一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，获取多类型储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据、系统运行预测数据；构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型；对联合规划模型进行求解得到各待选节点储能设备投建电量/容量，不同弃新能源风险和新能源消纳率下投建方案的投建及运行成本，以及电量利用率和容量利用率，根据以上数据实现储能设备的最优选址定容。本发明专利技术所提出多类型储能的联合规划方法相比于单一类型储能规划方法具有更优的经济性和储能利用效率，其能够更好的满足系统运行的多方面需求，从而极大地提高了新能源的消纳水平。

A Joint Planning Method for Multi-Type Energy Storage Based on Stochastic Fluctuation of New Energy

The invention discloses a multi-type energy storage joint planning method based on stochastic fluctuation of new energy sources, which obtains multi-type energy storage planning data, system basic technical data, system operation constraints data and system operation prediction data, constructs a joint planning model for determining multi-type energy storage location and capacity, and solves the joint planning model to obtain the energy storage equipment construction of each candidate node. According to the above data, the optimal location and capacity of energy storage equipment can be achieved. The joint planning method of multi-type energy storage proposed by the invention has better economy and energy storage utilization efficiency than the single-type energy storage planning method, and can better meet various requirements of system operation, thereby greatly improving the level of new energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法
本专利技术属于电源规划
，具体涉及一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法。
技术介绍
新能源发电的随机波动性和不可控性给电力系统的运行调度带来了巨大的挑战，为了在确保系统安全运行的同时保障对高比例新能源的足额消纳，电力系统应具有足够的调节灵活性以缓解新能源出力的短时波动影响，并应对新能源出力与负荷的时序不匹配问题。而随着储能设备在技术层面和商业层面上的日渐成熟，规模型储能逐渐成为为新能源并网消纳提供系统运行所需灵活性的潜在解决方案。因此，需要一种考虑新能源随机波动性的多类型储能联合规划方法，在规划层面上分析采用储能设备来改善系统新能源消纳能力的可行性。以推动新能源消纳为目标的储能规划研究需要同时考虑新能源出力的随机分布特性和时序波动特性。若仅采用储能设备来确保系统对新能源的全额消纳，则可能需要投建具有足额功率以及足额电量的储能设备来响应系统极限运行场景下的新能源尖峰出力和尖峰波动功率。当前阶段储能设备的造价仍然较高，储能设备的投建经济性与弃新能源量损失之间可能同样存在着尖锐的相互冲突关系。其次，对于具有高比例新能源的电力系统而言，其在运行调度过程中的电力电量平衡需求是极为复杂多变的，不可能存在一种理想的储能设备能够在保证规划经济性的前提下恰好满足系统运行的多方位灵活性需求。实际上，不同类型的储能设备具有不同的运行特征和投建成本构成，相应地其也具有不同的应用领域和应用时间尺度。因此通过组合多种不同类型的储能设备，理论上能够更有针对性的满足电力系统运行的不同需求。目前涉及多类型储能的投资组合优化研究才刚刚起步，现有研究还并未就面向推动新能源消纳的多类型储能选址定容优化问题展开深入调研。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，对储能电站的选址定容进行优化，对于储能设备的实际建设具有更强的指导意义。