一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法技术

本发明专利技术公开了一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，涉及风电场储能容量优化方法领域；其包括S1：量化系统辅助服务成本的缓解程度后，将其作为辅助服务补偿，根据其和风电场配置储能的经济效益计算风储联合运行收益；S2：储能为风电的不确定性提供备用后，更新适应调度计划的BESS约束；S3：BESS约束结合其它约束组建约束条件合集，通过最大化收益获取目标函数，根据两者构建风电场储能容量优化模型；S4：将采集的电力系统参数输入模型求解获取最优容量；本发明专利技术解决现有风电场储能容量优化未考虑辅助服务补偿导致风储联合运行收益低、风电场配置储能的积极性差的问题，达到了有效激励风电场配置储能，实现风电“友好”并网消纳的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法
本专利技术涉及风电场储能容量优化方法领域，尤其是一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法。
技术介绍
储能系统作为灵活可调度的电源为应对风电并网问题提供了一条新思路，风电场配置储能系统将成为未来规模化开发风电的模式之一，电池储能(BatteryEnergystoragesystem，BESS)相比于其他储能技术对地理条件的要求小、能量效率高，在电力系统中的应用前景最广阔。目前，风电场配置BESS最直接的效益就是可以获得附加的风电并网量，减小弃风损失；风电场配置BESS需综合考虑储能规划和运行，受制于BESS的投资成本，需要重点解决储能配置成本与平移效果间的平衡问题；现有分析风电场配置储能的经济性时，往往将风电场弃风最少或者收益最大作为目标，或者从储能角度出发，着眼于储能投资和运行成本最小；未从风储联合运行的角度分析其运行的经济性，使得风储联合运行的价值评估准确性低，难以获得相应的经济收益。同时，现有技术中忽略辅助服务补偿进行容量优化，一方面成本高，导致风储联合运行收益低，从而推广过程中的经济优势不足，使得风电场配置储能的积极性不高；另一方面，未考虑辅助服务补偿因素计算的优化容量不精确，应用价值不明晰，参与市场机制不健全。因此需要一种大规模风电场储能容量优化方法考虑辅助服务成本解决以上问题，提高风储联合运行收益低，提高风电场配置储能的积极性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术提供了一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，解决现有风电场储能容量优化未考虑辅助服务补偿导致风储联合运行收益低、风电场配置储能的积极性差的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，包括如下步骤：步骤1：将量化后的BESS加入前后对系统辅助服务成本的缓解程度作为辅助服务补偿，根据辅助服务补偿和获取的风电场配置储能的直接经济效益计算风储联合运行收益；步骤2：储能为风电的不确定性提供备用后，更新适应调度计划的BESS约束；步骤3：更新后的BESS约束结合其它常规约束组建约束条件合集，通过最大化风储联合运行收益获取目标函数，根据约束条件合集和目标函数构建风电场储能容量优化模型；步骤4：将采集的电力系统参数输入风电场容量优化模型进行求解获取风电场配置电池储能系统的最优容量。