考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法及系统，能能够充分调动系统的灵活性供给资源，适应系统不确定性需求，获得同时满足运行、配置最优的储能方案。考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法包括：步骤1、基于灵活性理论，建立火电机组、储能装置、可中断负荷的灵活性调节模型，分析新能源消纳，建立消纳模型；步骤2、根据灵活性调节模型与新能源消纳模型，建立考虑灵活性与新能源消纳的指标体系；步骤3、基于主成分分析的占优选择机制，对步骤2中的指标体系内各指标客观赋权，得到综合评价指标；步骤4、建立双层储能优化配置模型；通过上下层相互迭代优化，最终解出同时满足运行、配置最优的方案。配置最优的方案。配置最优的方案。

【技术实现步骤摘要】
考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电力
，具体涉及考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法及系统。
技术背景
[0002]随着全球碳排放量的持续升高，为了在满足巨大的电力需求的同时，保证环境的清洁和可持续发展，可再生能源的大规模并网将是未来电力系统发展的必然趋势。截止2020年，我国可再生能源电源的装机容量和发电量增长率分别高达17.5％与8.4％，新增装机容量与累计装机容量均位居世界第一位，占电源总装机的21％，可再生能源仅次于火电，成为第二大电源。可再生能源并网比例不断提高，不确定性所引起的电力系统灵活性需求逐渐增长，关于电力系统灵活性的研究也逐渐深入。
[0003]风电、光伏的波动性与不确定性逐渐成电力系统不确定性的主要来源，带来了弃电、切负荷等问题。传统的以电力电量平衡为基础的常规机组安排方式不再适用，需要从灵活性供需平衡的角度出发，充分调动系统的潜在灵活性供给资源，满足系统不确定性需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提出考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法及系统，能够充分调动系统的灵活性供给资源，适应系统不确定性需求，获得同时满足运行、配置最优的储能方案。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]<方法>
[0007]本专利技术提供一种考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1、基于灵活性理论，建立火电机组、储能装置、可中断负荷的灵活性调节模型，分析新能源消纳，建立消纳模型；
[0009]步骤2、根据灵活性调节模型与新能源消纳模型，建立考虑灵活性与新能源消纳的指标体系；
[0010]灵活性供需平衡指标FSDB(Flexible supply and demand balance)为：
[0011][0012][0013][0014]式中，FSDB反映各时段灵活性的富余度，其值越接近1，表示系统整体的灵活性越好，越能响应净负荷的随机波动；与分别为一个周期内，净负荷增加或减少的时段内灵活性供给与灵活性需求差值比上相应时段的灵活性供给的比值之和；x
nl
为t时段净负荷变换的状态变量，若下一时段净负荷功率增加，则取1，否则取0；T为调度周期内的时段数，例如，取T＝24，时间间隔1h；F
+
(t)与F
‑
(t)别为t时段系统向上、向下灵活性调节能力之和；S
g
与S
st
分别为发电机组与储能装置集合；
[0015]步骤3、基于主成分分析的占优选择机制，对步骤2中的指标体系内各指标客观赋权，得到综合评价指标；
[0016]步骤4、建立双层储能优化配置模型，其中上层为决策层，考虑综合成本最小，对储能选址定容，并将得到的储能配置方案输出到下层模型；下层为运行优化层，基于上层得到的配置方案，对各类灵活性资源进行优化调度，使得系统灵活性供给能力与新能源消纳能力综合最优，并将优化的运行策略反馈到上层进行灵活性资源供给成本计算；通过上下层相互迭代优化，最终解出同时满足运行、配置最优的方案。
[0017]优选地，本专利技术提供的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，储能装置的灵活性调节模型为：
[0018][0019]式中，与分别为t时段的储能装置i所提供的向上、向下灵活性；P
st,i
与E
st,i
分别为储能装置i的额定功率与额定容量；为储能装置i储存电量的下限；P
st,i
(t)为t时段储能装置i的充放电功率，取值为正表示放电，为负表示充电；E
st,i
(t)为储能装置i在t时段的储存电量；η为储能装置的充放电效率；
[0020]火电机组的灵活性调节模型为：
[0021][0022]式中，与分别为t时段的机组j提供的向上、向下灵活性；与为机组j的最大发电功率和最小发电功率；P
g,j
(t)为机组j在t时段的出力，与为机组j的向上、向下爬坡；Δt为时间间隔，本专利技术取为1h；
[0023]可中断负荷的灵活性调节模型为：
[0024][0025]式中，为可中断负荷提供的向上灵活性，P
int
(t)为t时段的已中断负荷量，为最大可中断负荷；
[0026]新能源消纳模型为：
[0027]P
n
(t)+P
g
(t)
‑
P
na
(t)＝P
l
(t)+P
s
(t)，
[0028]式中，P
n
(t)为t时段新能源出力，P
g
(t)为t时段的常规机组出力，P
na
(t)为t时段新能源弃电量；P
l
(t)为t时段的本地负荷，P
s
(t)为t时段的外送功率。
[0029]优选地，本专利技术提供的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，上调灵活性不足概率指标PIUF(Probability of insufficient upward flexibility)为：
