本發(fā)明涉及火電廠調(diào)峰的控制方法，具體涉及一種發(fā)電側(cè)配置電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的運(yùn)行控制方法。

背景技術(shù)：
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在發(fā)電側(cè)建設(shè)的電儲能設(shè)施，可與機(jī)組聯(lián)合參與調(diào)峰調(diào)頻，或作為獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)市場交易，電力輔助服務(wù)可按照對系統(tǒng)實(shí)際貢獻(xiàn)獲得補(bǔ)償。當(dāng)前，在火電廠計量出口內(nèi)建設(shè)的電儲能設(shè)施，與機(jī)組聯(lián)合參與調(diào)峰，按照深度調(diào)峰管理、費(fèi)用計算和補(bǔ)償已經(jīng)成為可行的技術(shù)方案。

目前，具有循環(huán)壽命長、放電深度大、儲能時間長等優(yōu)點(diǎn)的電池儲能系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，從技術(shù)上來說，可以成為優(yōu)質(zhì)的電力電網(wǎng)調(diào)峰資源，不但從調(diào)峰容量上可為電網(wǎng)提供支撐，還可以從降低電網(wǎng)備用容量、延緩輸配電走廊擴(kuò)容、提高其他發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率等方面獲益，從發(fā)電廠度來講，為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)是有可能獲取額外收益的途徑之一，并且優(yōu)化的運(yùn)行控制方法，還可以提高火電機(jī)組的運(yùn)行效率，使得聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)獲取收益，是值得嘗試的。

由此而引發(fā)的對火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的在于，構(gòu)建火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的控制方法。

該控制方法的核心理念：在負(fù)荷谷荷時段電池儲能系統(tǒng)充電，聯(lián)合系統(tǒng)對外表現(xiàn)降出力，參與電網(wǎng)深度調(diào)峰獲取收益，并且在負(fù)荷非谷荷時段，控制電池儲能系統(tǒng)放電，通過增加火電機(jī)組上網(wǎng)電量獲取收益。具體技術(shù)方案如下：

一種發(fā)電側(cè)配置電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的運(yùn)行控制方法，過程如下：

首先，基于電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測曲線，劃分負(fù)荷區(qū)間，負(fù)荷小于的時段為負(fù)荷谷荷區(qū)T₁，負(fù)荷大于的時段為負(fù)荷峰荷區(qū)T₃，其余時段為負(fù)荷平荷區(qū)T₂；為負(fù)荷谷荷限值，為峰荷限值；

當(dāng)運(yùn)行在負(fù)荷谷荷區(qū)，火電機(jī)組降出力或不降出力運(yùn)行，電池儲能系統(tǒng)充電，使得火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)對外表現(xiàn)為降出力運(yùn)行，參與電網(wǎng)調(diào)峰，獲取調(diào)峰收益，電池儲能系統(tǒng)在谷荷區(qū)吸收電量E₁；

當(dāng)運(yùn)行在負(fù)荷平荷區(qū)或負(fù)荷峰荷區(qū)，控制電池儲能系統(tǒng)放電，同時保證火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的出力不超過調(diào)度下發(fā)的發(fā)電計劃，并且保證聯(lián)合系統(tǒng)的出力波動不與負(fù)荷波動趨勢相逆反，并保證在日內(nèi)電池儲能系統(tǒng)充放電量相平衡，即E₁＝E₂+E₃。

作為優(yōu)選方案之一，控制參數(shù)為：負(fù)荷谷荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的充電功率、負(fù)荷谷荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率、負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的放電功率、負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率；

目標(biāo)函數(shù)為：

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

求解目標(biāo)函數(shù)最大化對應(yīng)的負(fù)荷谷荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的充電功率、負(fù)荷谷荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率、負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的放電功率、負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率。

作為優(yōu)選方案之二，所述火電機(jī)組的發(fā)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(jī)組k時刻出力功率，為火電機(jī)組最小出力功率，為火電機(jī)組最大出力功率，為調(diào)度下發(fā)的k時刻調(diào)度計劃的約束條件。

作為優(yōu)選方案之三，電池儲能系統(tǒng)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(tǒng)的荷電量，為初始時刻電池儲能系統(tǒng)的荷電量，為k時刻電池儲能系統(tǒng)的出力功率，當(dāng)表示電池儲能系統(tǒng)放電，表示電池儲能系統(tǒng)充電，為電池儲能系統(tǒng)的充電功率，為電池儲能系統(tǒng)的額定功率，為電池儲能系統(tǒng)的額定容量。

作為優(yōu)選方案之四，電池儲能系統(tǒng)的儲電功率或放電功率、火電機(jī)組的發(fā)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(tǒng)的放電效率，表示k時刻聯(lián)合發(fā)電機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷率，表示調(diào)度下發(fā)的k時刻火電廠的發(fā)電負(fù)荷率，火電與電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷率應(yīng)不大于調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷率；為k時刻火電機(jī)組-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電功率，為k時刻電網(wǎng)的負(fù)荷值。

作為優(yōu)選方案之五，負(fù)荷谷荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的充電功率、負(fù)荷谷荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率控制條件滿足如下條件：

