一种考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，包括：分析抽水蓄能、电化学储能与压缩空气储能的削峰填谷、有功备用、波动平抑的历史数据，建立多类型储能全寿命周期性模型并建立以系统投资与运行成本最小、新能源消纳、储能利用率与综合效益最大的多目标优化函数；根据区域电网的潮流运行要求、和荷电状态、储能充放电功率约束，建立区域电网储能配置模型运行约束以及区域电网储能配置投资决策约束；协调投资决策子模型和运行优化子模型，并联合优化获得原区域储能配置问题的整体最优解。本发明专利技术通过考考虑不同电压等级、不同分区对储能容量与价值的需求，建立储能配置模型，减少了区域电网不同分区储能电站的重复投资。的重复投资。的重复投资。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法


[0001]本专利技术涉及储能电站配置
，尤其涉及一种考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法。

技术介绍

[0002]目前，世界各国的能源构成的消耗主体依旧是化石能源，其中不可再生能源依旧是世界各国在生产生活中消耗的主要能源，这一问题在世界各国的发展中仍旧无法回避。针对能源危机带来的挑战，全球各个国家采取了多种应对手段，以期解决化石能源枯竭带来的影响，越来越多的清洁、可再生能源逐步取代传统化石能源成为世界各国能源发展的主要方向。与此同时，为使清洁能源发电更优更好的与传统发电方式方法相结合，开展“风光水火储一体化”，以提升能源清洁利用水平和电力系统运行效率，更好指导送端电源基地规划开发和源网荷协调互动。“风光水火储一体化”政策的出台为后续清洁能源行业的开发、建设、运营提出了更高的要求，指明了发展方向，多种能源互补发电协调运行逐步成为未来电力系统的发展方向。面对“风光水火储一体化”发展，现有系统中，电网调峰任务通常由常规机组承担，但此类机组在运行中均受到一定限制，如燃煤火电机组爬坡速度慢，水电机组受季节影响较大，这导致大型新能源富集地区弃风、弃光现象时常发生，产生了严重的经济损失。大规模储能已成为提高“风光水火储一体化”系统高效运行的有效手段。
[0003]随着其成本的逐渐下降已经开始广泛应用电网中。一方面储能具备良好的静态特性，可以通过低储高发削弱峰谷差，有效改善电网的调峰压力。储能电站良好的有功调节能力可以全面提高大型新能源富集地区电网的调峰能力，从而提高可再生能源消纳水平，并且带来良好的经济收益。
[0004]但储能电站的规划是一个较为复杂的过程，鉴于目前储能成本仍然较高，对储能电站进行合理规划配置，以保证储能充分发挥其特性优势并取得良好的经济、环保效益是十分必要的。目前，在储能电站规划配置上，仅有部分研究针对电站内储能电站或微电网内储能电站的配置进行了相关研究，确定特定场景下的最佳电池类型和容量，但在面对省级区域电网大规模储能配置方案的规划，暂无相关研究与应用。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术解决的技术问题是：燃煤火电机组爬坡速度慢，水电机组受季节影响较大，这导致大型新能源富集地区弃风、弃光现象时常发生的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：分析抽水蓄能、电化学储能与压缩空气储能的削峰填谷、有功备用、波动平抑的历史数据，建立多类型储能全寿命周期性模
型；根据所述抽水蓄能、电化学储能与压缩空气储能的投建成本与运行成本模型，基于储能利用率与新能源消纳率边际效应，建立以系统投资与运行成本最小、新能源消纳、储能利用率与综合效益最大的多目标优化函数；根据区域电网的潮流运行要求、和荷电状态、储能充放电功率约束，建立区域电网储能配置模型运行约束，并根据投资决策限制建立区域电网储能配置投资决策约束；采用Benders分解法，求解投资决策子模型和运行优化子模型，协调投资决策子模型和运行优化子模型，并联合优化获得原区域储能配置问题的整体最优解。
[0009]作为本专利技术所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法的一种优选方案，其中：所述削峰填谷、有功备用、波动平抑能力及经济性价值的获取包括，
[0010][0011][0012][0013]其中，C1表示储能平抑风电、光伏功率波动并使光伏风电能够并网售电的额外收益，C2表示储能参与削峰填谷获得的辅助服务收益，C3表示储能提供有功备用获得的辅助服务收益，C
