1.本发明属于雷电探测领域，更具体的，涉及一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法与系统。
背景技术：2.现有的风电场防雷技术中，主要是通过降低风电机组的直击雷概率，如采用避雷针、避雷线等作为接闪器将电流导引至接地装置中，或是通过等地电位连接系统、屏蔽系统和过电压保护等来减小和防止雷电流在风电机组中产生电磁效应。这些传统的静态防雷措施，在一定程度上能够降低风电机组被雷击破坏的概率和程度，但大多侧重于在风电场的建设初期阶段对风电场进行改造，是一种被动的防雷手段，并且在雷击发生时仍然会对整个风电场的输出功率稳定性产生影响。
3.为进一步提高风电场并网系统对雷电的主动防御能力，提高雷电天气时风电场输出功率的稳定性，本发明专利提出基于雷电发生概率的风电场和储能系统的两层调控方法与系统：在雷电天气下，基于雷电概率预报结果，动态控制风电场内各风电机组脱网/并网，并由储能系统进行补偿输出，进而减小风机遭受雷击的概率、雷击后造成的损坏程度以及雷击造成的功率波动，提高风电场传输线路的功率稳定性，有效提高风电场系统的主动防雷能力。
技术实现要素：4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，解决上述问题，进而提出一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法与系统。
5.本发明采用如下的技术方案。
6.一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，包括如下步骤：步骤s1，分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力，其中机组包括：运行机组与静止机组；步骤s2，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，调度层计算风电场整体平均雷击概率；若风电场整体平均雷击概率小于等于预设值p1，结束步骤；步骤s3，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力，计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数，其中，总可能损失为雷击损坏造成的损坏成本与补偿功率缺额时的调度成本之和；步骤s4，基于预设的约束条件，求取当总成本函数的值最小时需要停运的机组编号及所满足的值，其中，表示机组由运行机组变为静止机组的数量；步骤s5，计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p；步骤s6，储能系统依据补偿的功率p立即增加出力，并返回步骤s1。
7.进一步的，步骤s1中计算响应层运行机组的雷击概率为：
其中，nd为风力发电机所遭受的年平均直接雷击数量，ng为风力发电机所处地区雷击大地的年平均密度，ad与风力发电机截收相同雷击次数的等效面积，cd为环境因数，为风电场内年雷电天气次数。
8.进一步的，步骤s1中最大出力为：其中，为空气密度，为运行机组与静止机组中任一机组i的叶片直径，v为空气进入风力机扫掠面以前的风速，cp为风能利用系数。
9.进一步的，步骤s2中平均雷击概率为：其中，为风场总的运行状态的风机数量，为风场总的静止状态的机组数量，等于风电场总风机数，为静止机组的雷击概率。
10.进一步的，预设值p1=1%。
11.进一步的，步骤s3中损坏成本的函数为：其中，和分别为运行机组和静止机组被雷击的概率，和分别为运行机组和静止机组雷击损坏后的修理成本，和分别为运行机组和静止机组雷击后的损坏概率。
12.进一步的，步骤s3中调度成本的函数为：其中，表示储能系统电池成本，表示储能系统电池充放电循环次数，表示放电电流带来的损耗成本，表示电池效率，是控制周期，为：其中，为第个机组的最大出力。
13.进一步的，步骤s5中约束条件为：
其中，和分别表示储能系统电池的荷电状态的最小值和最大值，储能系统当前的荷电状态；和分别表示储能系统允许的最小功率和最大功率，n为调控前总的处于运行状态的机组数量。
14.进一步的，步骤s5中补偿的功率p为：其中，s+1~s+k为从运行到静止的机组的下标。
15.一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控系统，包括：计算模块、逻辑判断模块与功率模块；计算模块用于分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力；以及计算风电场整体平均雷击概率；以及计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数；以及求取当总成本函数的值最小时所满足的值；以及计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p；逻辑判断模块用于判断风电场整体平均雷击概率小于等于预设值p1；功率模块用于储能系统依据补偿的功率p立即增加出力。
16.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明首次将主动防雷思想应用到风电场储能系统联合并网系统中，提出一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法与系统。
17.其中上层调度层负责整个风电场稳定、经济的运行，在雷击天气下，基于各风机受到雷击的概率、切机脱网损失的功率、储能系统调控成本来控制风电场不同位置机组的并网情况，对于发生雷击概率较大、雷击后的损失大的机组，主动将该机组切断以减少风机受损率、防止雷击电流传向其他机组以减少雷电流对整个风电场的影响，同时控制储能系统对输出功率进行补偿，保证了风电场的整体输出功率稳定性。
18.下层响应层对应风电场内的转速可调节机组以及储能系统，负责计算当前环境下该机组的雷击概率上传给调度层以及根据调度层下达的脱网指令将部分机组脱网并静止，一方面将机组脱网并静止可以降低被雷击的概率，另一方面风机遭雷击后的损害程度也得到降低，并且脱网可以有效阻断雷电流的传播，减少对其他机组乃至其他电网的影响。
附图说明
19.图1是本发明中风储联合系统功率两层调控架构图。
