一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法技术

本发明专利技术公开了一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法，包括：获取电网参数和储能参数，以运行成本、储能投资、弃风惩罚、外送成本之和最小为目标函数，建立基于运行模拟的储能规划模型；通过多场景分析识别电池储能需求较大的位置作为电池储能备选节点，并提出储能需求比、等效全年最大储能需求日两项指标以综合不同季节储能需求的差异，确定最终布点定容方案。本发明专利技术在规划目标中考虑了储能的投资成本，同时利用储能需求比综合考虑了不同季节储能需求上的季节性差异，在保障经济性的基础上有效缓解了因调节能力不足导致的弃风限电问题，同时有利于从全局考虑，提高储能规划的整体经济性及利用效率。

A method of energy storage point and capacity determination based on multi season characteristics of wind power

【技术实现步骤摘要】
一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法
本专利技术属于电气工程领域，更具体地，涉及一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法。
技术介绍
进入21世纪以来，在能源危机与环境污染的双重压力下，风电因其技术成熟，具备规模开发条件、商业化发展前景好等优点发展迅速。2016年我国新增装机2337万千瓦，累计装机容量达到1.69亿千瓦，是装机量位于世界第二位的美国的两倍。然而由于风电出力的随机性和波动性，风电大规模并网给电力系统带来极大挑战。尤其是系统可调容量的不足将导致严重弃风，阻碍风电的健康发展。储能技术的快速发展为应对风电消纳提供了良好的解决思路。然而现阶段，储能的发展还不够成熟，存在投资成本高、经济性差等问题。因此，需要采取经济有效的储能规划方法，在缓解弃风问题的同时保障规划的经济性。目前在国内，常用的储能规划方法包括基于波动平抑的储能规划、全额消纳风电的最小储能规划，前者仅考虑储能在平滑风电曲线中的作用，但忽略了储能在促进风电消纳中的贡献，导致高额储能投资下弃风率仍然居高不下，后者以全额消纳风电为目标，但未考虑储能的高昂成本，同样会导致投资的低效。同时，二者仅考虑单负荷日下的储能规划，未计及储能需求的季节性差异，进一步导致储能投资布局的不合理。由此可见，现有技术存在经济性差、不能有效缓解了因调节能力不足导致的弃风限电的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法，由此解决现有技术存在经济性差、不能有效缓解了因调节能力不足导致的弃风限电的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法，包括：(1)获取电网参数和储能参数，以运行成本、储能投资、弃风惩罚、外送成本之和最小为目标函数，以电池储能系统约束、抽水蓄能系统约束、火电机组运行约束、外送线路运行约束和运行模拟系统约束为约束条件，建立基于运行模拟的储能规划模型；(2)根据电网参数、储能参数和基于运行模拟的储能规划模型，构建求解模型；(3)依次变更典型日、电池储能成本、弃风惩罚系数得到一系列场景，对各节点各场景下电池储能取均值，均值最大的前No个节点为电池储能的备选节点，抽水蓄能的备选节点为建设位置；(4)利用求解模型得到冬季典型日的储能投资和夏季典型日的储能投资，冬季典型日的储能投资和夏季典型日的储能投资之商为储能需求比，储能投资较大的典型日为最大储能需求日，利用储能需求比得到全年等效最大储能需求日；(5)利用全年等效最大储能需求日更新基于运行模拟的储能规划模型，得到更新后的电池储能成本和抽水蓄能成本，基于求解模型，根据电池储能的备选节点、抽水蓄能的备选节点、更新后的电池储能成本和抽水蓄能成本，得到最终布点定容方案。进一步的，电网参数包括：火电机组经济参数、风电机组经济参数、区域间输电经济参数、系统技术参数和火电技术参数，以及冬、夏季典型日的风电及负荷的功率数据PW，i，t，系统技术参数包括：线路-节点关联矩阵A，线路导纳bl，外送线路额定运行功率线路输送容量Flmax，系统为应对机组故障预留的旋转备用比率R；火电技术参数包括：火电机组总数Ng，各火电机组i的出力上、下限Pimax、Pimin，上、下爬坡速率最大启、停功率最小连续启、停机时间机组初始运行状态及初始运行时间Ti0；火电机组经济参数为运行成本二次曲线参数ai，bi，ci，风电机组经济参数为弃风惩罚系数kw，区域间输电经济参数为线路外送收益系数ko。进一步的，储能参数包括电池储能的技术参数及经济参数、抽水蓄能的技术参数及经济参数，电池储能的技术参数及经济参数包括：电池储能规划备选节点数Ns，电池储能的单位功率成本、单位能量成本电池储能的充放电效率电池储能的额定单元功率按额定功率最大连续充放电时间H，各节点电池储能单元规划数量上限抽水蓄能的技术参数及经济参数包括：抽蓄规划备选节点数Np，抽蓄的单位功率成本、单位能量成本抽蓄的充放电效率抽水蓄能机组的额定功率各节点抽水蓄能单元规划数量上限进一步的，目标函数为：minΨ＝Cgen+Cstr+Cwin-Cout，其中，Cgen表示运行成本，Cstr表示储能投资，Cwin表示弃风惩罚，Cout表示外送线路收益，-Cout表示外送成本，其中，T为运行模拟的总时段数，Np，Ns，Nc，分别为抽水蓄能电站、电池储能电站、火电机组总数，分别为机组i时段t时的出力及运行成本；SPtw为第t时段的弃风总量；Plnk，t第t时段的外送功率；分别为第m台电池储能电站规划的功率容量、能量容量；EEPS，i为第i台抽水蓄能电站能量容量，QPS，i为第i台抽水蓄能电站的抽水蓄能机组数，为抽水蓄能机组的额定功率，ko表示外送收益系数，δ表示折现率，YRs表示电池储能全寿命周期，YRp表示抽水蓄能全寿命周期，Nd表示全年储能等效利用天数，分别为电池储能的单位功率成本、能量成本按照其全寿命周期折算到日的电池储能成本，分别为抽蓄的单位功率成本、能量成本按照其全寿命周期折算到日的抽水蓄能成本。进一步的，电池储能系统约束包括：电池储能系统运行约束，电池储能系统放、充电功率约束，电池储能系统实时能量约束，电池储能系统规划约束，电池储能系统能量容量、功率容量等式约束，电池储能单节点储能单元数上限约束；所述抽水蓄能系统约束包括：抽水蓄能系统运行约束，抽水蓄能系统放、充电功率约束，抽水蓄能系统充放电状态约束，抽水蓄能系统运行能量约束；抽水蓄能系统规划约束，抽水蓄能电站能量容量约束；所述火电机组运行约束包括：火电机组运行约束，火电机组出力上下限约束，火电机组最小连续启停机时间约束，火电机组爬坡上限约束，火电机组最大启停功率约束；所述运行模拟系统约束包括：节点功率平衡约束，旋转备用约束，线路潮流约束。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术考虑了同一节点在不同季节储能需求上的差异性，基于运行模拟的方法建立模型，在基于运行模拟的储能规划模型中考虑储能的投资成本，以运行成本、储能投资、弃风惩罚、外送成本之和最小为目标函数，在促进风电消纳的同时保障投资的经济性。同时通过多场景分析识别出电池储能需求较大的节点作为电池储能备选节点，并通过计算储能需求比及全年等效最大储能需求日两项指标以综合不同季节下的储能布点定容方案。本专利技术兼具有效性于经济性。(2)本专利技术通过合理的储能配置能有效缓解由于调节能力不足导致的弃风问题；在规划中考虑了储能的经济成本，将运行费用与规划费用放入同一个目标函数，在促进风电消纳的同时避免了储能的过度投资，同时弃风惩罚系数的设置允许决策者在风电消纳与机组经济性间进行偏好调整；不仅考虑了日时间尺度上的储能需求，更对储能布点定容方案在季节上的差异进行了综合，进一步提高储能规划的全局经济性；建立了完善、易于求解的基于运行模拟的储能规划模型，既包含功率型的电池储能也包含能量型的抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法，其特征在于，包括：/n(1)获取电网参数和储能参数，以运行成本、储能投资、弃风惩罚、外送成本之和最小为目标函数，以电池储能系统约束、抽水蓄能系统约束、火电机组运行约束、外送线路运行约束和运行模拟系统约束为约束条件，建立基于运行模拟的储能规划模型；/n(2)根据电网参数、储能参数和基于运行模拟的储能规划模型，构建求解模型；/n(3)依次变更典型日、电池储能成本、弃风惩罚系数得到一系列场景，对各节点各场景下电池储能取均值，均值最大的前N

