考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，包括：对电池寿命损耗进行建模；建立由能量生产单元、能量转换单元、能量存储单元、能量传输单元和用能单元组成的含储能的综合能源系统模型；以综合能源规划周期内的等年值成本最小作为外层规划模型的第一目标函数，以日运行成本最低作为内层优化模型的第二目标函数；对以上双层模型进行求解，得到相应的储能配置方案。本发明专利技术考虑容量规划问题与储能规划容量下系统的运行优化问题，并可对电池寿命损耗进行定量的评估与测算，以避免高估储能投资效益的风险，更好的适应综合能源多能互补的特性，提升综合能源系统规划

【技术实现步骤摘要】
考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法


[0001]本专利技术涉及综合能源电/热混合储能领域，尤其涉及一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法。

技术介绍

[0002]在全球气候恶化和能源危机加剧的背景下，我国加快了建设综合能源系统，升级能源体系的步伐。储能作为综合能源系统的重要组成部分，可同可再生能源进行协同优化，提升系统运行经济性，促进可再生能源消纳、支撑削峰填谷、改善电能质量等。在综合能源系统多能互补背景下，如何优化配置电/热混合储能容量已成为综合能源系统规划的重要问题。
[0003]目前电池装置价格昂贵，运行寿命较短，限制了其大规模的推广应用。而在工程应用中，储能的寿命损耗是必然存在的。相较于电池，储热设备价格低廉，使用寿命长，受运行条件影响小，在综合能源系统规划周期内可以稳定运行，因而在综合能源系统混合储能优化配置中，主要考虑电池寿命损耗的影响。在规划中忽视电池的寿命损耗会高估储能的投资效益，此时的配置容量往往也并非最优，进而导致综合能源系统前期规划及运行方案与实际情况存在较大偏差，经济性与预期不符。然而目前有关综合能源系统电/热混合储能配置的研究对电池寿命损耗所造成的影响考虑相对不足，也未考虑电/热储能之间的协同效应对电池寿命损耗的影响。
[0004]另外，部分研究限定电池的循环次数和使用时长，将寿命损耗简化为充电行为、时间等因素所引起的一个固定数值，模型精度不足；基于实验数据的损耗密度函数法、雨流计数法、循环老化、日历老化模型则过于复杂，在规划中计算量则过大。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，本专利技术为综合能源系统多能源协同规划、运行优化提供一种有效的电/热混合储能双层优化配置模型，考虑容量规划问题与储能规划容量下系统的运行优化问题，并可对电池寿命损耗进行定量的评估与测算，以避免高估储能投资效益的风险，更好的适应综合能源多能互补的特性，提升综合能源系统储能配置的规划-运行经济性，延长电池使用寿命，详见下文描述：
[0006]一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，所述方法包括：
[0007]对电池寿命损耗进行建模；
[0008]建立由能量生产单元、能量转换单元、能量存储单元、能量传输单元和用能单元组成的含储能的综合能源系统模型；
[0009]以综合能源规划周期内的等年值成本最小作为外层规划模型的第一目标函数，以日运行成本最低作为内层优化模型的第二目标函数；对以上双层模型进行求解，得出相应的储能配置方案。
[0010]其中，所述对电池寿命损耗进行建模具体为：
[0011]在时间段Y内电池共经过了n个放电过程，电池使用寿命Y
ES
和剩余有效电量Γ
A
分别表示为：
[0012][0013][0014]其中，Γ
R
为总有效放电电量，为第i次非额定条件不规则放电过程经过等效后，等效至额定条件下的有效放电A
·
h数。
[0015]进一步地，所述第一目标函数包括：
[0016]电池和储热设备的初始投资成本、电池置换成本，以及全系统包括：年设备运行维护成本、年购电成本和年燃料成本在内的年运行成本；
[0017]储能投资容量存在约束：
[0018]0≤Q
ES
≤Q
max,ES
[0019]0≤Q
HS
≤Q
max,HS
[0020]其中，Q
max,ES
和Q
max,HS
分别为电池和储热设备的安装容量的上限，Q
HS
为储热设备的安装容量，Q
ES
为电池安装容量。
[0021]进一步地，所述第二目标函数包括：日运行成本最低，
[0022]设备出力约束表示为：