20.图2是本发明中基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法的流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
22.本发明公开了一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控系统，如图1所示，该系统至少包括：计算模块、逻辑判断模块与功率模块；计算模块用于分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力；以及计算风电场整体平均雷击概率；以及计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数；以及求取当总成本函数的值最小时所满足的值；以及计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p；逻辑判断模块用于判断风电场整体平均雷击概率小于等于预设值p1；功率模块用于储能系统依据补偿的功率p立即增加出力。
23.此外，本发明公开了一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，包括如下步骤：步骤s1，分别计算响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力。
24.步骤s11，对于当前所处控制周期（取周期=10min，一天共144次），响应层各运行机组根据当前风机所处环境，计算各运行机组i当前雷击概率的，具体的：直击雷频率公式为：其中，nd为为风力发电机所遭受的年平均直接雷击数量；ng为风力发电机所处地区雷击大地的年平均密度；ad与风力发电机截收相同雷击次数的等效面积；cd为环境因数。与温度、湿度、降水、空气压强、风速、风向、风机整体高度、风机所处位置海拔、风机运行状态等有关。
25.定义风电场内年雷电天气次数为，则各运行机组i当前雷击概率为：步骤s12，响应层各静止机组根据当前风机所处环境，进行各静止机组j当前雷击概率的的计算，计算方法同步骤s11。由于风机在高速运转时会因桨叶位置具有明确的不确定性而增加被雷电击中概率
2.，静止机组的环境因素系数cd更小，故》。
26.步骤s13，响应层各机组计算当前机组所处风速下，任一机组i的当前可能最大出力，其计算公式如下：其中：为空气密度，为机组i的叶片直径，v为空气进入风力机扫掠面以前的风速，cp为风能利用系数。
27.步骤s2，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，计算风电场整体平均雷击概率。若该风电场整体平均雷击概率小于等于p1（见下方的雷击概率规定），结束步骤。否则，执行步骤s3。
28.具体的，调度层基于响应层提交各机组雷击概率数据、计算风电场整体平均雷击概率，计算方法如下：式中，n为风场总的运行状态的风机数量，m为风场总的静止状态的机组数量，n+ m等于风电场总风机数n。
29.对某一风电场而言，对平均雷击概率规定如下：≤p1 ,无雷电；p1《《雷p2，有雷电；p3《 ，大概率雷电。优选的，p1为1%，p2为5%，p3为10%。为了保证系统的安全性，尽可能减少雷电造成的不必要的损失，在平均雷击概率p1《时，开始调控模式，并假定将其中1~k台共k台机组由运行状态改为脱网静止。平均雷击概率p1》时不调控，直接进入下一个周期，此时k=0。
30.步骤s3，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力，计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数，其中，总可能损失包括：雷击损坏造成的损坏成本与补偿功率缺额时的调度成本。
31.定义运行机组或静止机组中任一机组的运行状态为xi，并网运行时xi=1，脱网静止时xi=0，i=1
……
n。可以理解的是，当xi=0时，该机组的雷击概率为，当xi=1时，该机组的雷击概率为。
32.计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数具体如下：步骤s31，调度层基于响应层提交的各机组i的当前可能最大出力，计算将其中的第x
s+1
~x
s+k
台机组共k台机组由运行状态改为脱网并静止后（对应的自变量x
s+1
~x
s+k
为0，相应的雷击概率变为），并且风电场内仍有部分机组被雷击后并退出运行时，储能系统总的需补偿的有功功率期望值，计算方法如下：其中，n-k表示将k台机组由运行状态改为脱网静止后剩余的运行机组数量；m+k表示将k台机组由运行状态改为脱网静止后总的静止机组数量。
33.计算储能系统补偿功率缺额时的调度成本函数：其中，表示储能系统电池成本，表示储能系统电池充放电循环次数，表示放电电流带来的损耗成本，表示电池效率，表示将k台机组由运行状态改为脱网静止后，并且风电场内有部分机组仍被雷击后退出运行时，储能系统总的需补偿的有功功率期望值。
34.步骤s32，计算调控后风电场内风机因可能的雷击损坏造成的损坏成本函数：其中，和分别为运行机组和静止机组被雷击的概率，和分别为运行机组和静止机组雷击损坏后的修理成本，和分别为运行机组和静止机组雷击后的损坏概率，由于运转状态下的风机桨叶转速较大，转动惯量较大，发生雷击时产生损害的可能性更大，损害程度也更大，故《， 《。
35.步骤s33，计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数：步骤s4，求取当总成本函数的值最小时所满足的k值，其中，k表示机组由运行机组变为静止机组的数量。也就是说，计算总成本函数取最小值时对应的切机脱网的机组编号x
s+1
~x
s+k
及总数量k。
36.具体的，依据储能系统运行约束对可能雷击损失对风电场内全部机组的运行状态xi进行“0-1（分别表示脱网静止-运行）二值线性规划”的优化计算，计算得到应该被切机脱网的机组x
s+1
~x
s+k
。
37.优化目标：优化目标：优化目标：约束条件： 其中，和分别表示储能系统电池的荷电状态的最小值和最大值，储能系统当前的荷电状态；和分别表示储能系统允许的最小功率和最大功率，由于本文仅考虑储能系统放电，故令=0；k表示调控后主动脱网并静止的风机总数，n为调控前总的处于运行状态的机组数量，m为调控前总的处于静止状态的机组数量。