【技术特征摘要】
1.一种综合风电全年多季节特性的储能布点定容方法，其特征在于，包括：
(1)获取电网参数和储能参数，以运行成本、储能投资、弃风惩罚、外送成本之和最小为目标函数，以电池储能系统约束、抽水蓄能系统约束、火电机组运行约束、外送线路运行约束和运行模拟系统约束为约束条件，建立基于运行模拟的储能规划模型；
(2)根据电网参数、储能参数和基于运行模拟的储能规划模型，构建求解模型；
(3)依次变更典型日、电池储能成本、弃风惩罚系数得到一系列场景，对各节点各场景下电池储能取均值，均值最大的前No个节点为电池储能的备选节点，抽水蓄能的备选节点为建设位置；
(4)利用求解模型得到冬季典型日的储能投资和夏季典型日的储能投资，冬季典型日的储能投资和夏季典型日的储能投资之商为储能需求比，储能投资较大的典型日为最大储能需求日，利用储能需求比得到全年等效最大储能需求日；
(5)利用全年等效最大储能需求日更新基于运行模拟的储能规划模型，得到更新后的电池储能成本和抽水蓄能成本，基于求解模型，根据电池储能的备选节点、抽水蓄能的备选节点、更新后的电池储能成本和抽水蓄能成本，得到最终布点定容方案；
所述储能参数包括电池储能的技术参数及经济参数、抽水蓄能的技术参数及经济参数，电池储能的技术参数及经济参数包括：电池储能规划备选节点数Ns，电池储能的单位功率成本、单位能量成本电池储能的充放电效率电池储能的额定单元功率按额定功率最大连续充放电时间H，各节点电池储能单元规划数量上限抽水蓄能的技术参数及经济参数包括：抽蓄规划备选节点数Np，抽蓄的单位功率成本、单位能量成本抽蓄的充放电效率抽水蓄能机组的额定功率各节点抽水蓄能单元规划数量上限
所述目标函数为：
minΨ＝Cgen+Cstr+Cwin-...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾小猛，甘伟，姚伟，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42