基于重力储能的电网日前调度方法、装置、介质及产品

本发明涉及电力系统规划运行领域，特别是涉及一种基于重力储能的电网日前调度方法、装置、介质及产品。

背景技术：

1、风光资源具有强随机性、波动性特点，风电和太阳能发电给电力系统的供需平衡带来严峻挑战。在大规模风光并网后，电力系统需要有足够的调节能力应对可再生能源电源随机波动性给电网带来的负面冲击。

2、风光等波动性电源成为供电主体，电力系统本征特性改变。随着电力系统对调节能力需求的提升和新能源开发消纳规模的不断扩大，新型储能产业呈现快速发展态势。

3、在用电负荷侧，钢铁厂作为大型工业企业，用电需求通常集中在特定的生产时间，尤其是在生产高峰期时，可能导致电网在这些时间段内面临额外的负荷压力超出电网的容量范围，引发电力供应紧张或系统过载。在发电侧，风力发电受到自然环境影响大，电力输出不稳定，会出现发电与实际用电负荷不对称的情况，造成极高的弃风弃光率，此时电力系统需要依赖其他能源来满足电力需求。

4、因此，考虑到我国具备极高的钢铁生产能力条件，随着全球钢铁需求波动，预计碳达峰和碳中和年存在大量的钢铁储备，若可作为重力储能材料，与传统水泥石块和沙石相比，具有更高的能量密度和更低的价格。参考现有重力储能前期储能重物块成本，可以直接利用钢铁厂内现有的成品，不影响生产流程的同时，减少材料投资，可以节省上亿元的成本。此外，钢铁厂建立储能电站还能够提供一个可靠的能源备份，以应对电力系统的突发需求或停电情况。通过联合风力发电和储能系统，钢铁厂可以更加灵活地管理电力供应和需求之间的平衡，优化电力利用效率，降低能源成本，并在需要时向电力系统提供稳定的电力输出。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于重力储能的电网日前调度方法、装置、介质及产品，通过重力储能的方式提高了电力储能的转化效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于重力储能的电网日前调度装置，所述基于重力储能的电网日前调度装置包括：

4、梯形塔台式重力储能模块，用于：

5、在充电状态时，提升储能材料相对于预设水平位置的高度差来储存重力势能；

6、在放电状态时，在预设时间段内下降所述储能材料，将所述重力势能转化为电能；

7、储能放能过程控制模块，与所述梯形塔台式重力储能模块连接，用于对放电状态时所述重力势能转化为电能的效率进行测算和分析，得到效率分析结果；

8、风电消纳与电力系统特性耦合调控模块，与所述储能放能过程控制模块连接，用于：

9、根据风力发电、重力储能以及电力系统的特性，调节风力发电场的发电量；

10、根据电网需求来控制梯形塔台式重力储能模块的充电状态或放电状态；

11、根据所述效率分析结果得到不同季节典型日的出力曲线；根据所述出力曲线评估所述梯形塔台式重力储能模块的运行效果，得到所述梯形塔台式重力储能模块充电状态或放电状态的优化结果。

12、可选地，所述梯形塔台式重力储能模块包括：

13、第一塔台，设置在所述预设水平位置，用于：

14、存放放电状态时在预设时间段内下降的所述储能材料；

15、为第二塔台提供支撑；

16、第二塔台，通过导轨与所述第一塔台连接，用于在充电状态时存放储能材料；

17、所述导轨用于：

18、在充电状态时将所述储能材料从第一塔台提升至第二塔台；

19、在放电状态时将所述储能材料从第二塔台下放至第一塔台；

20、发电机通过钢缆与所述导轨连接；在放电状态时，所述储能材料从第二塔台下放至第一塔台带动导轨转动，所述导轨带动钢缆将重力势能传导至所述发电机转换为电能；

21、人工爬梯，设置在所述第一塔台和第二塔台之间，用于工作人员检查所述梯形塔台式重力储能模块的运行状况；

22、电动滚梯，设置在所述第一塔台和第二塔台之间，用于工作人员与储能材料在所述第一塔台和第二塔台之间移动。

23、可选地，所述第一塔台包括：

24、第一轮轨，用于驱动所述储能材料在第一塔台上进行移动；

25、所述第二塔台包括：

26、第二轮轨，用于驱动所述储能材料在第二塔台上进行移动。

27、可选地，所述储能放能过程控制模块包括：

28、储能控制单元，用于控制充电状态时导轨带动储能材料的所需要的驱动力；

29、放能控制单元，用于控制放电状态时导轨带动储能材料的所需要的驱动力；

30、具体计算过程为：

31、

32、其中，fd为电机与传动系统提供的驱动力，ff为滚动阻力，fw为空气阻力，fi为坡度阻力，fj为加速阻力，τe为电机输出转矩，ig为传动系统传动比，ηt为传动系统机械效率，r为车轮半径，μ为滚动摩擦系数，mi为单个储能材料最大运载质量，θ为坡度角，cd为空气阻力系数，a为迎风面积，ρ为空气密度，v为速度，δ为旋转质量换算系数。

