电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，解决在对某个地区储能系统进行规划时，如何根据电网侧储能与用户侧储能经济性对电网侧和用户侧储能的容量进行优化配置，使得在满足供电可靠性的前提下，整个地区内储能系统的经济效益达到最优化，节省储能系统工程建设的投资。电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法包括以下步骤：(1)根据不同应用场景下储能系统的经济效益来源，分别建立电网侧和用户侧电化学储能经济性模型；(2)利用合作博弈方法对所述经济模型进行优化计算，最终得到所述电网侧及用户侧储能系统容量配置的最优策略组合。

Optimal Capacity Allocation Method of Energy Storage System on Power Grid Side and User Side

The invention discloses a method for optimizing the capacity allocation of energy storage system on power grid side and user side, which solves how to optimize the capacity allocation of energy storage system on power grid side and user side according to the energy storage economy of power grid side and user side when planning the energy storage system in a certain area, so as to achieve the best economic benefit of energy storage system in the whole area on the premise of satisfying the reliability of power supply. Optimize and save investment in energy storage system construction. The optimal allocation method of grid-side and user-side energy storage system capacity includes the following steps: (1) According to the economic benefit sources of energy storage system in different application scenarios, the economic models of grid-side and user-side electrochemical energy storage are established respectively; (2) Cooperative game method is used to optimize the economic model, and finally the optimal allocation of grid-side and user-side energy storage system capacity is obtained. Good strategy combination.

【技术实现步骤摘要】
电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法
本专利技术涉及一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，属于配电网储能

