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考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法及系统技术方案

技术编号:23403659 阅读:142 留言:0更新日期:2020-02-22 15:36
本发明专利技术公开了一种考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法及系统,包括:以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型;对各节点电压的偏移和波动范围设置约束条件,使用混合整数二阶锥数学规划对所述BESS选址定容优化模型进行优化求解,得到最优的配电网BESS选址定容策略。本发明专利技术以提升配电网电压质量和经济效益为目的,引入了BESS,提出了基于配电网经济运行建模的BESS选址定容优化模型,应用混合整数二阶锥数学规划对BESS的选址定容进行优化求解,最终利用BESS快速而高效的功率四象限输出能力。

Optimal allocation method and system of energy storage in distribution network considering four quadrant power output

【技术实现步骤摘要】
考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法及系统
本专利技术涉及配电网储能优化配置
,尤其涉及一种考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息,不必然构成在先技术。近年来,分布式电源对配电网带来诸多挑战,高渗透率分布式光伏电源出力的波动性和随机性,会严重影响配电网的电压质量,可能出现电压越限、剧烈波动等问题。电池储能系统(BESS)具有高能量密度和快速充放电能力,可为上述问题的解决提供重要思路。另外,BESS还具有降低配电网电能传输损耗、套利等功能,有利于提升系统的经济效益。因此,研究BESS在配电网中的优化配置具有重要意义。国内外对于储能选址定容的研究,较为关注电压偏移和有功网损2个重要指标。从本质上来讲,两者分别属于电压质量和经济效益的范畴。储能不仅可减小电压偏移量,还能平抑电压波动;在经济效益方面,储能可利用其套利机制减少购电成本。从配电网运营商的立场来看,储能在投入运行后应最大化其利用价值。然而,大多数研究在考虑规划配电网中的储能时,都未能立足于此;全面衡量储能对配电网电压质量和经济效益的综合贡献,可使得配电网既可以保证优质的供电,又能够降低供电成本。同时,BESS容量配置包含能量容量和功率转换系统(PCS)的功率容量配置。现有技术仅仅考虑了PCS的有功功率输出,而忽略了其无功功率输出的能力。实际上,PCS可以通过对逆变器控制环节的设计,将输出的有功和无功功率进行解耦控制,实现储能系统输出功率的四象限运行。由于配电网中的线路电阻和电抗的数值处于同一个数量级,故有功和无功功率的流动分别都会对配电网中的电气参数(节点电压、有功网损等)产生影响。可见,在配置BESS的容量时若能考虑四象限工作模式,使BESS既能收发有功又能收发无功功率,则可以实现BESS参与配电网调节的更大收益。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术提出了一种考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法及系统,基于配电网的经济运行建模,提出了功率四象限运行BESS的选址定容优化配置策略。通过对非线性模型采用混合整数二阶锥规划求解,获取了配电网储能的优化配置。在一些实施方式中,采用如下技术方案:考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,包括:根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本;根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,将所述日网损转化为经济损失;以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型;对各节点电压的偏移和波动范围设置约束条件,使用混合整数二阶锥数学规划对所述BESS选址定容优化模型进行优化求解,得到最优的配电网BESS选址定容策略。在另一些实施方式中,采用如下技术方案:考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置系统,包括:用于根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本的装置;用于根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,将所述日网损转化为经济损失的装置;用于以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型的装置;用于对各节点电压的偏移和波动范围设置约束条件,使用混合整数二阶锥数学规划对所述BESS选址定容优化模型进行优化求解,得到最优的配电网BESS选址定容策略的装置。在另一些实施方式中,采用如下技术方案:一种终端设备,其包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,其特征在于,所述指令适于由处理器加载并执行上述的考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术以提升配电网电压质量和经济效益为目的,引入了BESS,提出了基于配电网经济运行建模的BESS选址定容优化模型,应用混合整数二阶锥数学规划对BESS的选址定容进行优化求解,最终利用BESS快速而高效的功率四象限输出能力,实现了以下调节:1)利用分时电价机制实现套利,提升了配电网由上级电网购电的经济性。2)调整了过大的电压偏移,平抑了因光伏出力而产生的节点电压过量波动,提升了配电网的电能质量。3)充分降低了网络损耗,减少了配电网的电能损失。本专利技术在规划BESS时考虑了利用BESS的功率四象限输出能力,结果证明了在同等投资成本下,功率四象限输出的BESS比只输出有功功率的BESS在参与配电网电压调节和降低配电网运营成本2方面都有优势,在规划阶段更多地挖掘了BESS的潜能,使配置结果更加经济与合理。附图说明图1是本专利技术实施例一中BESS主电路结构示意图;图2是本专利技术实施例一中BESS的功率四象限输出范围示意图;图3是本专利技术实施例一中(TiBESS)0.5的线性化处理示意图;图4(a)-(b)分别是本专利技术实施例一中夏季典型日负荷和光伏出力曲线以及冬季典型日负荷和光伏出力曲线;图5是本专利技术实施例一中根节点流入功率示意图;图6是本专利技术实施例一中BESS有功功率输出示意图;图7是本专利技术实施例一中BESS荷电状态示意图;图8是本专利技术实施例一中BESS无功功率输出示意图;图9(a)-(c)分别是本专利技术实施例一中光伏并网点电压幅值变化曲线示意图;图10是本专利技术实施例一中3种情况下的配电网电压概率分布示意图;图11是本专利技术实施例一中3种情况下的配电网网损的时间分布示意图。具体实施方式应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一在一个或多个实施例中,公开了一种考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,包括以下步骤:根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本;其中,t时刻根节点从外界流入的有功功率可以通过功率测量仪测量得到。根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,将所述日网损转化为经济损失;其中,t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值可以通过电流互感器测量得到,支路ij的电阻可以通过电阻测试仪测量得到。以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型;对各节点电压的偏移和波动范围设置本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,包括:/n根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本;/n根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,将所述日网损转化为经济损失;/n以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型;/n对各节点电压的偏移和波动范围设置约束条件,使用混合整数二阶锥数学规划对所述BESS选址定容优化模型进行优化求解,得到最优的配电网BESS选址定容策略。/n

