一种抽水蓄能和电池储能的容量协同规划方法及系统与流程

本发明涉及能源规划，尤其涉及一种抽水蓄能和电池储能的容量协同规划方法及系统。

背景技术：

1、在电力系统中风电、太阳能等新能源占比不断提高的背景下，由于新能源出力的随机性和波动性特点，电力系统中必须配置一定规模的储能设施，用于储存富余电力以及在用电负荷高峰时段将储存的电力释放以满足电力需求。

2、当前在电力系统中应用规模最大的储能设施是抽水蓄能电站，抽水蓄能的建设对地形、地质、水源条件要求较高，随着优质站址资源逐步开发，以及生态环境保护力度加大，未来抽水蓄能建设开发难度将进一步增大。近年来，随着以锂电池为代表的电池储能技术日益发展成熟，电池储能也逐步应用于电力系统，但其主要应用于短时储能的场景，如调频等(储能配置时长通常为0.5～1小时)。从经济指标上来看，若将现有的电池储能技术应用于长时电池储能(储能配置时长达到4～8小时左右，与抽水蓄能相当)的建设中，需要耗费大量经济成本。因此，当抽水蓄能和电池储能均为电力系统新增电源的可行选项时，需要对二者进行协同优化规划，明确二者的合理发展规模。

3、目前现有的抽水蓄能容量规划技术，仅考虑在特定的新能源及其他电源发展规模下测算电力系统的合理抽水蓄能装机规模，而没有同时分析电力系统中合理的电池储能的装机规模和配置时长，无法从考虑经济性的角度上求解抽水蓄能和电池储能的合理装机比例，从而影响蓄能容量规划结果的合理性。

技术实现思路

1、本发明提供一种抽水蓄能和电池储能的容量协同规划方法及系统，解决了在蓄能容量规划中没有同时考虑抽水蓄能装机规模和电池储能装机规模的问题，实现了抽水蓄能和电池储能的容量规划，提高了电源规划的精确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抽水蓄能和电池储能的容量协同规划方法，包括：

3、获取容量协同规划的相关数据，并根据所述容量协同规划的相关数据，确定规划边界；

4、在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；

5、在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点；

6、根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模以及所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案；

7、在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，在所述规划边界内使用电力系统时序生产模拟软件计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；

8、根据总费用最低的抽水蓄能和电池储能装机组合方案，设置抽水蓄能的电站数量和运行时长以及电池储能的电站数量和运行时长。

9、本发明在规划边界内，计算包含抽水蓄能和电池储能在内的蓄能最大需求装机规模，解决了在蓄能容量规划中没有同时考虑抽水蓄能装机规模和电池储能装机规模的问题；同时在规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，从经济性的角度上考虑抽水蓄能和电池储能的容量规划；最后根据抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模以及抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案，并按照总费用最低的抽水蓄能和电池储能装机组合方案进行蓄能容量规划；实现了以经济成本最小化为目的的抽水蓄能和电池储能的容量规划，提高了电源规划的精确性，为确定抽水蓄能和电池储能发展规模提供技术指导。

10、进一步的，所述获取容量协同规划的相关数据，包括：

11、获取容量协同规划的相关数据；其中，所述容量协同规划的相关数据包括：规划水平年、规划水平年的单位用电需求、各类型电源的装机额定功率、限能类机组的全年发电曲线和出力可控类机组的调节特性数据；所述规划水平年的单位用电需求包括规划水平年的单位各月最大用电负荷、规划水平年的单位全年用电量和规划水平年的单位全年用电负荷曲线；所述各类型电源的装机额定功率包括火电的装机额定功率、水电的装机额定功率、核电的装机额定功率、外来电的装机额定功率、风电的装机额定功率和太阳能的装机额定功率；所述限能类机组的全年发电曲线包括风电的全年发电曲线、太阳能的全年发电曲线和径流水电的全年发电曲线；所述出力可控类机组的调节特性数据包括火电的最大出力、火电的最小技术出力、火电的爬坡率、核电的最大出力、核电的最小技术出力、核电的爬坡率、有库容水电的最大出力、有库容水电的最小技术出力、有库容水电的爬坡率、外来电的最大出力、外来电的最小技术出力和外来电的爬坡率。