技术介绍
近年来，随着社会经济的快速发展，电力负荷需求持续增长，源荷矛盾逐步激化，储能应用需求日益突出。一方面，城市负荷的快速增长，导致电网峰谷差率逐渐增大，配网线路、设备容量瓶颈问题日益突出；另一方面，用户侧的负荷需求以及高渗透率分布式可再生电源的并网，对用户的供电可靠性以及配电网的控制保护和运行控制带来挑战。在这种背景下，由于电化学储能具有快速响应和双向调节的技术特点，以及环境适应性强、小型分散配置且建设周期短的技术优势，对于电网来说是一种非常优质的调节资源。因此，应用于电网的电池储能电站数量及规模也在显著增加。对于配电网而言，储能装置可以在大电网出现供需矛盾时充当应急电源，帮助用户降低停电风险，增强电网调节能力，促进电网削峰填谷，缓解电网供电压力，从而保障大电网安全。储能装置的优化配置是决定其可行性、经济性的关键，在满足供电可靠性的前提下，应使用最少的成本获得最大的收益。储能容量配置过少，导致储能装置放电深度与次数增多，对储能电池的寿命产生影响，不利于储能的经济性；储能容量配置过多，导致系统投资成本增加，并且处于闲置状态的储能装置的寿命周期会受到影响。因此，储能系统的容量优化配置是促进储能推广的重点。由于用户侧储能有利于电力用户主动参与电网运行，结合峰谷电价，进行削峰填谷，促进用能成本的降低，因此目前选择用户侧储能的企业日益增多。用户侧储能的增多，意味着储能系统规划不再是单一形式下的电网侧储能规划问题，而是考虑电网侧储能与用户侧储能的容量规划问题。而现有技术尚未出现针对电网侧及用户侧储能系统容量进行优化配置的方法。因此，对某个地区的储能系统进行设计时，如何根据电网侧储能与用户侧储能情况对电网侧和用户侧储能的容量进行优化配置，使得在满足供电可靠性的前提下，整个地区内储能系统的经济效益达到最优化，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，解决在对某个地区储能系统进行规划时，如何根据电网侧储能与用户侧储能经济性对电网侧和用户侧储能的容量进行优化配置，使得在满足供电可靠性的前提下，整个地区内储能系统的经济效益达到最优化，节省储能系统工程建设的投资。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，包括以下步骤：1)建立电网侧及用户侧储能系统经济模型；2)利用合作博弈方法对经济模型进行优化计算：首先，建立基于合作博弈的策略优化模型；3)设定均衡点初值：在各决策变量的策略集合中随机选取均衡点初值(PW,0，PY,0)，储能容量的策略集合具体由储能工程的实际规划范围决定；4)各博弈联盟依次进行独立优化决策：记博弈各方第j轮优化结果为(PW,j、PY,j)，在第j轮优化时，各方根据上一轮的优化结果(PW,j-1、PY,j-1)通过优化算法得到最优策略组合(PW,j，PY,j)，即：5)信息共享：将各博弈者容量配置策略进行信息共享；6)判断是否达到经济性最优的容量配置均衡点，若各博弈参与者在相邻两次得到的最优解相同，即(PW,j,PY,j)＝(PW,j-1,PY,j-1)＝(PW*,PY*)，根据Nash均衡的定义，可以认为该策略组合下博弈达到了Nash均衡点，若找到均衡点，则进入步骤7)，输出结果；若没有达到均衡点，则返回步骤4)；7)得到最终容量配置的最优策略组合：考虑到初值对均衡点求解的影响，若算法不收敛，可以在步骤3)重新选择初值。本专利技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：前述电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，其中电网侧储能系统经济模型按以下方法建立：1)低储高发套利电网侧储能电站在用电低谷时购电储能，高峰时卖出，利用峰谷电价差实现经济效益，低储高发套利方面的年效益数学模型为：EW,1＝nPmaxT(eh-el)(1)式中，n为储能装置每年充放电循环次数；Pmax为储能系统最大充放电功率；T为储能装置以功率Pmax运行的时间；eh和el分别为峰时段和谷时段电价；2)延缓电网升级储能系统应用于配电网可以延缓电网设备的升级扩建，减少线路和变压器等的投资；延缓电网升级方面的年效益数学模型为：Ew,2＝λdCd1η1Pmax(2)式中：λd为配电设备的固定资产折旧率；Cd1是电网公司投资建设配电设备所需单位造价；η1为电网侧储能装置的储能效率；3)提高电网可靠性电池储能系统接入配电网实现削峰填谷能够有效提高电网供电可靠性，减少地区停电损失；提高电网可靠性方面的年效益数学模型为：EW,3＝0.5PmaxTλsRIEA(3)式中：λs是配电网侧停电率；RIEA是重要用户的缺电损失评价率；4)减少常规备用容量储能装置代替常规备用容量来应对新能源发电对电网产生的波动，减小备用容量支出；减少常规备用容量方面的年效益数学模型为：EW,4＝E(SOC)PmaxTes(4)式中：E(SOC)是荷电状态的期望值，若储能电池剩余电量符合随机分布,则E(SOC)约为1/2；es是备用容量单位功率的价格；5)成本分析储能系统的投资成本主要包括储能系统的投资建设成本和运行维护成本；C1、C2分别代表电网侧储能电站的年投资成本和年运维成本，其中C1包括站址建设成本、并网设备成本和电池系统成本：C1＝λp(Cf+kpPmax)+λwkwPmaxT(5)C2＝CmPmax(6)其中，λp是站址等固定资产折旧率；Cf是投资站址成本；kp为并网设备造价；λw是电池组固定资产折旧率；kw为储能装置造价；Cm是单位容量的储能系统年维护成本；综上，电网侧储能系统经济模型为：EW,year＝EW,1+EW,2+EW,3+EW,4-C1-C2＝nPmaxT(eh-el)+λdCd1η1Pmax+0.5PmaxTλsRIEA+E(SOC)PmaxTes-p(Cf+kpPmax)-λwkwPmaxT-CmPmax(7)式中，EW,year为电网侧储能折算到每年的净收益。前述电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，其中用户侧储能系统经济模型按以下方法建立：1)减少用户电量电费用户侧储能系统在负荷低谷时低价购电储能，在用电高峰期储能放电使用，利用峰谷电价差减少购电费用；减少用户电量电费方面的年效益数学模型为：式中，e(i)是第i时段的电价，Pi+是第i时段储能系统的放电量，Pi-是第i时段储能系统的充电量，n为储能装置每年充放电循环次数；2)减少用户专变容量用户侧配置储能系统，可以减少相应的用户专变容量投资；减少用户专变容量方面的年效益数学模型为：式中，kd是用户专用变电站的折旧率；Cd2是用户专用变电站单位造价；η2是用户侧储能系统效率；Pmax为储能系统最大充放电功率；Pc是拉平负荷曲线所需的临界功率，其值为用户日负荷最大值与平均值之差；3)减少用户需量电费用户侧配置储能系统，可以减少用户相应的最大需量电费；减少用户需量电费方面的年经济效益数学模型为：式中，er为用户按最大需量缴纳的基本电费；4)减少用户停电损失用户侧加装储能系统，可以提高用户的供电可靠性，减少用户停电损失；减少用户停电损失方面的年效益数学模型为：EY,4＝λsRI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立电网侧及用户侧储能系统经济模型；2)利用合作博弈方法对经济模型进行优化计算：首先，建立基于合作博弈的策略优化模型；3)设定均衡点初值：在各决策变量的策略集合中随机选取均衡点初值(PW,0，PY,0)，储能容量的策略集合具体由储能工程的实际规划范围决定；4)各博弈联盟依次进行独立优化决策：记博弈各方第j轮优化结果为(PW,j、PY,j)，在第j轮优化时，各方根据上一轮的优化结果(PW,j‑1、PY,j‑1)通过优化算法得到最优策略组合(PW,j，PY,j)，即：