C₁為第一檔調(diào)峰報價單價；C₂為第二檔調(diào)峰報價單價；σ₁％為第一檔調(diào)峰深度限值；σ₂％為第二檔調(diào)峰深度限值；n為負(fù)荷谷荷持續(xù)時長，Pro_{_1}為負(fù)荷谷荷段，聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰獲取的調(diào)峰收益，E₁為谷荷段電池儲能系統(tǒng)的累計充電電量。

作為優(yōu)選方案之六，負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段電池儲能系統(tǒng)的放電功率、負(fù)荷峰荷區(qū)或負(fù)荷平荷區(qū)時段火電機(jī)組的發(fā)電功率控制條件滿足如下條件：

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

作為優(yōu)選方案之七，在確定負(fù)荷區(qū)之前，確定當(dāng)日的負(fù)荷預(yù)測曲線。

作為優(yōu)選方案之八，E₁等于電池儲能系統(tǒng)的額定容量。

作為優(yōu)選方案之九，所述電池儲能系統(tǒng)為液流電池儲能系統(tǒng)。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(一)本發(fā)明克服了單純火電機(jī)組存在的如下問題：火電機(jī)組在電網(wǎng)負(fù)荷谷荷時段不參與電網(wǎng)調(diào)峰，會被電網(wǎng)考核，分?jǐn)傠娏﹄娋W(wǎng)調(diào)峰費(fèi)用，若參與電網(wǎng)調(diào)峰可獲取調(diào)峰收益，但需要降出力，減少了日發(fā)電總量，并且降出力會造成燃煤發(fā)電效率下降。

(二)配備儲能系統(tǒng)后，在電網(wǎng)谷荷調(diào)峰時段，控制電池儲能系統(tǒng)吸收火電機(jī)組的部分發(fā)電量，使得火電機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)峰時段不降出力或少降出力，但對外表現(xiàn)為較大程度上的降出力，參與了電網(wǎng)調(diào)峰，將獲取調(diào)峰收益，并在負(fù)荷平荷段或峰荷段，控制儲能系統(tǒng)放電，只要保障聯(lián)合發(fā)電機(jī)組不超過調(diào)度下發(fā)的發(fā)電計劃即可，電池儲能系統(tǒng)以多大的功率充電，既能保證火電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，又能使電池儲能系統(tǒng)發(fā)揮最大的電能存儲作用。

(三)在優(yōu)選方案中，在非谷荷時段，電池儲能系統(tǒng)以多大功率放電，在哪個時段放電，才能保證聯(lián)合系統(tǒng)獲取最大收益，這是一個控制難題；本發(fā)明提出以電池儲能系統(tǒng)輔助火電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰，以火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)日收益最高為目標(biāo)，基于短期負(fù)荷預(yù)測曲線的聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，很好地解決了這一難題。

附圖說明：

圖1是實(shí)施例中，火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的運(yùn)行控制示意圖；圖1中包含三個坐標(biāo)軸，坐標(biāo)軸橫軸均為時間，時間軸長度均為單天，24h，第一個坐標(biāo)軸為單天內(nèi)的短期負(fù)荷預(yù)測曲線，首先設(shè)定負(fù)荷谷荷限值和峰荷限值負(fù)荷小于的時段為負(fù)荷谷荷區(qū)T₁，負(fù)荷大于的時段為負(fù)荷峰荷區(qū)T₃，其余時段為負(fù)荷的平荷區(qū)T₂；第二個坐標(biāo)軸是日內(nèi)火電機(jī)組的發(fā)電曲線示意圖，第三個坐標(biāo)軸是電池儲能系統(tǒng)的出力曲線示意圖，在負(fù)荷谷荷區(qū)，火電機(jī)組降出力或不降出力運(yùn)行，電池儲能系統(tǒng)充電，使得火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)對外表現(xiàn)為降出力運(yùn)行，參與電網(wǎng)調(diào)峰，獲取調(diào)峰收益，電池儲能系統(tǒng)在谷荷區(qū)吸收電量E₁，鑒于電池儲能系統(tǒng)具有良好的深充深放性能，應(yīng)保證E₁盡可能等于電池儲能系統(tǒng)的額定容量，然后控制電池儲能系統(tǒng)在平荷段或峰荷段放電，同時保證火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的出力不超過調(diào)度下發(fā)的發(fā)電計劃，并且保證聯(lián)合系統(tǒng)的出力波動不與負(fù)荷波動趨勢相逆反，并保證在日內(nèi)電池儲能系統(tǒng)充放電量相平衡，即E₁＝E₂+E₃。