12、进一步的，所述在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，包括：

13、在所述规划边界内，根据所述容量协同规划的相关数据，计算各月份的抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；其中，所述各月份的抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，具体如下：

14、

15、式中，ti表示月份i的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模；di表示月份i的最大用电负荷，di表示月份i的电力系统备用容量系数，aij表示第j类电源在月份i的可用容量，i＝1,2,3,…,12，∑j aij表示月份i中所有电源可用容量之和；

16、从所述各月份的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模中，选择最大的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模作为抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模。

17、进一步的，所述在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，包括：

18、获取蓄能年容量费用相关数据；其中，所述蓄能年容量费用相关数据包括抽水蓄能单位造价、抽水蓄能年金系数、抽水蓄能运行年限、抽水蓄能年固定运行费率、电池储能单位造价、电池储能配置时长、电池充放电数据、电池储能年金系数、电池储能运行年限和电池储能年固定运行费率；

19、根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用；

20、根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用；

21、比较抽水蓄能电站年容量费用和电池储能电站年容量费用，在满足抽水蓄能电站年容量费用小于电池储能电站年容量费用的第一约束条件下，将满足所述第一约束条件的电池储能配置时长的最小值作为抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点。

22、进一步的，所述根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用，包括：

23、根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用；其中，所述抽水蓄能电站年容量费用，具体如下：

24、fp＝fp*yp*(1+gp)

25、式中，fp表示抽水蓄能电站年容量费用；fp表示抽水蓄能单位造价平均值；yp表示抽水蓄能年金系数，yp＝i*(1+i)sp/[(1+i)sp-1]，sp表示抽水蓄能运行年限，i表示贴现率；gp表示抽水蓄能年固定运行费率。

26、进一步的，所述根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用，包括：

27、根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用；其中，所述电池储能电站年容量费用，具体如下：

28、

29、式中，fb表示电池储能电站年容量费用；fb表示电池储能单位造价平均值；l表示电池储能配置时长，d表示电池放电深度；yb表示电池储能年金系数，yb＝i*(1+i)sb/[(1+i)sb-1]，sb表示抽水蓄能运行年限，i表示贴现率；gb表示电池储能年固定运行费率，r表示运行期内中途更换电池电芯产生的成本占总投资的比值。

30、本发明结合包含抽水蓄能和电池储能在内的蓄能最大需求装机规模以及抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，从经济性的角度出发规划抽水蓄能和电池储能协同组合，解决了在蓄能容量规划中没有同时考虑抽水蓄能装机规模和电池储能装机规模的问题，并考虑到抽水蓄能和电池储能的建设周期对于抽水蓄能和电池储能容量规划的影响，从而提高电源容量规划的精确性。

31、进一步的，所述根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模以及所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案，包括：

32、在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案；其中，所述多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案，具体如下：

33、tpk+tbk＝tmax

34、式中，tmax表示抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；tpk表示第k个方案的抽水蓄能装机规模，tbk表示第k个方案的电池储能装机规模。

35、进一步的，所述在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，在所述规划边界内使用电力系统时序生产模拟软件计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用，包括：

36、在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，在所述规划边界内使用电力系统时序生产模拟软件计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用；

37、根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用。

38、进一步的，所述根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用，包括：

39、根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；其中，所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用，具体如下：

40、sk＝bk+fp*tpk+fb*tbk

41、式中，sk表示各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；bk表示各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用，fp表示抽水蓄能电站年容量费用，tpk表示第k个方案的抽水蓄能装机规模；fb表示电池储能电站年容量费用，tbk表示第k个方案的电池储能装机规模。

42、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例，提供了一种抽水蓄能和电池储能的容量协同规划系统，包括：规划边界模块、装机规模模块、组合临界点模块、组合方案模块、蓄能总费用模块和蓄能规划模块；

43、所述规划边界模块，用于，获取容量协同规划的相关数据，并根据所述容量协同规划的相关数据，确定规划边界；

44、所述装机规模模块，用于在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；

45、所述组合临界点模块，用于在所述规划边界内，计算抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点；

46、所述组合方案模块，用于根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模以及所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案；

47、所述蓄能总费用模块，用于在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，在所述规划边界内使用电力系统时序生产模拟软件计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；