优选地，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：量化BESS加入前后对系统辅助服务成本的缓解程度；步骤1.2：风电场配置储能的直接经济效益包括BESS成本和弃风收益，计算BESS成本，计算如公式1所示：Ccap＝αs·Pcap+βs·Scap其中，Ccap表示BESS成本；αs表示储能系统折合到每年的容量单价；βs表示储能系统折合到每年的功率单价；r表示kW·h/kW成本的比例；CE表示储能单位投资成本，$/kW·h；Tlife表示BESS的等效运行年限；COM表示运行维护成本，$/年；步骤1.3：将BESS加入前后对系统调峰和旋转备用辅助服务的缓解程度全部作为辅助服务补偿，计算弃风收益和辅助服务补偿，如公式2所示：其中，Ssave表示风储联合运行相比风电单独并网时带来的弃风收益；C′serve表示加入BESS后风储联合运行对系统辅助服务的缓解程度，即获得的辅助服务补偿；PWloss,t和P'Wloss,t分别表示含与不含储能系统时风电场每时刻的弃风情况；ρwind表示风电上网电价；l表示季度，bl表示每个季度所含天数；Cserve表示风电单独并网时引致的辅助服务成本；表示风储联合运行时引致的辅助服务成本；步骤1.4：根据BESS成本、弃风收益和辅助服务补偿计算风储联合运行收益，如公式3所示：f＝Ssave+C′serve-Ccap(3)其中，f表示风储联合运行收益；Ssave表示风储联合运行相比风电单独并网时带来的弃风减少量收益；C′serve表示辅助服务补偿；Ccap表示BESS成本。优选地，所述步骤1.1包括如下步骤：步骤1.1.1：通过风电单独并网前后系统提供辅助服务的成本差值量化风电引致的辅助服务成本，如公式4所示：Cserve＝Cfixed+Cfluctuant其中，Cserve表示风电单独并网时引致的辅助服务成本，Cfixed表示风电单独并网时固定辅助服务成本，Cfluctuant表示风电单独并网时变动辅助服务成本；CAI表示参与辅助服务的常规机组折合到每天的单位投资成本；M/Mwind分别表示风电单独并网前/后参与辅助服务的机组数量；为参与辅助服务机组额定装机容量；分别为风电单独并网前/后机组单位煤耗成本；PGS,i(t)为辅助服务机组i在t时刻的出力；T为一天24小时；步骤1.1.2：通过风储联合运行前后系统提供辅助服务的成本差值量化风储联合运行时引致的辅助服务成本，如公式5所示：其中，表示风储联合运行引致的辅助服务总成本；表示风储联合运行时固定辅助服务成本，表示风储联合运行时变动辅助服务成本；表示风储联合运行后参与辅助服务的机组数量；表示风储联合运行后机组单位煤耗成本；步骤1.1.3：通过BESS加入前后系统提供辅助服务的成本差值即与Cserve的差值，量化BESS对系统辅助服务成本的缓解程度。优选地，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：以允许弃风为前提，定义BESS的充放电功率及荷电状态，如公式6所示：其中，St表示t时刻蓄电池的充放电功率；Pwind,t表示t时刻风电预测值；Pcombined,t表示t时刻风储联合运行时的并网功率；Pwloss,t表示t时刻的弃风值；Ssoc,t-1表示t时刻BESS的荷电容量；ηs表示充放电效率；Δt表示调度时间间隔，1h；步骤2.2：根据BESS额定充放电功率和储能容量的限制，将t时刻BESS约束表示为如公式7所示：其中，Pcap表示储能系统的额定功率；Scap表示储能系统的容量；步骤2.3：BESS为风电出力预测误差提供旋转备用后，更新t时刻BESS约束，具体如公式8所示：其中，εs表示BESS为风电出力不确定性的备用程度。优选地，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：更新后的t时刻BESS约束结合其他常规约束组建约束条件合集，如公式9所示：其中，Pnet,t表示t时刻的净负荷；Pload,t表示t时刻系统负荷需求；Pwind,t表示t时刻风电预测值；rtup/rtdn表示t时刻在线机组允许的最大爬坡速率上限/下限；Ng表示常规机组数量；表示常规机组i允许的最大/最小输出功率；ui,t表示机组i在t时段的开停机状态，0-1变量；表示风功率预测值的上/下偏差范围；Rload,t表示负荷的备用需求，由于日负荷曲线具有高度的重复性，其预测误差的标准差通常正比于负荷的大小，取Rload,t＝0.05Pload,t；表示常规机组i的最小开机/关机时间；表示常规机组i在t时段累积开机/关机时间；步骤3.2：最大化风储联合运行收益，将其作为目标函数，如公式10所示：maxf＝Ssave+C′serve-Ccap(10)步骤3.3：根据目标函数和约束条件合集完成构建风电场储能容量优化模型。