧的优化控制及配置两方面。

3、其中，对于新能源发电设备侧的研究，国内外学者已经进行了大量的探索和实践。研究人员通过建立快速响应模型，探究新能源发电设备在电网平衡中的应用，主要开展了新型控制技术的研究工作，针对不同类型的新能源发电设备，进行了相关的调频特性研究和技术探索。例如，针对风电场可以采用虚拟同步机或下垂控制等构网型控制策略，一定程度上提高了风电场的快速调频能力，但受限于控制器调节频率过高，目前还无法应对大规模、低频率的功率扰动的情况。

4、与之对应，基于大规模储能装置的快速调频技术目前研究较少、潜力巨大：理论分析表明通过配置大量储能装置可显著提升低惯量系统的频率快速响应响应能力，维护了电网的平衡，但大规模储能配置后成本剧增，具有较大优化空间。目前，多数储能装置的尺寸和放置技术都与减少损耗、动态频率调节和平滑功率输出有关，而针对快速频率响应的专用储能装置的容量估计、位置优化和运行设计的研究很少。且现有研究为降低研究复杂度，假设用于快速频率响应的储能装置规模、位置和运行是解耦的，优化配置方案必然存在不准确性，导致配置冗余度过大，经济性欠缺。

5、综上，如何在储能装备配置地点和容量交互耦合的实际情况下，利用储能装置的最优配置提升低惯量系统的快速频率响应能力、降低配置成本已成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对低惯量系统快速调频能力欠缺的场景，提供一种基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法，能够提升系统在新能源供给功率大幅波动的工况下的快速频率响应能力。

2、根据本公开的一方面，提供了一种基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法，包括：

3、建立储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下的频率响应特性；

4、基于所述频率响应特性，确定所述储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下对应的平均频率偏差指标；

5、根据各平均频率偏差指标，确定所述储能装置的最优配置地点；

6、在所述最优配置地点处，确定所述储能装置的最优配置功率；

7、根据所述储能装置的最优配置功率，确定所述储能装置在所述最优配置地点处的最优配置容量。

8、在第一方面的一些可实现方式中，所述建立储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下的频率响应特性，包括：

9、基于基尔霍夫电流定律，确定所述低惯量系统在稳态点时各母线节点的电流及功率平衡关系；

10、根据所述电流及功率平衡关系，建立功率波动情况下储能装置的不同配置地点与低惯量系统频率响应关系；

11、根据所述储能装置的不同配置地点与低惯量系统频率响应关系，确定储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下的频率响应特性。

12、在第一方面的一些可实现方式中，所述基于所述频率响应特性，确定所述储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下对应的平均频率偏差指标，包括：

13、根据所述频率响应特性，确定用于表征储能装置的不同配置地点对母线频率影响关系的第一中间变量和第二中间变量；

14、根据所述第一中间变量和第二中间变量确定所述储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下对应的平均频率偏差指标。

15、在第一方面的一些可实现方式中，所述根据各平均频率偏差指标，确定所述储能装置的最优配置地点，包括：

16、以任一母线位置作为所述储能装置的安装地点，并通过各向量分别表征所述储能装置在各安装地点处对应的平均频率偏差指标；

17、将所述各向量向参考向量方向进行投影，将投影点最小的向量对应的安装地点作为储能装置的最优配置地点。

18、在第一方面的一些可实现方式中，所述在所述最优配置地点处，确定所述储能装置的最优配置功率，包括：

19、在所述最优配置地点处，确定所述储能装置所配置功率与所述平均频率偏差指标的迭代关系；

20、根据所述储能装置所配置功率与所述平均频率偏差指标的迭代关系，利用步长缩减迭代法确定所述储能装置的最优配置功率。

21、在第一方面的一些可实现方式中，所述根据所述储能装置的最优配置功率，确定所述储能装置在所述最优配置地点处的最优配置容量，包括：

22、根据所述储能装置的最优配置功率，结合储能装置的实用效率以及储能装置的荷电状态约束，确定所述储能装置在所述最优配置地点处的最优配置容量。

23、在第一方面的一些可实现方式中，所述方法还包括：

24、对所述储能装置的最优配置地点和最优配置容量的快速频率响应特性，进行有效性校验。

25、根据本公开的第二方面，提供一种基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应装置，该装置包括：

26、建立模块，用于建立储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下的频率响应特性；

27、确定模块，用于基于所述频率响应特性，确定所述储能装置安装在不同母线节点时，低惯量系统在各控制时刻下对应的平均频率偏差指标；

28、所述确定模块，还用于根据各平均频率偏差指标，确定所述储能装置的最优配置地点；

29、所述确定模块，还用于在所述最优配置地点处，确定所述储能装置的最优配置功率；

30、计算模块，用于根据所述储能装置的最优配置功率，确定所述储能装置在所述最优配置地点处的最优配置容量。

31、根据本公开的第三方面，提供一种电子设备，包括处理器，以及与处理器连接的内存和网络接口；所述网络接口与服务器中的非易失性存储器连接；所述处理器在运行时通过所述网络接口从所述非易失性存储器中调取计算机程序，并通过所述内存运行所述计算机程序，执行如上述所述的基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法。

32、根据本公开的第四方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上所述的基于储能装置优化配置的低惯量系统快速频率响应方法。