[0023][0024]其中，k＝1,2,3，分别代表CCHP、热泵、电制冷机；P
max,k
和P
min,k
为第k个设备的出力上下限；
[0025]与电网联络线功率约束：
[0026][0027]其中，P
max,line
和P
min,line
为联络线功率上下限；
[0028]满足功率约束和SOC约束：
[0029][0030][0031]S
min
≤S
m,d,t
≤S
max
[0032]其中，和为m月典型日d内t时段的充放能功率；P
max,ch
和P
max,dis
为储能充放能功率的最大值；S
d,m,t
为m月典型日d内t时段的SOC；S
max
和S
min
为SOC的最大和最小值；和表示储能的运行状态；
[0033]储能充放状态不能同时出现，存在约束：
[0034][0035]调度周期始末储能状态需满足约束：
[0036][0037]其中，和为m月典型日d内调度周期始末的SOC。
[0038]本专利技术提出的考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能双层优化配置模型，考虑了容量规划问题与储能规划容量下系统的运行优化问题，并可对电池寿命损耗进行定量的评估与测算，具有如下效果：
[0039]1)相较于不考虑电池寿命损耗，考虑电池寿命损耗后的电/热混合储能容量优化配置方案将对储能的投资效益进行评估，调整储能的配置容量；
[0040]2)通过分析电池寿命损耗对配置结果的影响，表明本文所提方法可优化储能出力策略，使得电池的出力范围更加平缓，有效提升综合能源系统规划-运行经济性，延长电池寿命；
[0041]3)通过对比电/热混合储能配置与单一储能配置的结果，表明电/热混合储能配置可有效延缓电池衰减，有利于延长电池使用寿命，同时可帮助提升综合能源系统规划-运行经济性，更好的适应综合能源系统的能流互补的特性。
附图说明
[0042]图1为锂离子电池实际循环寿命与放电深度关系的示意图；
[0043]图2为综合能源系统结构和能流的示意图；
[0044]图3为规划-调度双层优化结构的示意图；
[0045]图4为储能出力曲线的示意图；
[0046]图5为电池SOC曲线的示意图；
[0047]图6为电池衰减曲线的示意图。
具体实施方式
[0048]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0049]参见图1-图3，本专利技术实施例提供了一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能优化配置方法，其包括：对电池寿命损耗进行建模；建立含储能的综合能源系统模型；提出一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能双层优化配置方法，详见下文描述：
[0050]一、对电池寿命损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，其特征在于，所述方法包括：对电池寿命损耗进行建模；建立由能量生产单元、能量转换单元、能量存储单元、能量传输单元和用能单元组成的含储能的综合能源系统模型；以综合能源规划周期内的等年值成本最小作为外层规划模型的第一目标函数，以日运行成本最低作为内层优化模型的第二目标函数；对以上双层模型进行求解，得出相应的储能配置方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，其特征在于，所述对电池寿命损耗进行建模具体为：在时间段Y内电池共经过了n个放电过程，电池使用寿命Y
ES
和剩余有效电量Γ
A
分别表示为：示为：其中，Γ
R
为总有效放电电量，为第i次非额定条件不规则放电过程经过等效后，等效至额定条件下的有效放电A
·
h数。3.根据权利要求1所述的一种考虑电池寿命损耗的综合能源电/热混合储能配置方法，其特征在于，所述第一目标函数包括：电池和储热设备的初始投资成本、电池置换成本，以及全系统包括：年设备运行维护成本、年购电成本和年燃料成本在内的年运行成本；储能投资容量存在约束：0≤Q
ES
≤Q
max,ES
0≤Q
HS
≤Q
max,HS
其中，Q
max,ES
...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，郭明萱，贾宏杰，魏炜，余晓丹，何伟，熊俊杰，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：