具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的具体实施例以及附图，对本 发明的技术方案进行清晰完整的描述。

一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应辅助服务的联合调度方法，具体包括以下步骤：

步骤1：百兆瓦级储能参与电力系统调峰及频率响应双重辅助服务调度的实质是，完成 各资源参与调峰和频率响应预留出力空间的优化分配，以及考虑常规火电机组与百兆瓦级储 能所组成系统的频率响应需求的含百兆瓦级储能出力计划的机组组合。基于“保证系统频率 安全的前提下兼顾系统运行经济性”的基本理念，首先确定百兆瓦级储能与常规火电机组共 同参与双重辅助服务的调度原则。

储能参与双重辅助服务与机组的联合调度，包含了储能与机组之间、储能自身双重辅助 服务之间两方面的协调，如图1所示。

储能与机组的协调中：频率响应层面，优先保证频率安全。由于一次调频为发电机组无 偿提供的基本辅助服务，因此在充分发挥机组响应能力的前提下，由储能补充频率响应需求 缺口。调峰层面，考虑系统整体经济性，综合机组的深度调峰成本、储能的调用成本以及弃 风惩罚的成本等多种因素，结合调峰需求进行以运行经济性为目标的优化。

储能自身两辅助服务的协调中：优先保证系统频率安全，其次再参与系统调峰。由于在 日前机组组合为每15min时间尺度的优化结果，而频率响应需考虑的是扰动出现后几秒到十 几秒的动态过程，因此，储能参与两类辅助服务的投入在同一模型联合优化时，必需考虑差 异悬殊的时间尺度的协调问题。将储能需参与频率响应的瞬时出力动态变化时间序列，转化 为每15min内为保证步骤2中式(11)约束所需保有的频率响应备用容量，再以备用容量约束 的形式使储能的频率响应与调峰投入量在同一时间尺度下优化，备用容量约束如步骤2中式 (9)所示。

步骤2：根据百兆瓦级储能与常规火电机组共同参与双重辅助服务的调度原则建立联合 优化数学模型，该模型在系统调度层面每24h进行一次优化，一次性得出次日的机组组合、 风电出力以及储能参与调峰、快速频率响应双重辅助服务的功率及容量结果(优化间隔为 15min，即每天96个优化时段)。优化目标以总成本最低，设定目标函数为

其中

式中，F为总成本；为机组i的启动成本；为机组i的停机成本；a_i、b_i、c_i为机组运行成本函数的二次、一次及常数项系数；C^B1为储能快速频率响应电价；C^B3为储能调峰电价；C^W为弃风超过限额时的单位损失；为机组深度调峰第一档电价；为机组深度调峰第二档电价；为机组i在时段t的运行功率；为机组i的功率上限；P_t ^B1为储能在时段t的快速频率响应备用功率；P_t ^B3为储能在时段t的调峰功率；P_t ^QW为时段t弃风超出限额的功率；为机组i在时段t的平均负荷率；为机组i在时段t的启停状态(1启，0停)；N_t为调度优化时段总数；N_G为机组数目。

弃风损失成本以及机组与储能的辅助服务费用根据东北电力市场辅助服务运行规则设定， 如表1所示。设定弃风超过2％时需支付损失费用。

表1弃风损失及机组与储能的辅助服务费用

步骤3：优化的约束条件包含机组约束、储能约束以及系统约束，由于重点讨论储能与 机组以及储能自身双重辅助服务的协同优化问题，故忽略网络潮流约束。

本例采用十机系统，机组约束与传统机组组合约束类似，包含自身功率上下限约束、 爬坡率约束、旋转备用约束以及最小启停时间约束。

储能约束如式(3)-(9)所示。储能在各时段内，其各辅助服务的调整方向只能有一种，非 充即放，即有充放电状态约束表示为

式中，为时段t储能调峰充、放电标志；为时段t储能基础充放电功率 的充、放电标志(均为0-1变量)。

各时段内规定储能各辅助服务的充放功率堆叠总和不得超过自身充、放电的最大输出功 率，即有功率总和约束为

其中

式中，表示储能的最大充、放电功率；表示时段t储能是否参与快速频率 响应(1是，0否)；μ为储能基础充放电功率占自身上下限的百分比；P_t ^B3,cha、P_t ^B3,dis为储能 调峰充、放功率；P_t ^BR表示储能基础充放电功率，用于恢复SOC；P_t ^BR,cha、P_t ^BR,dis表示P_t ^BR的充、放电功率。

储能各时段内的电量不得超过自身上下限，并且在相邻时段之间存在耦合关系，具体表 示为

式中，表示储能电量的上下限；表示时段t储能的电量；η_c、η_d表示储能 充、放电效率；ΔT＝15min表示每个时段的时长。

为保证储能每天都能按计划执行调度任务，储能在全天末尾与初始时段的电量不应相差 过大，即有始末电量约束为

式中，表示储能电量的初始值；表示全天过后储能电量的剩余值；γ为允许偏差。 储能参数为S^B＝800MWh，T^B＝0.1s， η_c＝η_d＝1，μ＝10％，γ＝8％。