38.步骤s5，依据s4的优化结果，计算这k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p：可以理解的是，s+1~s+k为从运行到静止的机组的下标。
39.步骤s6，调度层将切机静止指令下达给响应层的相应机组，响应层的各机组依据
指令执行机组停役并采取叶片静止措施，储能系统依据补偿的功率p立即增加出力，此外，若该时段仍有运行机组j因雷击而脱网，储能系统也应立即补偿该机组的最大出力。当增加出力后，返回步骤s1，重新获得响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力，并根据该新获得的响应层运行机组与静止机组的雷击概率，顺序执行步骤s2，即计算风电场整体平均雷击概率。
40.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力，其中机组包括：运行机组与静止机组；步骤s2，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，调度层计算风电场整体平均雷击概率；若风电场整体平均雷击概率小于等于预设值p1，结束步骤；步骤s3，根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力，计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数，其中，总可能损失为雷击损坏造成的损坏成本与补偿功率缺额时的调度成本之和；步骤s4，基于预设的约束条件，求取当总成本函数的值最小时需要停运的机组编号及所满足的值，其中，表示机组由运行机组变为静止机组的数量；步骤s5，计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p；步骤s6，储能系统依据补偿的功率p立即增加出力，并返回步骤s1。2.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s1中计算响应层运行机组的雷击概率为：为：其中，n
d
为风力发电机所遭受的年平均直接雷击数量，n
g
为风力发电机所处地区雷击大地的年平均密度，a
d
与风力发电机截收相同雷击次数的等效面积，c
d
为环境因数，为风电场内年雷电天气次数。3.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s1中最大出力为：其中，为空气密度，为运行机组与静止机组中任一机组i的叶片直径，v为空气进入风力机扫掠面以前的风速，cp为风能利用系数。4.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s2中平均雷击概率为：其中，为风场总的运行状态的风机数量，为风场总的静止状态的机组数量，等于风电场总风机数，为静止机组的雷击概率。5.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，预设值p1=1%。6.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特
征在于，步骤s3中损坏成本的函数为：其中，和分别为运行机组和静止机组被雷击的概率，和分别为运行机组和静止机组雷击损坏后的修理成本，和分别为运行机组和静止机组雷击后的损坏概率。7.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s3中调度成本的函数为：其中，表示储能系统电池成本，表示储能系统电池充放电循环次数，表示放电电流带来的损耗成本，表示电池效率，是控制周期，为：其中，为分别为第个，第个机组的最大出力。8.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s5中约束条件为：其中，和分别表示储能系统电池的荷电状态的最小值和最大值，储能系统当前的荷电状态；和分别表示储能系统允许的最小功率和最大功率，n为调控前总的处于运行状态的机组数量。9.根据权利要求1所述的一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，其特征在于，步骤s5中补偿的功率p为：其中，s+1~s+k为从运行到静止的机组的下标。10.一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控系统，用于执行权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于，系统包括：计算模块、逻辑判断模块与功率模块；计算模块用于分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力；以及计算风电场整体平均雷击概率；以及计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数；以及求取当总成本函数的值最小时所满足的值；以及计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率p；
逻辑判断模块用于判断风电场整体平均雷击概率小于等于预设值p1；功率模块用于储能系统依据补偿的功率p立即增加出力。
技术总结一种基于雷击概率的风储联合系统功率两层调控方法，包括如下步骤：分别计算响应层机组的雷击概率，以及最大出力，其中机组包括：运行机组与静止机组；根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，调度层计算风电场整体平均雷击概率；若风电场整体平均雷击概率小于等于预设值P1，结束步骤；根据响应层运行机组与静止机组的雷击概率，以及最大出力，计算调控后发生雷击带来的总可能损失的总成本函数；基于预设的约束条件，求取当总成本函数的值最小时需要停运的机组编号及所满足的值；计算k台机组脱网并静止后需要储能系统立即补偿的功率P；储能系统依据补偿的功率P立即增加出力，并返回步骤S1。返回步骤S1。返回步骤S1。
技术研发人员：洪晨威 王亮 童充 陈海文 周海阔 陈振伟 袁婧 包雅孟 洪奕
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
