CN117391017A - 一种电力系统储能等效建模方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力系统储能等效建模方法，所述电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能，所述方法包括：建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。本方案，能够提供电化学和超导复合储能的充放电的模型，便于电力系统的精确分析。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统分析技术领域，特别是关于一种电力系统储能等效建模方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着风电、光伏等间歇式新能源的大量并入现有电网，带来了较大功率的波动，严重影响着电网的稳定运行。目前，可以在新能源电场加装储能，当新能源电场发电功率大于电网需求时，储能工作在发电状态；当发电功率小于电网需求时，储能工作在放电状态。
储能的形式包括电化学储能、超导储能、飞轮储能、超级电容储能等多种形式。常见的储能为电化学储能和超导储能的复合模型。本申请的发明人在研究中发现，电化学储能容量大，但响应速度慢，超导储能响应速度快，但容量有限，建立储能模型已经成为目前研究的难点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种电力系统储能等效建模方法、装置及介质，能够提供电化学和超导复合储能的充放电的模型，便于电力系统的精确分析。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种电力系统储能等效建模方法，所述电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能，所述方法包括：
建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
在本申请的一种实现方式中，所述参数优化模块，用于基于所述电化学储能和所述超导储能的容量，对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
在本申请的一种实现方式中，所述建立电力系统储能的充电过程的等效模型，包括：
所述充电过程的等效模型的模型公式为：
i0＝iS
其中，k1和k2为所述充电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，u0为储能等效模型的电压，uB为电化学储能的电压，LS为超导储能等效电感，iS为超导储能等效电流。
在本申请的一种实现方式中，所述系数k1和k2取值方法如下：
(1)k1＝1，k2＝0，当S″B＞S″S且PB＞PS；
(2)k1＝0，k2＝1，当S″B＜S″S且PS＞PB；
(3)当S″B＞S″S且PB≤PS；
(4)当S″B＜S″S且PS≤PB；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
kx和ky为优化系数。
在本申请的一种实现方式中，所述优化系数kx和ky的计算方式，包括：
在本申请的一种实现方式中，所述建立电力系统储能的放电过程的等效模型，包括：
所述充电过程的等效模型的模型公式为：
u0=uB
其中，k3和k4为所述放电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，i0为储能等效模型的电流，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，iS为超导储能等效电流。
在本申请的一种实现方式中，所述系数k3和k4取值方法如下：
(1)k3＝1，k4＝0，当S′B＞S′S且P′B＞P′S；
(2)k3＝0，k4＝1，当S′B＜S′S且P′S＞P′B；
(3)当S′B＞S′S且P′B≤P′S；
(4)当S′B＜S′S且P′S≤P′B；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
k′x和k′y为优化系数。
在本申请的一种实现方式中，所述优化系数k′x和k′y的计算方式，包括：
第二方面，本申请提供一种电力系统储能等效建模装置，所述电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能，所述装置包括：
充电模型建模模块，用于建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
放电模型建模模块，用于建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
参数优化模块，用于对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
在本申请的一种实现方式中，所述参数优化模块，用于基于所述电化学储能和所述超导储能的容量，对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
在本申请的一种实现方式中，所述充电过程的等效模型的模型公式为：
i0＝iS
其中，k1和k2为所述充电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，u0为储能等效模型的电压，uB为电化学储能的电压，LS为超导储能等效电感，iS为超导储能等效电流。
在本申请的一种实现方式中，所述参数优化模块，基于下列公式计算所述系数k1和k2：
(1)k1＝1，k2＝0，当S″B＞S″S且PB＞PS；
(2)k1＝0，k2＝1，当S″B＜S″S且PS＞PB；
(3)当S″B＞S″S且PB≤PS；
(4)当S″B＜S″S且PS≤PB；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
kx和ky为优化系数。
在本申请的一种实现方式中，所述优化系数kx和ky的计算方式，包括：
在本申请的一种实现方式中，所述充电过程的等效模型的模型公式为：
u0＝uB
其中，k3和k4为所述放电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，iO为储能等效模型的电流，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，iS为超导储能等效电流。
在本申请的一种实现方式中，所述参数优化模块，基于下列公式计算所述系数k3和k4：
(1)k3＝1，k4＝0，当S′B＞S′S且P′B＞P′S；
(2)k3＝0，k4＝1，当S′B＜S′S且P′S＞P′B；
(3)当S′B＞S′S且P′B≤P′S；
(4)当S′B＜S′S且P′S≤P′B；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
k′x和k′y为优化系数。
在本申请的一种实现方式中，所述优化系数k′x和k′y的计算方式，包括：
第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述第一方面所述的电力系统储能等效建模方法。
第四方面，本申请提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现上述第一方面所述的电力系统储能等效建模方法。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明申请方案中的方法，建立电力系统储能的充电过程的等效模型，并建立电力系统储能的放电过程的等效模型，以及对充电过程的等效模型、放电过程的等效模型中的模型参数进行优化，从而为复合储能提出了一种精确的模型，便于广泛应用于电力系统的系统分析过程中。