本专利技术采用以下技术方案：一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，获取多类型储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据、系统运行预测数据；构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型；对联合规划模型进行求解得到各待选节点储能设备投建电量/容量，不同弃新能源风险和新能源消纳率下投建方案的投建及运行成本，以及电量利用率和容量利用率，根据以上数据实现储能设备的最优选址定容。具体的，构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型的步骤如下：S201、构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型目标，以最小化电力系统规划运行的多方面综合成本为目标函数；S202、构建包括包括储能节点投建约束和储能系统投建约束的储能投建决策约束条件；S203、构建包括输电网络潮流约束、常规发电机出力约束和节点功率平衡约束的系统运行基础约束条件；S204、构建包括储能最大充放电功率约束、储能充放电状态互斥约束、储能荷电状态约束和储能荷电状态与充放电功率间的时序耦合约束的储能运行约束条件；S205、构建包括弃风上限约束和针对系统新能源消纳水平的机会约束的新能源合理消纳约束条件；S206、对原始储能联合规划模型的松弛变形。进一步的，步骤S201中，以最小化电力系统规划运行的多方面综合成本为目标函数构建构多类型储能选址定容的联合规划模型目标V如下：其中：CCap为储能设备的规划投建成本；CFOM为储能设备的固定运行维护成本，pk为场景k出现的概率；CVOM,k为规划场景k下储能的可变运行维护成本；CG,k为规划场景k下常规发电机组的燃料成本；CLoss,k为规划场景k下储能的运行损耗成本。进一步的，步骤S202中，储能节点投建约束即各类型储能设备在各节点上的投建限制，约束如下：式中，i∈Ω，q∈Η，为整数决策变量，表征第q类储能设备在节点i的投建个数；ERq为针对第q类储能设备，单个储能单元的额定投建电量；为第q类储能设备在节点i上的投建电量上限；储能系统投建约束即在整个系统层面上限定了各类型储能设备的投建总量，约束如下：式中：q∈Η，为第q类储能设备在整个系统中的投建电量上限。进一步的，步骤S203中，输电网络潮流约束包括输电线路传输容量约束和直流潮流约束，输电线路传输容量约束表示如下：式中，ij∈Φ，k∈Ψ，t∈Γ，Fijk(t)为规划场景k下，输电线路i-j在时刻t上的传输功率；为输电线路i-j上的反向/正向最大有功传输功率参数；直流潮流约束表示如下：式中，θjk(t)为规划场景k下，节点j在时刻t上的相角，θik(t)为规划场景k下，节点i在时刻t上的相角；xij为输电线路i-j上的电抗参数；常规发电机组出力约束包括各常规发电机组出力上下限约束和各常规发电机向上/向下爬坡速率限制，表示如下：式中，i∈Ω，α＝1,...,l，PG,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的常规发电机组在时刻t的出力；为位于节点i的常规发电机组的最小出力参数；为位于节点i的常规发电机组在线性分段α上的最大出力参数；常规发电机组爬坡约束表示如下：式中，t≤|Γ|-1，为位于节点i的常规发电机组在单位时段内的最大爬坡速率；节点功率平衡约束如下：式中，PW,ik(t)为规划场景输入参数，表征规划场景k下，位于节点i的新能源机组在时刻t的实际出力；PL,ik(t)为规划场景输入参数，表征规划场景k下，节点i在时刻t的负荷需求；CWik(t)为对应于新能源消纳的松弛变量，表征规划场景k下，位于节点i的新能源机组在时刻t的弃新能源功率。进一步的，步骤S204中，储能最大充放电功率约束；式中，i∈Ω，k∈Ψ，q∈Η，t∈Γ，为0-1决策变量，表征规划场景k下，位于节点i的第q类储能设备在时刻t的充电/放电状态；储能充放电状态互斥约束；储能荷电状态约束；式中，i∈Ω，k∈Ψ，q∈Η，t∈Γ，为规划场景k下，位于节点i的第q类储能设备在时刻t的荷电状态；储能荷电状态与充放电功率间的时序耦合约束；式中，i∈Ω，k∈Ψ，q∈Η，t≤|Γ|-1，为规划场景k下，位于节点i的第q类储能设备在时刻t的荷电状态；为规划场景k下，位于节点i的第q类储能设备在时刻t的放电/充电功率；为第q类储能设备的充电/放电效率。进一步的，步骤S205中，弃新能源上限约束表示如下：0≤CWik(t)≤PW,ik(t)针对系统新能源消纳水平的机会约束表示如下：式中，i∈Ω，k∈Ψ，t∈Γ，γκ为新能源保障消纳率参数，表征规划决策者对于系统新能源消纳比例的预期程度；γε为弃新能源风险水平参数，表征规划决策者对于系统弃新能源风险的可接受程度；将原机会约束以离散场景的形式重构为下式：式中，zk为0-1指示变量，表征所得规划方案是否需在规划场景k下满足给定新能源保障消纳率下的新能源消纳需求。