4,t+
表示一天中t时刻储能的购电电价，C
4,t
‑
表示一天中t时刻储能的售电电价，D
ω
表示场景ω的天数，P
C
表示若储能不参与功率平抑、风电光伏因波动率不满足并网要求弃掉的功率，Δt1表示该场景发生的时间，E
i
表示储能在第i天内的调峰放电电量，e1表示发电厂合同电价， N
p
表示一年内储能调峰运行天数，T表示火电年运行时间，P
thermal
表示单位容量装机成本，q表示火电基本调峰能力与最大出力的比值，C
NOx
表示每单位发电量所需氮氧化物的排污费用，C
SO2
表示每单位发电量所需二氧化硫的排污费用，C
CO2
表示每单位发电量所需二氧化碳的排污费用，M表示火电机组的使用年限，r表示折现率，Q
i
表示储能在第i天内的提供备用容量，Ωs表示典型场景集合。
[0014]作为本专利技术所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法的一种优选方案，其中：所述投建成本的计算包括，
[0015][0016]C
Inv,CAES
＝(f
CAES,C
P
CAESC,max
+f
CAES,G
P
CAESG,max
+f
CAES,ST
V
ST
+f
CAES,TES
Q
TES
)
·
R
[0017]C
Inv,BES
＝(f
BES,P
P
BES,N
+f
BES,E
E
BES,N
)
·
R
[0018]其中，C
Inv,X
表示X储能电站的投建成本，X∈{PS，CAES，BES}，C
Inv,ps
表示抽水蓄能电站的投建成本，C
Inv,CAES
表示压缩空气储能电站的投建成本， C
Inv,BES
表示电池储能电站的投建成本，P
PSC,max
表示抽水蓄能电站的最大抽水功率，P
PSG,max
表示抽水蓄能电站的最大发电功率，W
uPS,max
表示抽水蓄能电站的上游水库容量，f
PS,C
、f
PS,G
和f
PS,CAP
表示抽水蓄能电站3种关键部件的单位投建成本，f
CAES,C
表示压缩空气储能电站的压缩机的单位投建成本，f
CAES,G
表示压缩空气储能电站的膨胀机的单位投建成本，f
CAES,ST
表示压缩空气储能电站的储气室的
单位投建成本，f
CAES,TES
表示压缩空气储能电站的蓄热装置的单位投建成本， V
ST
表示压缩空气储能电站储气室的额定容量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，其特征在于，包括：分析抽水蓄能、电化学储能与压缩空气储能的削峰填谷、有功备用、波动平抑的历史数据，建立多类型储能全寿命周期性模型；根据所述抽水蓄能、电化学储能与压缩空气储能的投建成本与运行成本模型，基于储能利用率与新能源消纳率边际效应，建立以系统投资与运行成本最小、新能源消纳、储能利用率与综合效益最大的多目标优化函数；根据区域电网的潮流运行要求、和荷电状态、储能充放电功率约束，建立区域电网储能配置模型运行约束，并根据投资决策限制建立区域电网储能配置投资决策约束；采用Benders分解法，求解投资决策子模型和运行优化子模型，协调投资决策子模型和运行优化子模型，并联合优化获得原区域储能配置问题的整体最优解。2.如权利要求1所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，其特征在于：所述削峰填谷、有功备用、波动平抑能力及经济性价值的获取包括，波动平抑能力及经济性价值的获取包括，波动平抑能力及经济性价值的获取包括，其中，C1表示储能平抑风电、光伏功率波动并使光伏风电能够并网售电的额外收益，C2表示储能参与削峰填谷获得的辅助服务收益，C3表示储能提供有功备用获得的辅助服务收益，C
4,t+
表示一天中t时刻储能的购电电价，C
4,t
‑
表示一天中t时刻储能的售电电价，D
ω
表示场景ω的天数，P
C
表示若储能不参与功率平抑、风电光伏因波动率不满足并网要求弃掉的功率，Δt1表示该场景发生的时间，E
i
表示储能在第i天内的调峰放电电量，e1表示发电厂合同电价，N
p
表示一年内储能调峰运行天数，T表示火电年运行时间，P
thermal
表示单位容量装机成本，q表示火电基本调峰能力与最大出力的比值，C
NOx
表示每单位发电量所需氮氧化物的排污费用，C
SO2
表示每单位发电量所需二氧化硫的排污费用，C
CO2
表示每单位发电量所需二氧化碳的排污费用，M表示火电机组的使用年限，r表示折现率，Q
i