33、可选地，所述风电消纳与电力系统特性耦合调控模块包括：

34、预处理单元，用于将所述效率分析结果中的缺失值和异常值进行剔除，得到完整的每日时序数据；采用扩展卡尔曼滤波对所述每日时序数据进行降噪后进行标准化处理，得到预处理后的数据；

35、特征提取单元，与所述预处理单元连接，用于对所述预处理后的数据分别按年度与月度进行统计分析，得到特征数据；

36、聚类单元，与所述特征提取单元连接，用于采用k-means对所述特征数据进行聚类，得到聚类结果曲线；

37、对比优化单元，与所述聚类单元连接，用于采用遗传算法与粒子群算法对所述聚类结果曲线提取典型出力曲线后进行对比，选择对应的优化算法对所述梯形塔台式重力储能模块充电状态或放电状态进行优化，得到所述优化结果。

38、可选地，所述对比优化单元具体包括：

39、系统有功平衡约束；计算公式为：

40、

41、其中，p(i,t)为机组i时段t的计划功率，pwc(w,t)为w时段t的计划考核功率，ps(s,t)为储能电站s时段t的计划功率，plc(d,t)为负荷d时段t被限后的功率，γ为电网线损率风电场出力限值约束；

42、风电场出力限值约束；计算公式为：

43、pwc(w,t)≤pwa(w,t)；

44、pwu(w,t)＝(1+α)pwc(w,t)；

45、pwd(w,t)＝(1-α)pwc(w,t)；

46、其中，α为出力规定限值范围；

47、风电场等弃风率约束；计算公式为：

48、

49、其中，μ(t)为风电场时段t的等弃风率；

50、基于重力储能的电网日前调度装置充放电功率约束；计算公式为：

51、

52、

53、p′(t)＝p(t)-δp

54、其中，为重力储能充电功率；为重力储能放电功率；δp为储能装置的充放电功率变化量的大小；n为调节工作时段数；p(t)为充放电功率减去储能修正量后的出力；p′(t)为修正后实际充放电功率；

55、荷电状态计算公式为：

56、

57、其中，h(t)为储能材料相对于预设水平位置的高度，h为第二塔台的高度。

58、一种基于重力储能的电网日前调度方法，所述基于重力储能的电网日前调度方法包括：

59、根据电网需求来控制梯形塔台式重力储能模块的充电状态或放电状态；在充电状态时，提升储能材料相对于预设水平位置的高度差来储存重力势能；在放电状态时，在预设时间段内下降所述储能材料，将所述重力势能转化为电能；

60、对放电状态时所述重力势能转化为电能的效率进行测算和分析，得到效率分析结果；

61、根据所述效率分析结果得到不同季节典型日的出力曲线；根据所述出力曲线评估所述梯形塔台式重力储能模块的运行效果，得到所述梯形塔台式重力储能模块充电状态或放电状态的优化结果。

62、一种计算机装置，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述所述的基于重力储能的电网日前调度方法。

63、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的基于重力储能的电网日前调度方法。

64、一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的基于重力储能的电网日前调度方法。

65、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

66、本发明实施例适用于选址在钢铁厂内，以钢铁为储能材料的梯形塔台式新型重力储能系统，考虑风力发电参与电网日前调度。本发明实施例涉及钢铁厂园区电网调控策略，具体为针对钢铁厂环境设计的一种以钢铁为储能材料的电网日前调度方法。

67、传统储能技术投资成本高、效率低、对环境要求高，不适合大规模应用。本发明实施例利用钢铁厂作为自然节点，以钢铁为储能材料，通过提升重物储存重力势能，释放重物转化为电能输出。通过分析储能过程运动情况，给出储能中能量转化的效率分析。基于聚类与优化算法相结合的可再生能源场景生成，提取风力发电与钢铁厂负荷典型场景，在此基础上综合考虑本地新能源、电网多能互补，满足钢铁厂用电需求，提出优化调度约束。这种环境友好型的重力储能系统可以解决钢铁厂存在的能源消耗和电力负荷变化等问题。

68、在传统抽水蓄能之外，基于固体重物的重力储能技术应用广泛、选址灵活、储能容量大、效率高、响应快、环保且循环寿命长，是一种近来广受关注的新型储能技术。因其不依赖水资源、选址灵活、效率高等优势有望成为未来缺水地区重要的储能系统之一，可以很好地满足我国大规模可再生能源电力并网对储能技术的需求。

69、总体来说，通过设计垂直塔台式新型重力储能系统，储能塔的建设环境和储能模块材料选择，联系新能源发电与并网，可进一步降低系统建造成本并提高系统运行的效率和寿命。建立重力储能示范工程，有助于推动商业化发展，为未来重力储能大规模参与电力市场提供重要的实例与参考。综合利用新能源和储能技术的电网规划方法，不仅有助于推动清洁能源的发展，还可以为电力系统的可持续发展提供有效支持。