【技术特征摘要】
1.一种电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立电网侧及用户侧储能系统经济模型；2)利用合作博弈方法对经济模型进行优化计算：首先，建立基于合作博弈的策略优化模型；3)设定均衡点初值：在各决策变量的策略集合中随机选取均衡点初值(PW,0，PY,0)，储能容量的策略集合具体由储能工程的实际规划范围决定；4)各博弈联盟依次进行独立优化决策：记博弈各方第j轮优化结果为(PW,j、PY,j)，在第j轮优化时，各方根据上一轮的优化结果(PW,j-1、PY,j-1)通过优化算法得到最优策略组合(PW,j，PY,j)，即：5)信息共享：将各博弈者容量配置策略进行信息共享；6)判断是否达到经济性最优的容量配置均衡点，若各博弈参与者在相邻两次得到的最优解相同，即(PW,j,PY,j)＝(PW,j-1,PY,j-1)＝(PW*,PY*)，根据Nash均衡的定义，可以认为该策略组合下博弈达到了Nash均衡点，若找到均衡点，则进入步骤7)，输出结果；若没有达到均衡点，则返回步骤4)；7)得到最终容量配置的最优策略组合：考虑到初值对均衡点求解的影响，若算法不收敛，可以在步骤3)重新选择初值。2.如权利要求1所述的电网侧及用户侧储能系统容量优化配置方法，其特征在于，所述电网侧储能系统经济模型按以下方法建立：1)低储高发套利电网侧储能电站在用电低谷时购电储能，高峰时卖出，利用峰谷电价差实现经济效益，低储高发套利方面的年效益数学模型为：EW,1＝nPmaxT(eh-el)(1)式中，n为储能装置每年充放电循环次数；Pmax为储能系统最大充放电功率；T为储能装置以功率Pmax运行的时间；eh和el分别为峰时段和谷时段电价；2)延缓电网升级储能系统应用于配电网可以延缓电网设备的升级扩建，减少线路和变压器等的投资；延缓电网升级方面的年效益数学模型为：Ew,2＝λdCd1η1Pmax(2)式中：λd为配电设备的固定资产折旧率；Cd1是电网公司投资建设配电设备所需单位造价；η1为电网侧储能装置的储能效率；3)提高电网可靠性电池储能系统接入配电网实现削峰填谷能够有效提高电网供电可靠性，减少地区停电损失；提高电网可靠性方面的年效益数学模型为：EW,3＝0.5PmaxTλsRIEA(3)式中：λs是配电网侧停电率；RIEA是重要用户的缺电损失评价率；4)减少常规备用容量储能装置代替常规备用容量来应对新能源发电对电网产生的波动，减小备用容量支出；减少常规备用容量方面的年效益数学模型为：EW,4＝E(SOC)PmaxTes(4)式中：E(SOC)是荷电状态的期望值，若储能电池剩余电量符合随机分布,则E(SOC)约为1/2；es是备用容量单位功率的价格；5)成本分析储能系统的投资成本主要包括储能系统的投资建设成本和运行维护成本；C1、C2分别代表电网侧储能电站的年投资成本和年运维成本，其中C1包括站址建设成本、并网设备成本和电池系统成本：C1＝λp(Cf+kpPmax)+λwkwPmaxT(5)C2＝CmPmax(6)其中，λp是站址等固定资产折旧率；Cf是投资站址成本；kp为并网设备造价；λw是电池组固定资产折旧率；kw为储能装置造价；Cm是单位容量的储能系统年维护成本；综上，电网侧储能系统经济模型为：EW,year＝EW,1+EW,...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋丽，白少锋，陈永明，陈嵘，张楠，朱文韬，王洋，杨旭，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32