附图说明
图1为本申请实施例中的电力系统储能等效建模方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的充电过程的等效电路示意图；
图3为本申请实施例的放电过程的等效电路示意图；
图4为本申请实施例中的电力系统储能等效建模装置的模块示意图；
图5是本发明实施例涉及的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术未能提出电力系统储能模型以供进行电力系统分析的问题。本申请相应提供电力系统储能等效建模方法、装置及介质，能够提供电化学和超导复合储能的充放电的模型，便于电力系统的精确分析。其中，所述的方法，包括：建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。本申请方法可以广泛应用于电力系统分析中。
下面在本申请的一些更为详细的实施例中说明上述方法。
如图1，在本申请的一个实施例中，提供了一种电力系统储能等效建模方法。
本实施例中，以电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能为例，具体的等效建模方法包括：
S11，建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
S12，建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
S13，对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
下面结合图2和图3，对上述建模流程进行说明。
如图2，为本申请实施例的充电过程的等效电路示意图
充电过程中的储能等效模型的电压为：
i0＝iS (2)
其中，k1和k2为充电过程的等效模型中电化学储能和超导储能的加权系数，uO为储能等效模型的电压，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，LS为超导储能等效电感，iS为超导储能等效电流，表示电感电流对时间t的导数。
SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S。PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率。kx和ky为优化系数，无需优化时，kx和ky可取1。
k1和k2取值方法如下：
(1)k1＝1，k2＝0，当S″B＞S″S且PB＞PS；
(2)k1＝0，k2＝1，当S″B＜S″S且PS＞PB；
(3)当S″B＞S″S且PB≤PS；
(4)当S″B＜S″S且PS≤PB。
如图3，为本申请实施例的放电过程的等效电路示意图。
放电过程中的储能等效模型为：
u0＝uB (4)
其中，k3和k4为所述放电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，iO为储能等效模型的电流，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，LS为超导储能等效电感，iS为超导储能等效电流。表示电化学储能等效电容电压对时间t的导数。
P′B为电化学储能当前最大放电功率，P′S为超导储能当前最大放电功率，k′x和k′y为优化系数，无需优化时，k′x和k′y可取1。
k3和k4取值方法如下：
(1)k3＝1，k4＝0，当S′B＞S′S且P′B＞P′S；
(2)k3＝0，k4＝1，当S′B＜S′S且P′S＞P′B；
(3)当S′B＞S′S且P′B≤P′S；
(4)当S′B＜S′S且P′S≤P′B；
在本申请实施例中，优化系数kx和ky、k′x和k′y求解过程为：
充电过程中：
放电过程中：
如图4，在本申请实施例中的另一方面，还提供了一种电力系统储能等效建模装置，包括：
充电模型建模模块401，用于建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
放电模型建模模块402，用于建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
参数优化模块403，用于对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
本申请实施例中的上述装置，各模块可以由硬件或软件实现，并实现前一方面所述的电力系统储能等效建模方法。具体流程，可以参照前述实施例的相关描述，在此就不再重复赘述。
在本申请实施例的另一方面，还相应提供了一种计算机存储介质。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的电力系统储能等效建模方法。其具体的实现过程，在此不再重复赘述。
本申请实施例还提供一种计算机设备500，如图5所示。该实施例的计算机设备500包括：处理器501、存储器502以及存储在存储器中并可在处理器501上运行的计算机程序503，处理器501执行计算机程序503时实现实施例中的前述方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序被处理器501执行时实现实施例中装置中各模型中/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。
计算机设备500可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、服务器及云端服务器等计算设备。计算机设备可包括，但不仅限于，处理器501、存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是计算机设备500的示例，并不构成对计算机设备500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器501可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器502可以是计算机设备500的内部存储单元，例如计算机设备500的硬盘或内存。存储器502也可以是计算机设备300的外部存储设备，例如计算机设备500上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器502还可以既包括计算机设备500的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例上述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (18)
1.一种电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能，所述方法包括：
建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化，包括：
基于所述电化学储能和所述超导储能的容量，对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
3.根据权利要求1所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述建立电力系统储能的充电过程的等效模型，包括：
所述充电过程的等效模型的模型公式为：
