跟踪计划出力的新能源场站与汇集站储能协调运行策略_东亚光.pdf

第 47 卷 第 4 期 电 网 技 术 Vol.47 No.4 2023 年 4 月 Power System Technology Apr.2023 文章编号：1000-3673（2023）04-1579-10 中图分类号：TM 732 文献标志码：A 学科代码：47040 跟踪计划出力的新能源场站与汇集站储能协调运行策略东亚光，李凤婷，王森（新疆大学电气工程学院，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐市 830017）Energy Storage Coordinated Operation Strategy of New Energy Stations and Collection Stations by Tracking Planned Output DONG Yaguang,LI Fengting,WANG Sen(College of Electrical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830017,Xinjiang Uygur Autonomous Region,China)ABSTRACT:Aiming at the problem of poor scheduling caused by the large output error in the tracking plan of new energy collection station,it is proposed to configure the shared battery energy storage(ES)in the new energy collection stations(NECS).It is coordinated with the energy storage systems of new energy stations to improve the overall tracking planned output capacity of the centralized access area of the new energy stations.Firstly,the tracking error of the output plan of the new energy collection station is calculated by using the space-time complementary characteristics of the new energy stations;Then,the errors are corrected to a certain extent based on the state of energy storage systems;Finally,based on the corrected output deviation of the NCES,the plan tracking ability is improved through the coordinated transfer of the energy storage of the NCES and the energy storage systems of the new energy stations.In this process,the priority shall be given to calling the energy storage of the NCES.If its energy storage capacity is insufficient,the energy storage systems of the stations with residual margins shall be jointly called for the secondary coordination.The purpose is to improve the output capacity of the tracking plan of the NCES and reduce the wind and solar rejection rates.Finally,according to the performance indexes of the new energy tracking plan,the effectiveness of the proposed energy storage systems coordinated operation strategy for the planned output tracking of the NCES is verified by examples.KEY WORDS:collecting station energy storage;tracking planned output;coordinated operation strategy;root mean square error(RMSE);abandoned new energy power rate 基金项目：国家自然科学基金项目(51877185)；新疆维吾尔自治区青年科学基金项目(2022D01C85)。Project Supported by National Natural Science Foundation of China(51877185);Youth Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022D01C85).摘要：针对新能源汇集站跟踪计划出力误差大导致调度性差的问题，提出在新能源汇集站(new energy collection station，NECS)配置共享电池储能(energy storage，ES)，并与新能源场站储能协调调控，提高风光集中接入区域整体跟踪计划出力能力。