储能频率响应备用功率需满足其最小备用功率要求值P_t ^B1,ref，如式(9),该值根据系统频率 安全约束算出，详见步骤4。

P_t ^B1≥P_t ^B1,ref (9)

系统约束如式(10)、(11)所示，包含功率平衡约束和频率安全约束。功率平衡约束要求 机组出力、储能出力以及风电出力共同满足负荷功率，表示为

式中，P_t ^W表示风电并网功率；P_t ^L表示负荷功率。

频率安全约束要求系统频率最低值不得低于安全下限

式中，f_t ^nadir表示时段t的最低频率；f^s表示系统规定的频率安全下限，本例设定系统 的频率安全限值f^s为49.5Hz。

为使联合优化解算不致过于复杂，令储能仅进行虚拟下垂控制调整出力，即使储能频 率响应出力的待优化变量只有其下垂控制系数。解析计算频率最低值时忽略负荷阻尼，当在 时段t受到该时段内的最大功率扰动后，频率最低值可根据系统扰动的大小、机组的 出力以及储能的出力进行计算，如式(12-15)所示。

式中，为机组惯性响应系数；为机组i的容量；为时段t储能是否参与频率响 应(1是，0否)；为储能下垂控制系数；为机组i的线性爬坡率；为储能的线性爬 坡率；T_i ^G、为机组i的响应时间常数及调差系数；T^B为储能响应时间常数；为时段t到 达最低频率的时间；f⁰为初始频率；f^B为基准频率。

本例中十台机组的频率响应相关参数根据某电网机组参数设置，如表2所示。

表2机组频率响应相关参数

步骤4：当频率降至最低f_t ^nadir时，系统频差最大，所有机组的一次调频输出功率如 式(16)，且有若根据所有机组的一次调频输出功率算出的系统频率最低 值f_t ^nadir不满足式(11)的频率安全约束，则需要增大储能的虚拟下垂系数直至系统的频 率最低值满足f_t ^nadir≥f^s时，即可算得时段步骤3中式(9)所需的频率响应备用功率要求P_t ^B1,ref， 如式(17)所示。

步骤5：步骤5对步骤2中式(1)进行优化解算，优化结果须满足式(3)-(11)所示的约束条 件。解算采用两阶段迭代，将联合优化分为两阶段问题，两个问题分别求解并反复迭代进而 实现整体优化，如图2所示。

主问题为储能参与调峰，与机组共同满足系统功率平衡的线性机组组合问题(优化式(1) 时仅考虑式(3)-(10)的约束)，该过程计及储能的频率响应备用功率，而储能的频率响应备用 功率要求P_t ^B1,ref，需要根据子问题中该值的优化结果来确定；子问题为主问题优化结果下的频 率安全约束问题(为满足式(11)根据式(17)修正P_t ^B1,ref)，该过程根据主问题结果下开机机组的 频率响应能力计算系统的频率最低值，若非全部时段都满足频率安全约束，则调用储能，按 照规定的步长增大储能的下垂控制系数。

两问题反复迭代，直至所有时段均满足频率安全约束时停止优化，此时便实现了联合优 化调度模型的求解，一次性得出次日各时段内的机组启停状态、机组出力、风电上网功率、 储能参与调峰的功率以及储能参与频率响应的备用功率。

本例中系统的日负荷、风电的预测功率及各时段内的最大扰动功率如图3所示。

根据解算结果可知，储能同时参与调峰、频率响应双重辅助服务时，系统弃风较无储能 时大大减少，最高减少14％，且所有时段的弃风量低于同时段风电输出功率总量的2％。系 统频率最低值全部高于安全下限，保证了频率安全。系统总运行成本为596717，低于无储能 时的总运行成本707081。且在需要机组进行深度调峰的时段内，机组的平均负荷率有所减少。 此外，由于储能的频率响应放电调整与其充电调峰方向在多数情况下是相反的，因此，储能 参与双重辅助服务可以缓解其调峰充电后导致自身SOC较高的情况，平衡全天充放电量，帮 助恢复自身的SOC，有助于储能在更恶劣的情况下完成辅助服务任务。

由此可知，本发明提出的一种百兆瓦级储能参与调峰及频率响应双重辅助服务的联合调 度方法可以减少系统弃风损失，降低机组的深度调峰压力，提高系统的频率安全水平，降低 系统运行的总成本，还有助于储能自身充、放电总量的平衡，辅助恢复自身SOC，保证储能 根据系统辅助服务需求更好地执行调度指令。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围 的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做 出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。