一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法，包括以下步骤；首先设置火力发电系统的额定输出功率限制火力发电系统输出功率与储能系统的功率变化和容量变化作为系统模型基础设计变量；再对以上三个变量设置储能系统运行约束、系统功率平衡约束、火力发电系统约束和备用发电系统约束以完善系统模型搭建。本发明专利技术通过对多组不同渗透率下的储能系统容量需求进行计算而归纳提供的一种可以计算得到系统中储能容量需求阈值的公式，从而实现全局最优储能容量配置。储能容量配置。储能容量配置。

【技术实现步骤摘要】
一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法


[0001]本专利技术属于储能
，特别涉及一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法。

技术介绍

[0002]随着“碳达峰”、“碳中和”的提出，我国对可再生能源的开发利用越来越重视。但是以风电、光伏为主的可再生能源输出不像火电机组一般稳定和可调节，具有波动性和不确定性。而储能系统为可再生能源消纳、提高风电机组的上网率提供了新的思路。储能系统可以将过剩的风电能量储存起来，用于负荷功率和风机功率不匹配时平抑波动、削峰填谷。这样不仅可以提高电力系统运行的稳定性，还可以提高储能系统的可调度性，最终实现间歇式能源并网供电。
[0003]然而，随着“碳达峰”、“碳中和”的建设过程，我国的可再生能源发电占比一定会越来越高，如何配置在不同渗透率下都符合系统需求的储能系统成为一大研究重点。配置过大的储能容量，对新能源的消纳能理高但投资成本也较大，系统经济性不足；反之，配置过小的储能容量，系统经济性较高但新能源弃置率也随之增高。因此，配置合理容量的储能系统满足不同渗透率的需求对微电网系统至关重要。
[0004]对于CIGRE系统14节点的中压微电网络，利用粒子群算法计算不同渗透率下的系统最优经济储能容量配置需求结果如图1，可以看到由于粒子群算法所得计算结果局部最优，故不同渗透率下的储能容量配置结果起伏不定，虽然整体储能容量随渗透率升高而增大，但无法在高渗透率下确定微电网系统的全局最优储能容量配置结果。