表示储能在第i天内的提供备用容量，Ωs表示典型场景集合。3.如权利要求1或2所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，其特征在于：所述投建成本的计算包括，C
Inv,CAES
＝(f
CAES,C
P
CAESC,max
+f
CAES,G
P
CAESG,max
+f
CAES,ST
V
ST
+f
CAES,TES
Q
TES
)
·
RC
Inv,BES
＝(f
BES,P
P
BES,N
+f
BES,E
E
BES,N
)
·
R其中，C
Inv,X
表示X储能电站的投建成本，X∈{PS，CAES，BES}，C
Inv,ps
表示抽水蓄能电站的投建成本，C
Inv,CAES
表示压缩空气储能电站的投建成本，C
Inv,BES
表示电池储能电站的投建成本，P
PSC,max
表示抽水蓄能电站的最大抽水功率，P
PSG,max
表示抽水蓄能电站的最大发电功率，
其中，Obj表示多目标优化函数，C
inv
表示投建成本，C
OM
表示运行维护成本，C
A,y
表示可再生能源弃电费用，C
U
表示储能以最大功率充放电获得的收益与实际功率充放电获得收益之间的差值，C
BE
表示储能参与系统削峰填谷、有功备用与波动平抑获得收益，Ψ
n
表示系统中可配置储能的节点集合，C
1,i
表示第i个节点配置一座储能的固定成本，C
2,i
表示第i个节点配置储能的单位能量容量成本，C
3,i
表示第i个节点配置储能的单位功率容量成本，C
OM,i
表示第i个节点配置储能的单位功率容量全年运行维护费用，G
inv
表示规划期内投建成本从现值折算至等年值的系数，G
OM
表示规划期内运行维护成本从现值折算至等年值的系数，c
A1
表示单位弃电功率费用，P
PV,,max
表示最大弃光功率，P
W,max
表示最大弃风功率，Ω
s
表示运行场景的集合，P
+ω,max,i
表示储能最大充电功率，P
‑
ω,max,i
表示储能最大放电功率，Δt表示储能每次行表示的充放电时间，C
4,t+
表示一天中t时刻储能的购电电价，C
4,t
‑
分别表示一天中t时刻储能的售电电价，D
ω
表示场景ω的天数，x
i
表示第i个节点配置储能，E
i
表示第i个节点所配置储能的能量容量，表示第i个节点配置的储能在场景ω下t时刻的充电功率，表示第i个节点配置的储能在场景ω下t时刻的放电功率，表示第i个节点所配置储能的功率容量，C1表示储能平抑风电、光伏功率波动使光伏风电能够并网售电的额外收益，C2表示储能参与削峰填谷获得的辅助服务收益，C3表示储能提供有功备用获得的辅助服务收益，β1表示储能平抑风电、光伏功率波动使光伏风电能够并网售电的额外收益的权重，β2表示储能参与削峰填谷获得的辅助服务收益的权益，β3表示储能提供有功备用获得的辅助服务收益的权重，α表示一般贴现率，α
inveq
表示投建成本的等效贴现率，α
ome
分别表示运行维护成本的等效贴现率，α
inv
表示投建成本的贴现率，α
om
表示运行维护成本的贴现率，N
y
表示规划年。6.如权利要求1、2、4、5任一所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，其特征在于：所述区域电网储能配置投资决策约束包括运行约束和投资决策约束。7.如权利要求6所述的考虑新能源消纳率与储能利用率的储能配置方法，其特征在于：所述运行约束包括储能充放电功率约束、储能荷电状态约束、荷电状态约束以及交流潮流约束；所述储能充放电功率约束包括，其中，P
+ω,t,i
表示t时刻储能充电功率，P
‑
ω,t,i
表示t时刻储能放电功率；所述储能荷电状态约束包括，该节点处配置储能在运行任意时刻的荷电状态均满足配置储能在运行中允许的荷电状态最小值与最大值，其中，SOC
min
表示配置储能在运行中允许的荷电状态最小值，SOC
max
表示配置储能在运行中允许的荷电状态最大值，η
iC
表示储能的充电效率，η
iD
表示储能的放电效率，Δτ表示充
放电时间，SOC
i,ω,0
表示第i个节点配置的储能在场景ω下的初始荷电状态，SOC
i,ω,t
表示第i个节点配置的储能在场景ω下t...

【专利技术属性】
技术研发人员：张裕，李庆生，陈巨龙，唐学用，张彦，刘文霞，罗文雲，胡江，何向刚，蒋泽甫，李阳，孙斌，杨雄平，卢斯煜，卓映君，贺墨琳，李震，张兆丰，杨婕睿，姚良忠，廖思阳，赵小磊，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：