进一步的，步骤S206中，首先针对双线性项CWik(t)zk，采用McCormick线性化方法对其进行处理，将线性重构为：式中，是辅助变量，表征双线性项CWik(t)zk的等价项；另一种线性重构形式如下：采用实际新能源发电总量作为惩罚系数；其次，引入各类型储能设备的运行维护成本和储能运行损耗成本做为目标函数的组成部分，以系统运行经济性最优来引导系统运行的优化调度能够有效避免各类型储能设备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，获取多类型储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据、系统运行预测数据；构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型；对联合规划模型进行求解得到各待选节点储能设备投建电量/容量，不同弃新能源风险和新能源消纳率下投建方案的投建及运行成本，以及电量利用率和容量利用率，根据以上数据实现储能设备的最优选址定容。

【技术特征摘要】
1.一种基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，获取多类型储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据、系统运行预测数据；构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型；对联合规划模型进行求解得到各待选节点储能设备投建电量/容量，不同弃新能源风险和新能源消纳率下投建方案的投建及运行成本，以及电量利用率和容量利用率，根据以上数据实现储能设备的最优选址定容。2.根据权利要求1所述的基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型的步骤如下：S201、构建确定多类型储能选址定容的联合规划模型目标，以最小化电力系统规划运行的多方面综合成本为目标函数；S202、构建包括包括储能节点投建约束和储能系统投建约束的储能投建决策约束条件；S203、构建包括输电网络潮流约束、常规发电机出力约束和节点功率平衡约束的系统运行基础约束条件；S204、构建包括储能最大充放电功率约束、储能充放电状态互斥约束、储能荷电状态约束和储能荷电状态与充放电功率间的时序耦合约束的储能运行约束条件；S205、构建包括弃风上限约束和针对系统新能源消纳水平的机会约束的新能源合理消纳约束条件；S206、对原始储能联合规划模型的松弛变形。3.根据权利要求2所述的基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，步骤S201中，以最小化电力系统规划运行的多方面综合成本为目标函数构建构多类型储能选址定容的联合规划模型目标V如下：其中：CCap为储能设备的规划投建成本；CFOM为储能设备的固定运行维护成本，pk为场景k出现的概率；CVOM,k为规划场景k下储能的可变运行维护成本；CG,k为规划场景k下常规发电机组的燃料成本；CLoss,k为规划场景k下储能的运行损耗成本。4.根据权利要求2所述的基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，步骤S202中，储能节点投建约束即各类型储能设备在各节点上的投建限制，约束如下：式中，i∈Ω，q∈Η，为整数决策变量，表征第q类储能设备在节点i的投建个数；ERq为针对第q类储能设备，单个储能单元的额定投建电量；为第q类储能设备在节点i上的投建电量上限；储能系统投建约束即在整个系统层面上限定了各类型储能设备的投建总量，约束如下：式中：q∈Η，为第q类储能设备在整个系统中的投建电量上限。5.根据权利要求2所述的基于新能源随机波动的多类型储能联合规划方法，其特征在于，步骤S203中，输电网络潮流约束包括输电线路传输容量约束和直流潮流约束，输电线路传输容量约束表示如下：式中，ij∈Φ，k∈Ψ，t∈Γ，Fijk(t)为规划场景k下，输电线路i-j在时刻t上的传输功率；为输电线路i-j上的反向/正向最大有功传输功率参数；直流潮流约束表示如下：式中，θjk(t)为规划场景k下，节点j在时刻t上的相角，θik(t)为规划场景k下，节点i在时刻t上的相角；xij为输电线路i-j上的电抗参数；常规发电机组出力约束包括各常规发电机组出力上下限约束和各常规发电机向上/向下爬坡速率限制，表示如下：式中，i∈Ω，α＝1,...,l，PG,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的常规发电机组在时刻t的出力；为位于节点i的常规发电机组的最小出力参数；为位于节点i的常规发电机组在线性分段α上的最大出力参数；常规发电机组爬坡约束表示如下：式中，t≤|Γ|-1，为位于节点i的常规...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建学，古宸嘉，李昀昊，李清涛，杨钤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61