圖2是實(shí)施例中火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程圖；首先獲取電網(wǎng)負(fù)荷短期功率預(yù)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(diào)度下發(fā)的日前火電廠發(fā)電計劃，建立火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的出力模型，建立火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的日收益模型，然后采用粒子群優(yōu)化算法，求解谷荷段和非谷荷段火電、電池儲能系統(tǒng)的出力功率值，在日內(nèi)聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行控制過程中，首先判斷負(fù)荷是否處于谷荷段，若處于谷荷段，控制電池儲能系統(tǒng)和火電機(jī)組分別以計算得到的和出力，火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)對外表現(xiàn)為降出力，參與電網(wǎng)調(diào)峰獲取調(diào)峰收益，若處于非谷荷段，控制電池儲能系統(tǒng)和火電機(jī)組分別以計算得到的和出力，此時段內(nèi)電池儲能系統(tǒng)放電，在滿足火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)出力滿足調(diào)度計劃并不與負(fù)荷波動相逆反的情況下，通過增加上網(wǎng)電量獲取收益。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：

本實(shí)施例中，液流電池儲能系統(tǒng)具有循環(huán)壽命長、放電深度大、儲能時間長等優(yōu)點(diǎn)，因此，電池儲能系統(tǒng)選擇液流電池系統(tǒng)。

步驟一：建立火電機(jī)組的發(fā)電模型。

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

火電機(jī)組滿足爬坡、降坡速率約束，如式(2)所示；

表示火電機(jī)組的最大爬坡速率，表示火電機(jī)組的最大降坡速率。

步驟二：建立液流電池儲能系統(tǒng)的出力模型。

運(yùn)行控制指令的時間間隔為1min，

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

步驟三：建立火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的出力模型。

設(shè)定聯(lián)合系統(tǒng)的k時刻總出力為為火電機(jī)組和電池儲能系統(tǒng)的出力之和，聯(lián)合系統(tǒng)出力滿足如式(4)所示約束條件；

式中，表示電池儲能系統(tǒng)的放電效率，表示k時刻聯(lián)合發(fā)電機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷率，表示調(diào)度下發(fā)的k時刻火電廠的發(fā)電負(fù)荷率，火電與電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷率應(yīng)不大于調(diào)度下發(fā)的負(fù)荷率；

以保持對電網(wǎng)運(yùn)行友好為原則，保證火電-電池儲能聯(lián)合系統(tǒng)在任何時段的出力變化趨勢都不與電網(wǎng)的負(fù)荷變化趨勢相逆反；

步驟四：獲取短期負(fù)荷預(yù)測曲線，劃分負(fù)荷時段為谷荷段、峰荷段、平荷段，定義負(fù)荷谷荷限值負(fù)荷小于的時段為負(fù)荷谷荷段，定義負(fù)荷峰荷限值負(fù)荷大于的時段為負(fù)荷峰荷段，其他時段為負(fù)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(lián)合系統(tǒng)的收益模型，表1為《東北電力輔助服務(wù)市場運(yùn)行規(guī)則(試行)》規(guī)定的調(diào)峰報價；其中，σ₁％的數(shù)值為40％，σ₂％的數(shù)值為50％。

表1調(diào)峰報價表

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

C₁為第一檔調(diào)峰報價單價；C₂為第二檔調(diào)峰報價單價；n為負(fù)荷谷荷持續(xù)時長，Pro_{_1}為負(fù)荷谷荷段，聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰獲取的調(diào)峰收益，E₁為谷荷段電池儲能系統(tǒng)的累計充電電量，鑒于液流電池儲能系統(tǒng)具有優(yōu)良的深充深放性能，為了發(fā)揮電池儲能系統(tǒng)參與調(diào)峰的容量作用，保證在谷荷時段電池儲能系統(tǒng)將電量充滿，即

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

Pro_{_2}為電池儲能系統(tǒng)在負(fù)荷平荷段或峰荷段，放電獲取的上網(wǎng)電價收益，為k時段火電廠上網(wǎng)電量單價，E₂和E₃分別為平荷段和峰荷段電池儲能系統(tǒng)的放電電量，為保證日內(nèi)電池儲能系統(tǒng)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(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)峰獲取收益的模型是一個多變量、多約束的最優(yōu)化問題，采用粒子群優(yōu)化算法求解模型，可確定在谷荷段和非谷荷段聯(lián)合系統(tǒng)中火電機(jī)組和電池儲能系統(tǒng)的運(yùn)行控制指令。

步驟6-1：獲取目標(biāo)函數(shù)

Pro_{_1}為負(fù)荷谷荷段，聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰獲取的調(diào)峰收

其中變量為谷荷時段電池儲能系統(tǒng)的充電功率、谷荷時段火電機(jī)組的發(fā)電功率、非谷荷時段電池儲能系統(tǒng)的放電功率和同時段內(nèi)火電機(jī)組的發(fā)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(jī)組的最大出力最小出力調(diào)度下發(fā)的出力計劃爬坡速率降坡速率和電池儲能系統(tǒng)的額定功率額定容量聯(lián)合系統(tǒng)的出力波動與負(fù)荷波動不逆反約束

步驟6-3：對步驟6-1所述收益模型進(jìn)行尋優(yōu)：通過采用粒子群算法獲取滿足所述目標(biāo)函數(shù)的谷荷時段電池儲能系統(tǒng)的充電功率、谷荷時段火電機(jī)組的發(fā)電功率、非谷荷時段電池儲能系統(tǒng)的放電功率和同時段內(nèi)火電機(jī)組的發(fā)電功率。