技术实现思路

[0005]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法，通过对多组不同渗透率下的储能系统容量需求进行计算而归纳提供的一种可以计算得到系统中储能容量需求阈值的公式，从而实现全局最优储能容量配置。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法，包括以下步骤；
[0008]首先设置火力发电系统的额定输出功率限制火力发电系统输出功率与储能系统的功率变化和容量变化作为系统模型基础设计变量；
[0009]再对以上三个变量设置储能系统运行约束、系统功率平衡约束、火力发电系统约束和备用发电系统约束以完善系统模型搭建。
[0010]进一步的，首先是对储能系统的工作状态进行约束，储能系统在固定时间间隔内只能工作在一种运行状态(包括充电状态、放电状态和非充/放电状态)，使用二进制变量和分别来表示储能系统的充电运行状态和放电运行状态，再以和表示t时刻的储能系统充/放电功率，并使用Big
‑
M约束来限制储能系统的工作状态，如下所示：
[0011][0012][0013][0014]其中，T是是模型计算的单位时间间隔，M表示为Big
‑
M约束，即任意大的非负数。
[0015]由以上公式则计算得到储能系统在t时刻的功率变化量
[0016][0017]同时，由于电化学储能电池过充过放都将影响电池的使用寿命，所以为了保证储能系统的长期可靠运行，对储能系统的SOC状态进行约束，将储能系统的储存电量限制在最小允许储存电量与最大允许储存电量之间：
[0018][0019]之后再将储能系统的功率变化量与容量变化则得到一个储能系统，如下：
[0020][0021]建立储能系统后通过约束储能系统在λ段时间内的充放相等作为储能系统充放周期：
[0022][0023]微电网中，发电单元在满足t时刻的系统负荷需求功率的前提下，将多余的电力注入储能系统以减少新能源的弃置，如下所示：
[0024][0025]而可再生能源的渗透率β则可以通过约束设置可再生能源发电量与系统总发电量的比率来获得，在微电网中，可再生能源主要包含风力发电系统额定功率和光伏发电系统额定功率其额定发电量随着可再生能源渗透率的提高而提高，两者的和应小于微电网系统总额定发电量与渗透率的乘积：
[0026][0027]接下来则是设置火力发电系统的约束函数以完善火力发电系统模型，设置火力发电系统爬坡约束函数以便更好的模拟火力发电系统的工作状态，使系统具有良好的惯性：
[0028][0029]其中，和是火力发电系统的额定发电量上下限，和是火力发电系统的爬坡下降速率和上升速率限制；
[0030]同时应该设置火力发电系统的启停时间间隔约束以防止因启停频率过高而导致
发电机组磨损：
[0031][0032]其中，二进制变量来表示火力发电系统的启停状态，当发电机启动时，为1，当发电机停止时，为0，τ
on
是火力发电系统工作运行状态维持的最少时间，τ
off
是火力发电系统停机运行状态维持的最少时间；
[0033]接下来则是约束备用发电系统以满足各个时刻系统的负荷需求，维持系统稳定，备用发电系统多以火力发电机组为主，所以备用发电系统也需要考虑机组启停约束和爬坡约束：
[0034][0035][0036]式中：和是备用发电系统的额定发电量上下限，和是备用发电系统的爬坡下降速率和上升速率限制，是备用发电系统的启停状态，τ
standon
是备用发电系统工作运行状态维持的最少时间，τ
standoff
是备用发电系统停机运行状态维持的最少时间。
[0037]进一步的，通过以上的约束公式，搭建一个基本的微电网系统模型，最后将所需计算最优储能容量配置的微电网系统参数风电价格C
wind
，风电系统的年发电调度曲线，光伏发电价格C
solar
，光伏发电系统的年发电调度曲线，火力发电系统的分时电价储能系统的运行成本备用发电系统的价格C
standby
等价格相关参数写入到系统模型当中；再结合上述基础变量则可以得到最小化微电网系统运行花费的目标函数：
[0038][0039]其中，是t时刻的风电输出，是t时刻的光伏发电输出功率，是t时刻的火力发电系统输出功率，是t时刻的储能系统输出/输入功率，是t时刻的备用发电系统输出功率；
[0040]由此，建立完整的储能优化配置模型，之后则通过该模型来计算该微电网系统下的各个可再生能源渗透率情况下的储能容量需求。
[0041]进一步的，通过计算所得各个可再生能源渗透率情况下的储能容量需求，绘制出该微电网系统中储能容量的需求配置曲线，然后通过以下容量弹性公式计算系统所需储能峰值情况的可再生能源渗透率情况：
[0042][0043]容量弹性E
d
表明系统储能容量需求P与系统可再生能源渗透率Q变动的依存关系，
反映渗透率变动所引起的储能容量相应的变动率，即储能容量对渗透率与充放周期信息的敏感程度；
[0044]由容量弹性公式可得微电网系统所需配置储能容量需求的阈值变化，当且仅当E
d
＝0时，系统所需储能容量达到峰值，则在此渗透率情况下的储能容量需求可满足各个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法，其特征在于，包括以下步骤；首先设置火力发电系统的额定输出功率限制火力发电系统输出功率与储能系统的功率变化和容量变化作为系统模型基础设计变量；再对以上三个变量设置储能系统运行约束、系统功率平衡约束、火力发电系统约束和备用发电系统约束以完善系统模型搭建。2.根据权利要求1所述的一种利用容量弹性实现系统最优储能容量配置的方法，其特征在于，首先是对储能系统的工作状态进行约束，储能系统在固定时间间隔内只能工作在一种运行状态(包括充电状态、放电状态和非充/放电状态)，使用二进制变量和分别来表示储能系统的充电运行状态和放电运行状态，再以和表示t时刻的储能系统充/放电功率，并使用Big
‑
M约束来限制储能系统的工作状态，如下所示：M约束来限制储能系统的工作状态，如下所示：M约束来限制储能系统的工作状态，如下所示：其中，T是是模型计算的单位时间间隔，M表示为Big
‑
M约束，即任意大的非负数。由以上公式则计算得到储能系统在t时刻的功率变化量由以上公式则计算得到储能系统在t时刻的功率变化量同时，由于电化学储能电池过充过放都将影响电池的使用寿命，所以为了保证储能系统的长期可靠运行，对储能系统的SOC状态进行约束，将储能系统的储存电量限制在最小允许储存电量与最大允许储存电量之间：之后再将储能系统的功率变化量与容量变化则得到一个储能系统，如下：建立储能系统后通过约束储能系统在λ段时间内的充放相等作为储能系统充放周期：微电网中，发电单元在满足t时刻的系统负荷需求功率的前提下，将多余的电力注入储能系统以减少新能源的弃置，如下所示：而可再生能源的渗透率β则可以通过约束设置可再生能源发电量与系统总发电量的比率来获得，在微电网中，可再生能源主要包含风力发电系统额定功率和光伏发电
系统额定功率其额定发电量随着可再生能源渗透率的提高而提高，两者的和应小于微电网系统总额定发电量与渗透率的乘积：接下来则是设置火力发电系统的约束函数以完善火力发电系统模型，设置火力发电系统爬坡约束函数以便更好的模拟火力发电系统的工作状态，使系统具有良好的惯性：其中，和是火力发电系统的额定发电量上下限，和是火力发电系统的爬坡下降速率和上升速率限制；同时应该设置火力发电系统的启停时间间隔约束以防止因启停频率过高而导致发电机组磨损：其中，二进制变量来表示火力发电系统的启停状态，当发电机启动时，为1，当发电机停止时，为0，τ
on
是火力发电系统工作运行状态维持的最少时间，τ
off
是火力发电系统停机运行状态维持的最少时间；接下来则是约束备用发电系统以满足各个时刻系统的负荷需求，维持系统稳定，备用发电系统多以火力发电机组为主，所以备用发电系统也需要考虑机组启停约束和爬坡约束：束：式中：和是备用发电系统的额定发电量上下限，和是备用发电系统的爬坡下降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骁，陈冠儒，单栋梁，靳文涛，狄谦，张琦，刘彤宇，黄森宇，刘硕，梁忠豪，李建林，
申请(专利权)人：新源智储能源发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：