i0＝iS
其中，k1和k2为所述充电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，uO为储能等效模型的电压，uB为电化学储能的电压，LS为超导储能等效电感，iS为超导储能等效电流。
4.根据权利要求3所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述系数k1和k2取值方法如下：
(1)k1＝1,k2＝0，当S″B>S″S且PB>PS；
(2)k1＝0,k2＝1，当S″B<S″S且PS>PB；
(3)当S″B>S″S且PB≤PS；
(4)当S″B<S″S且PS≤PB；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝Ss-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
kx和ky为优化系数。
5.根据权利要求4所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述优化系数kx和ky的计算方式，包括：
6.据权利要求1所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述建立电力系统储能的放电过程的等效模型，包括：
所述充电过程的等效模型的模型公式为：
u0＝uB
其中，k3和k4为所述放电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，iO为储能等效模型的电流，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，iS为超导储能等效电流。
7.根据权利要求6所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述系数k3和k4取值方法如下：
(1)k3＝1,k4＝0，当S′B>S′S且P′B>P′S；
(2)k3＝0,k4＝1，当S′B<S′S且P′S>P′B；
(3)当S′B>S′S且P′B≤P′S；
(4)当S′B<S′S且P′S≤P′B；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
Ss为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝Ss-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
k′x和k′y为优化系数。
8.根据权利要求7所述的电力系统储能等效建模方法，其特征在于，所述优化系数k′x和k′y的计算方式，包括：
9.一种电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述电力系统储能为电化学储能和超导储能的复合储能，所述装置包括：
充电模型建模模块，用于建立电力系统储能的充电过程的等效模型，所述充电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的串联充电；
放电模型建模模块，用于建立电力系统储能的放电过程的等效模型，所述放电过程等效为所述电化学储能和所述超导储能的并联放电；
参数优化模块，用于对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
10.根据权利要求9所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述参数优化模块，用于基于所述电化学储能和所述超导储能的容量，对所述充电过程的等效模型、以及所述放电过程的等效模型中的模型参数进行优化。
11.根据权利要求9所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述充电过程的等效模型的模型公式为：
i0＝iS
其中，k1和k2为所述充电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，uO为储能等效模型的电压，uB为电化学储能的电压，Ls为超导储能等效电感，is为超导储能等效电流。
12.根据权利要求11所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述参数优化模块，基于下列公式计算所述系数k1和k2：
(1)k1＝1,k2＝0，当S″B>S″S且PB>PS；
(2)k1＝0,k2＝1，当S″B<S″S且PS>PB；
(3)当S″B>S″S且PB≤PS；
(4)当S″B<S″S且PS≤PB；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
kx和ky为优化系数。
13.根据权利要求12所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述优化系数kx和ky的计算方式，包括：
14.据权利要求9所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述充电过程的等效模型的模型公式为：
u0＝uB
其中，k3和k4为所述放电过程的等效模型中所述电化学储能和所述超导储能的加权系数，iO为储能等效模型的电流，uB为电化学储能的电压，CB为电化学储能等效电容，iS为超导储能等效电流。
15.根据权利要求14所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述参数优化模块，基于下列公式计算所述系数k3和k4：
(1)k3＝1,k4＝0，当S′B>S′S且P′B>P′S；
(2)k3＝0,k4＝1，当S′B<S′S且P′S>P′B；
(3)当S′B>S′S且P′B≤P′S；
(4)当S′B<S′S且P′S≤P′B；
其中，SB为电化学储能总容量，S′B表示电化学储能已有电量，S″B＝SB-S′B；
SS为超导储能总容量，S′S表示超导储能已有电量，S″S＝SS-S′S；
PB为电化学储能当前最大充电功率，PS为超导储能当前最大充电功率；
k′x和k′y为优化系数。
16.根据权利要求15所述的电力系统储能等效建模装置，其特征在于，所述优化系数k′x和k′y的计算方式，包括：
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至8任一项所述的电力系统储能等效建模方法。
18.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现权利要求1至8任一项所述的电力系统储能等效建模方法。
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|---|---|---|---|
| CN202311245222.5A CN117391017A (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种电力系统储能等效建模方法、装置及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN117391017A true CN117391017A (zh) | 2024-01-12 |
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Family Applications (1)
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