【技术特征摘要】
1.考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,包括:
根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本;
根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,将所述日网损转化为经济损失;
以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型;
对各节点电压的偏移和波动范围设置约束条件,使用混合整数二阶锥数学规划对所述BESS选址定容优化模型进行优化求解,得到最优的配电网BESS选址定容策略。


2.如权利要求1所述的考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,所述根据t时刻根节点从外界流入的有功功率以及电价随时间变化的函数,确定购电成本,具体为:



其中,Felec为购电成本,P0,t表示t时刻根节点从外界流入的有功功率,αt表示电价随时间变化的函数。


3.如权利要求1所述的考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,根据t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值以及支路ij的电阻确定系统的日网损,具体为:



其中,rij为支路ij的电阻;集合B为节点i与节点j能够形成支路的集合,Iij,t为t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值。


4.如权利要求1所述的考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,将所述日网损转化为经济损失,具体为:



其中,rij为支路ij的电阻;集合B为节点i与节点j能够形成支路的集合,Iij,t为t时刻节点i处流经支路ij的电流幅值,αt表示电价随时间变化的函数。


5.如权利要求1所述的考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置方法,其特征在于,以BESS投资运维成本和配电网运行成本之和最小为目标,建立BESS选址定容优化模型,具体为:
minF=FBESS+(Felec+Floss)
其中,FBESS为BESS...

【专利技术属性】
技术研发人员:张峰贾兆昊丁磊陈玉峰李华东张磊张用李新梅陈素红李明
申请(专利权)人:山东大学国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司
类型:发明
国别省市:山东;37

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