优选地，所述步骤4中求解采用约束最优化问题求解软件或者约束最优化问题求解算法。优选地，所述步骤2还包括用于增加风储联合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将量化后的BESS加入前后对系统辅助服务成本的缓解程度作为辅助服务补偿，根据辅助服务补偿和获取的风电场配置储能的直接经济效益计算风储联合运行收益；步骤2：储能为风电的不确定性提供备用后，更新适应调度计划的BESS约束；步骤3：更新后的BESS约束结合其它常规约束组建约束条件合集，通过最大化风储联合运行收益获取目标函数，根据约束条件合集和目标函数构建风电场储能容量优化模型；步骤4：将采集的电力系统参数输入风电场容量优化模型进行求解获取风电场配置电池储能系统的最优容量。

【技术特征摘要】
1.一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：将量化后的BESS加入前后对系统辅助服务成本的缓解程度作为辅助服务补偿，根据辅助服务补偿和获取的风电场配置储能的直接经济效益计算风储联合运行收益；步骤2：储能为风电的不确定性提供备用后，更新适应调度计划的BESS约束；步骤3：更新后的BESS约束结合其它常规约束组建约束条件合集，通过最大化风储联合运行收益获取目标函数，根据约束条件合集和目标函数构建风电场储能容量优化模型；步骤4：将采集的电力系统参数输入风电场容量优化模型进行求解获取风电场配置电池储能系统的最优容量。2.根据权利要求1所述的一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：量化BESS加入前后对系统辅助服务成本的缓解程度；步骤1.2：风电场配置储能的直接经济效益包括BESS成本和弃风收益，计算BESS成本，计算如公式1所示：其中，Ccap表示BESS成本；αs表示储能系统折合到每年的容量单价；βs表示储能系统折合到每年的功率单价；r表示kW·h/kW成本的比例；CE表示储能单位投资成本，$/kW·h；Tlife表示BESS的等效运行年限；COM表示运行维护成本，$/年；步骤1.3：将BESS加入前后对系统调峰和旋转备用辅助服务的缓解程度全部作为辅助服务补偿，计算弃风收益和辅助服务补偿，如公式2所示：其中，Ssave表示风储联合运行相比风电单独并网时带来的弃风收益；C′serve表示加入BESS后风储联合运行对系统辅助服务的缓解程度，即获得的辅助服务补偿；PWloss,t和P'Wloss,t分别表示含与不含储能系统时风电场每时刻的弃风情况；ρwind表示风电上网电价；l表示季度，bl表示每个季度所含天数；Cserve表示风电单独并网时引致的辅助服务成本；表示风储联合运行时引致的辅助服务成本；步骤1.4：根据BESS成本、弃风收益和辅助服务补偿计算风储联合运行收益，如公式3所示：f＝Ssave+C′serve-Ccap(3)其中，f表示风储联合运行收益；Ssave表示风储联合运行相比风电单独并网时带来的弃风减少量收益；C′serve表示辅助服务补偿；Ccap表示BESS成本。3.根据权利要求2所述的一种计及辅助服务补偿的大规模风电场储能容量优化方法，其特征在于：所述步骤1.1包括如下步骤：步骤1.1.1：通过风电单独并网前后系统提供辅助服务的成本差值量化风电引致的辅助服务成本，如公式4所示：其中，Cserve表示风电单独并网时引致的辅助服务成本，Cfixed表示风电单独并网时固定辅助服务成本，Cfluctuant表示风电单独并网时变动辅助服务成本；CAI表示参与辅助服务的常规机组折合到每天的单位投资成本；M/Mwind分别表示风电单独并网前/后参与辅助服务的机组数量；为参与辅助服务机组额定装机容量；分别为风电单独并网前/后机组单位煤耗成本；PGS,i(t)为辅助服务机...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜欣，王天梁，金阳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41