本技术方案提出了一种数据驱动型配电网储能系统多场景调度技术及装置。该技术通过收集配电网各节点的时序负荷数据和分布式光伏的时序发电数据,利用数据驱动方法构建模型,实现对储能系统的高效调度。
背景技术
电力系统辅助服务是确保电力系统安全与经济运行的基石。在传统电力系统中,这些关键服务主要由发电厂、电容器等核心设备提供,对于维护电网稳定性具有至关重要的作用。辅助服务可细分为多个类别:首先是电网阻塞管理辅助服务,旨在确保电网顺畅运行,有效预防过载;其次是电压控制辅助服务,通过精准调整电压水平,保障电力供应的质量与稳定性;最后是调频辅助服务,其核心目标是维护电网频率稳定,确保电力系统平稳运行。在配电网层面,辅助服务的重点则聚焦于缓解阻塞、精确控制电压及降低网络损耗等关键任务。
然而,随着风电和光伏等可再生能源的大规模并网,以及传统化石燃料发电机的逐步淘汰,电力系统正面临前所未有的挑战。这一变革迫切要求我们寻找一种既能灵活调控功率又具备成本效益的解决方案,以有效应对配电网电压波动、网络阻塞等问题。在当前需求侧响应机制和分布式电力市场尚未完全成熟的情况下,分布式电池储能系统作为一种创新的替代方案逐渐崭露头角。该系统能够为配电网提供关键的无功支撑、电压调节、阻塞疏导以及非计划孤岛应急运行能力,显著提升电网的稳定性和调节能力。
目前,使用储能系统响应电网辅助服务的方法主要集中于两个方面:一是响应非计划辅助服务需求,二是响应计划辅助服务需求。其中,针对非计划辅助服务需求的调度方法主要解决频率调节、电压调节及黑启动问题;而针对计划辅助服务需求的调度方法则主要解决电网阻塞及峰值负荷削减问题。
针对非计划辅助服务的电压调节问题,文献“Real-time coordinated voltagecontrol of pv inverters and energy storage for weak networks with high pvpenetration”(Wang,L.,Bai,F.,Yan,R.,and Saha,T.K.(2018).Power Syst.33,3383–3395.)通过调节储能系统的有功和无功输出,实现了分布式新能源有功出力无损的电压调节功能,可有效避免配电网中节点过电压及低电压场景的出现。针对频率调节问题,文献“Primary frequency control with bess considering adaptive soc recovery”(Tan,Z.,Li,X.,He,L.,Li,Y.,and Huang,J.(2020).Int.J.Electr.Power&Energy Syst.117,105588.)结合自适应下垂控制和SoC恢复控制方法,设计了一种变频控制器,用于响应电网频率调节需求。而针对频率黑启动问题,文献Performance evaluation of a BESS unitfor black start and seamless islanding operation(Izadkhast,S.,Cossent,R.,Frías,P.,García-González,P.,andRodríguez-Calvo,A.(2022).Energies 15,1736.)设计了一种控制方法,用于评估储能系统在黑启动时的电压和频率支持性能。针对计划辅助服务的网络阻塞问题,文献“Stochastic planning and scheduling of energy storagesystems for congestion management in electric power systems includingrenewable energy resources”(Hemmati,R.,Saboori,H.,and Jirdehi,M.A.(2017).Energy 133,380–387.)提出了一种分散控制算法来管理分布式BESS,利用多智能体概念实现电力网络中不同区域之间的阻塞信号通信。针对峰值负荷削减问题,文献“Optimalpeak shaving control using dynamic demand and feed-in limits for grid-connected pv sources with batteries”(Manojkumar,R.,Kumar,C.,Ganguly,S.,andJ.P.(2021).IEEE Syst.J.15,5560–5570.)提出了一种基于规则的调峰控制策略,该策略采用动态负荷和上网电价对日前负荷和光伏实施剖面预测,然后用于优化BESS的充放电以降低峰值负荷。
尽管如此,在以往的研究和实际应用中,我们发现储能系统在提供多场景辅助服务时仍存在显著短板。一个主要问题是,储能系统对于计划辅助服务和非计划辅助服务的响应能力并不理想。目前,储能系统主要依赖峰谷电价差异进行套利操作,并致力于最小化网络损耗和配电网侧的峰值负荷。这种模式虽能满足计划辅助服务需求,但一旦非计划出现大量的无功补偿或节点电压调节需求,可能会导致工作模式的冲突。同时,考虑到无功缺失、电压过低以及应急孤岛运行等非计划辅助服务需求具有高度的随机性和时间不确定性,储能系统可能因电量储备不足而无法及时响应。若再加上储能系统老化等因素的影响,这些响应能力不足的问题将更为严重,对电网的稳定运行构成潜在威胁。
此外,当前基于配电系统的储能运行研究尚未充分考虑输电网层面远距离新能源的消纳问题。具体而言,在配电网负荷处于平稳或低谷期时,基于最小发电成本的机组组合模型通常会建议停用边际发电成本较高的燃煤或燃气机组,转而选择成本更低的新能源发电机组进行电力生产。然而,如果输电网侧的新能源电源距离配电中心较远,可能会导致配电侧无功补偿不足的问题。为了应对这种情况,调度侧可能会选择保持负荷侧的燃煤或燃气机组运行,并对远端的新能源电源实施弃风、弃光策略,从而引起远端新能源发电的滞销问题。这类以远端新能源电源消纳为目的的配电网侧辅助服务场景在以往的研究和专利中尚未得到充分考虑。
实现思路