首先，利用各新能源场站时空互补特性求出新能源汇集站联络线出力计划跟踪误差。然后，基于场站储能状态对各自误差进行一定程度的修正。其次，基于场站修正后的汇集站出力偏差，通过汇集站储能与场站储能协调调用提升计划跟踪能力；此过程中，优先调用汇集站储能，若储能容量不足，联合调用有剩余裕度的场站储能进行二次协调。旨在提升新能源汇集站跟踪计划出力能力的同时，降低弃风弃光率。最后，依据新能源跟踪计划性能指标，通过算例应用验证了所提储能协调运行策略对新能源汇集站计划出力跟踪的有效性。关键词：汇集站储能；跟踪计划出力；协调运行策略；均方根误差；弃风弃光率 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0508 0 引言“双碳”背景下，要实现电力系统的深度脱碳需要构建以新能源为主体的新型电力系统1，但新能源出力间歇性、波动性和随机性导致其跟踪计划出力能力差2，随着新能源渗透率的提高，其“鸭形曲线”问题愈发突出3，给电网调度带来巨大困难。因此，如何有效提高新能源跟踪计划出力能力、提升其可调度性对促进新能源规模化开发利用至关重要。在新能源场站配置储能是提升新能源跟踪计划出力能力的有效方法4-6。“十四五”现代能源体系规划指出大力推进电源侧储能发展，同时优化布局电网侧储能，探索储能聚合利用、共享利用等新业态。因此，如何协调新能源场站储能与汇集1580 东亚光等：跟踪计划出力的新能源场站与汇集站储能协调运行策略 Vol.47 No.4 站储能互济运行以提高新能源汇集站总体跟踪计划出力成为研究热点。文献7-8针对单个风电场输出功率偏差研究了不同时间尺度下混合储能的功率分配策略，提高了风电跟踪计划出力的准确性。文献9-11针对单个风电场或光伏电站的跟踪计划出力偏差研究了储能的控制策略，改善了新能源场站出力效果。但以上研究忽略了不同区域之间新能源场站出力以及储能系统出力的协调性问题，致使不同空间层次新能源跟踪计划出力的效果无法取得令人满意的效果。文献12考虑多风储系统的时空差异性提出了将储能广域协调调度的策略，降低了各风储系统的出力偏差；文献13以提升新能源消纳率为目标，将各场站的储能进行集中调度以避免多个储能间无序充放电。以上研究虽有考虑新能源的时空互补特性，但未考虑新能源汇集地区，各场站储能与汇集站储能协调调度对储能利用率、弃风弃光率和储能配置容量的影响。因此，新能源场站储能和汇集站储能的协调运行策略有待进一步研究。针对新能源汇集站跟踪计划出力能力差以及可调度性差的问题，本文首先考虑风电场实际出力值对储能系统最大充电功率的影响，构建储能模型；其次，考虑新能源的时空互补特性，明确各场站跟踪计划出力误差和汇集站联络线跟踪计划误差之间的关系；然后，综合考虑新能源汇集站跟踪计划出力效果、弃风弃光率、储能利用率等，提出新能源场站储能与汇集站储能协调运行策略；最后，本文选取某新能源汇集站实际运行数据进行仿真分析，结果验证了所提策略的合理性。1 新能源跟踪计划性能指标 由于天气条件快速变化、预测模型不精确等原因，新能源发电功率波动性较大14，这导致其跟踪计划出力能力不高，致使其可调度性较弱15-16，给电网的安全、稳定、可靠运行带来了一定的挑战。因此若要想提高新能源机组的可调度性，需要提高新能源跟踪计划出力的能力。为了评估新能源跟踪计划出力的能力，本文采用以下新能源跟踪计划出力性能指标17-19：1）日均方根误差MSER。2re,pl,1MSEN()niiiiPPRPn (1)2）平均绝对误差AEM。re,pl,AE1N|1()niiiiPPMPn (2)3）合格率Q。11100%niiQBn (3)式中re,pl,Nre,pl,N|1,10.75|0,10.75iiiiiiiPPPBPPP。4）最大跟踪计划误差max。maxre,pl,max(|),1,2,iiPPin(4)式中：re,iP是新能源场站实际出力；pl,iP是新能源场站的计划出力；NiP是新能源场站的额定功率；n为日内考核点个数。以上新能源跟踪计划性能指标主要用于考核各个新能源场站，此考核方法忽略了新能源时空互补特性和多储能系统指令对冲问题，因此，需要针对汇集站提出功率盈/缺判据，以新能源汇集站和各新能源场站满足跟踪计划出力要求为前提，协调各新能源场站和各储能系统的出力，提升新能源汇集站总体跟踪计划出力能力，减少对电网调度的冲击和影响，同时达到降低弃风弃光率的效果。在新能源汇集站考核标准方面，由于汇集站满足考核与否取决于各新能源场站，所以依然使用MSER对汇集站跟踪计划误差的分散程度进行评价，AEM衡量汇集站跟踪计划误差的幅值特性，Q反映周期内汇集站实际出力在误差允许范围的情况，max反映汇集站跟踪计划误差的局部表现，其值过大，易对电网照成冲击。总体上，MSER、AEM和max越小，Q越大，说明新能源汇集站跟踪计划出力整体误差越小，跟踪效果越好，越能缓和其给电网带来的调度困难。2 新能源汇集站系统结构及跟踪计划总体思路 根据式(3)，将新能源场站 i 的 t 时刻的功率缺额定义为该时刻出力计划值与实际出力值的差值，则 t 时刻新能源场站 i 的功率缺额定义式20如下：sh,pl,re,()=()()iiiPtPtPt (5)则新能源场站在t时段内，各新能源场站实际出力超出计划出力允许范围的盈缺功率为 sv,sh,sh,N,limit()()sign()iiiiPtPtPt P(6)式中limit为新能源计划出力允许误差限。2.1 新能源汇集站储能系统结构 本文所研究的汇集站储能的结构如图 1 所示。第 47 卷 第 4 期 电 网 技 术 1581 outfgout,1()()NiiPtPtre,1()Ptfgout,1()Ptre,2()Ptfgout,2()Ptre,()NPtfgout,()NPtBESS,1()PtBESS,()NPtBESSH()Ptsv()Ptsv,1()Ptsv,2()Ptsv,()NPtBESS,()iPtBE