基于集合经验模态分解的火电储能联合调频储能容量优化配置-第2页-北极星储能网

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2)储能系统调频成本。

储能系统的成本主要包括功率成本和能量成本,其中功率成本来自于储能功率转换装置(power convert system,PCS),能量成本则来自储能装置本身。如公式(9)所示：

式中：Scp和Scs分别为储能单位功率和单位能量的成本;τ和ζ分别为储能PCS的使用率和储能单元的使用率[10],分别由公式(10)(11)计算得出;Tlife为储能装置的寿命;Ncycle为储能装置的循环次数;Psto、Esto分别为储能系统参与调频所需配置的功率容量和能量容量;Ps-(t)和Ps+(t)分别为t时刻储能系统被分配的充、放电功率,且满足：

Ps(t)=Ps+(t)+ Ps−(t)= xh(t) (12)

P+s(t)P−s(t)=0(13)

储能要响应其被分配的ACE功率信号,忽略部分异常尖峰脉冲信号,则储能系统的功率容量Psto应该大于等于Ps(t)在考核时段T内分配给储能系统的功率的绝对值的平均值,为保证大部分信号可以被响应,乘以余量系数α,考虑功率转换装置效率和储能充放电效率,可得：

式中：t0为初始时刻;T为调频性能考核时间段;η-和η+分别为储能充、放电效率;ηPCS为储能系统功率转换装置的效率。

储能系统的能量容量Esto应满足T时间段内分配给其调频信号的能量需求,可由式(15)计算得出：

式(15)中：P's(t)为考虑充放电效率后储能的实际动作指令,可由公式(16)计算;SOC为储能系统的荷电状态,且满足公式(17)(18);SOCmax和SOCmin分别为荷电状态的上、下限;SOC(0)和SOC(t)分别为0时刻和t时刻储能系统的荷电状态。

当SOC(0)满足公式(19),且公式(15)取等号时,可得储能系统最小能量容量Esto。

3)收益计算模型。

根据“两个细则”[19-20],AGC服务贡献补偿以机组参与系统AGC控制的程度进行区分,按补偿计算时间、调节可用容量及调节性能的乘积进行补偿。AGC服务日补偿费用B可由下式计算：

B=PAGC tAGC KP YAGC(20)

式中：PAGC为机组AGC调节可用容量;tAGC为机组全天AGC补偿计算时间,单位为小时,本文假设参与调节的机组在投用时间内全部参与AGC控制,则补偿计算时间等于投运时间;YAGC为AGC补偿标准;KP为机组当天的调频性能综合指标,且满足：

KP=K1 K2 K3(21)

式中K1、K2、K3分别为调节速率、调节精度和响应时间指标,具体计算方法详见“两个细则”。

3 仿真模型

根据本文所提策略,建立火、储分别响应其被分配的调频功率信号的仿真模型,如图1所示。

图1 火-储联合系统响应调频信号模型

图1中：PG_out为火电机组出力;PS_out为储能系统出力;ΔPtie为联络线功率偏差;Gg(s)为火电机组动态特性低阶模型,可用于电力系统频率分析与控制,模型忽略了锅炉的慢特性与发电机的快速动态特性,由调速器模型和汽轮机模型串联构成,火电机组调速器的传递函数为[21]

式中Tc为储能出力响应时间常数。本文所采用仿真模型参数Tg、Tt和Tc分别为0.08 s、0.40 s和0.1 s。

4 算例分析

4.1 ACE信号的集合经验模态分解

采用某电网公司历史ACE数据进行仿真,为了保证样本的随机性和代表性,本文随机在每个月中选择1天为典型日,全年12个典型日作为一组ACE分析数据,共选取5组作为典型ACE测试数据。

图2为某一个典型日的ACE曲线,采样时间间隔为1min。

图2 1天的ACE原始数据

对上述ACE信号进行EEMD分解,得到各阶IMF分量及余项r,如图3所示。

图3 分解后的IMF分量及余项

图3中,IMFl—IMF9为分解ACE信号后得到的各阶固有模态分量,r9为分解后得到的趋势性余项。由此可见：IMF1分量变化迅速,为原始信号的最高频分量;IMF9变化平缓,为原始信号的最低频分量。利用第1节中所构造的时空滤波器对分解后的IMF分量进行重构,选取的滤波阶数d越大,则频率较高的部分所含的分量越多,能量越大,所需要的储能容量也越大。

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