[0030]PIUF＝Pr{F
+
(t)<x
nl
[P
nl
(t+1)
‑
P
nl
(t)]}，
[0031]式中，PIUF反映系统向上灵活性不足的概率，其值越接近0，表示系统向上灵活性调节能力越强；
[0032]下调灵活性不足概率指标PIDF(Probability of insufficient downward flexibility)为：
[0033]PIDF＝Pr{F
‑
(t)<(1
‑
x
nl
)[P
nl
(t)
‑
P
nl
(t+1)]}，
[0034]式中，PIDF反映系统向下灵活性不足的概率，其值越接近0，表示系统向下灵活性调节能力越强；
[0035]新能源消纳率指标NECR(New energy consumption rate)为：
[0036][0037]式中，NECR反映各时段新能源消纳功率与新能源发电功率的比值，其值越接近1，表示系统消纳新能源发电的能力越强。
[0038]优选地，本专利技术提供的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，评价指标X为：
[0039]X＝{x
ij
}
n
×
p
，
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于灵活性理论，建立火电机组、储能装置、可中断负荷的灵活性调节模型，分析新能源消纳，建立消纳模型；步骤2、根据灵活性调节模型与新能源消纳模型，建立考虑灵活性与新能源消纳的指标体系；灵活性供需平衡指标FSDB为：FSDB为：FSDB为：式中，FSDB反映各时段灵活性的富余度，其值越接近1，表示系统整体的灵活性越好，越能响应净负荷的随机波动；与分别为一个周期内，净负荷增加或减少的时段内灵活性供给与灵活性需求差值比上相应时段的灵活性供给的比值之和；x
nl
为t时段净负荷变换的状态变量，若下一时段净负荷功率增加，则取1，否则取0；T为调度周期内的时段数；F
+
(t)与F
‑
(t)别为t时段系统向上、向下灵活性调节能力之和；S
g
与S
st
分别为发电机组与储能装置集合；步骤3、基于主成分分析的占优选择机制，对步骤2中的指标体系内各指标客观赋权，得到综合评价指标；步骤4、建立双层储能优化配置模型，其中上层为决策层，考虑综合成本最小，对储能选址定容，并将得到的储能配置方案输出到下层模型；下层为运行优化层，基于上层得到的配置方案，对各类灵活性资源进行优化调度，使得系统灵活性供给能力与新能源消纳能力综合最优，并将优化的运行策略反馈到上层进行灵活性资源供给成本计算；通过上下层相互迭代优化，最终解出同时满足运行、配置最优的方案。2.根据权利要求1所述的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于：其中，在步骤1中，储能装置的灵活性调节模型为：
式中，与分别为t时段的储能装置i所提供的向上、向下灵活性；P
st,i
与E
st,i
分别为储能装置i的额定功率与额定容量；为储能装置i储存电量的下限；P
st,i
(t)为t时段储能装置i的充放电功率，取值为正表示放电，为负表示充电；E
st,i
(t)为储能装置i在t时段的储存电量；η为储能装置的充放电效率；火电机组的灵活性调节模型为：式中，与分别为t时段的机组j提供的向上、向下灵活性；与为机组j的最大发电功率和最小发电功率；P
g,j
(t)为机组j在t时段的出力，与为机组j的向上、向下爬坡；Δt为时间间隔；可中断负荷的灵活性调节模型为：式中，为可中断负荷提供的向上灵活性，P
int
(t)为t时段的已中断负荷量，为最大可中断负荷；新能源消纳模型为：P
n
(t)+P
g
(t)
‑
P
na
(t)＝P
l
(t)+P
s
(t)，式中，P
n
(t)为t时段新能源出力，P
g
(t)为t时段的常规机组出力，P
na
(t)为t时段新能源弃电量；P
l
(t)为t时段的本地负荷，P
s
(t)为t时段的外送功率。3.根据权利要求1所述的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于：其中，在步骤2中，上调灵活性不足概率指标PIUF为：PIUF＝Pr{F
+
(t)<x
nl
[P
nl
(t+1)
‑
P
nl
(t)]},式中，PIUF反映系统向上灵活性不足的概率，其值越接近0，表示系统向上灵活性调节能力越强；下调灵活性不足概率指标PIDF为：PIDF＝Pr{F
‑
(t)<(1
‑
x
nl
)[P
nl
(t)
‑
P
nl
(t+1)]}，式中，PIDF反映系统向下灵活性不足的概率，其值越接近0，表示系统向下灵活性调节能力越强；新能源消纳率指标NECR为：式中，NECR反映各时段新能源消纳功率与新能源发电功率的比值，其值越接近1，表示系统消纳新能源发电的能力越强。4.根据权利要求1所述的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于：其中，在步骤3中，评价指标X为：X＝{x
ij
}
n
×
p
，
式中，样本数为n，主成分个数为m，指标个数为p；标准化的评价指标Z为：Z＝{z
ij
}
n
×
p
＝{z(x
ij
)}
n
×
p
主成分F为：F＝{f
ij
}
n
×
m
式中，[l
i1 l
i2
…
l
ip
](i＝1,2,
…
,m)为Z的协方差阵Σ的特征值λ
i
对应的特征向量：第k个方案的综合评价指标I
k
为：5.根据权利要求1所述的考虑灵活性与新能源消纳的电网储能双层优化方法，其特征在于：其中，在步骤4中，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌煦，刘兵，余晓伟，赵雄光，刘颖杰，田圆，陈红坤，高鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司华中分部，
类型：发明
国别省市：