48、所述蓄能规划模块，用于根据总费用最低的抽水蓄能和电池储能装机组合方案，设置抽水蓄能的电站数量和运行时长以及电池储能的电站数量和运行时长。

49、进一步的，所述规划边界模块，包括：数据获取单元；

50、所述数据获取单元，用于获取容量协同规划的相关数据；其中，所述容量协同规划的相关数据包括：规划水平年、规划水平年的单位用电需求、各类型电源的装机额定功率、限能类机组的全年发电曲线和出力可控类机组的调节特性数据；所述规划水平年的单位用电需求包括规划水平年的单位各月最大用电负荷、规划水平年的单位全年用电量和规划水平年的单位全年用电负荷曲线；所述各类型电源的装机额定功率包括火电的装机额定功率、水电的装机额定功率、核电的装机额定功率、外来电的装机额定功率、风电的装机额定功率和太阳能的装机额定功率；所述限能类机组的全年发电曲线包括风电的全年发电曲线、太阳能的全年发电曲线和径流水电的全年发电曲线；所述出力可控类机组的调节特性数据包括火电的最大出力、火电的最小技术出力、火电的爬坡率、核电的最大出力、核电的最小技术出力、核电的爬坡率、有库容水电的最大出力、有库容水电的最小技术出力、有库容水电的爬坡率、外来电的最大出力、外来电的最小技术出力和外来电的爬坡率。

51、进一步的，所述装机规模模块，包括：单月装机规模单元和最大装机规模单元；

52、所述单月装机规模单元，用于在所述规划边界内，根据所述容量协同规划的相关数据，计算各月份的抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；其中，所述各月份的抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，具体如下：

53、

54、式中，ti表示月份i的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模；di表示月份i的最大用电负荷，di表示月份i的电力系统备用容量系数，aij表示第j类电源在月份i的可用容量，i＝1,2,3,…,12，∑j aij表示月份i中所有电源可用容量之和；

55、所述最大装机规模单元，用于从所述各月份的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模中，选择最大的抽水蓄能和电池储能的需求装机规模作为抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模。

56、进一步的，所述组合临界点模块，包括：容量费用数据单元、第一年容量费用单元、第二年容量费用单元和年容量费用临界点单元；

57、所述容量费用数据单元，用于获取蓄能年容量费用相关数据；其中，所述蓄能年容量费用相关数据包括抽水蓄能单位造价、抽水蓄能年金系数、抽水蓄能运行年限、抽水蓄能年固定运行费率、电池储能单位造价、电池储能配置时长、电池充放电数据、电池储能年金系数、电池储能运行年限和电池储能年固定运行费率；

58、所述第一年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用；

59、所述第二年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用；

60、所述年容量费用临界点单元，用于比较抽水蓄能电站年容量费用和电池储能电站年容量费用，在满足抽水蓄能电站年容量费用小于电池储能电站年容量费用的第一约束条件下，将满足所述第一约束条件的电池储能配置时长的最小值作为抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点。

61、进一步的，所述第一年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用，包括：

62、所述第一年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算抽水蓄能电站年容量费用；其中，所述抽水蓄能电站年容量费用，具体如下：

63、fp＝fp*yp*(1+gp)

64、式中，fp表示抽水蓄能电站年容量费用；fp表示抽水蓄能单位造价平均值；yp表示抽水蓄能年金系数，yp＝i*(1+i)sp/[(1+i)sp-1]，sp表示抽水蓄能运行年限，i表示贴现率；gp表示抽水蓄能年固定运行费率。

65、进一步的，所述第二年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用，包括：

66、所述第二年容量费用单元，用于根据所述蓄能年容量费用相关数据，计算电池储能电站年容量费用；其中，所述电池储能电站年容量费用，具体如下：

67、

68、式中，fb表示电池储能电站年容量费用；fb表示电池储能单位造价平均值；l表示电池储能配置时长，d表示电池放电深度；yb表示电池储能年金系数，yb＝i*(1+i)sb/[(1+i)sb-1]，sb表示抽水蓄能运行年限，i表示贴现率；gb表示电池储能年固定运行费率，r表示运行期内中途更换电池电芯产生的成本占总投资的比值。

69、进一步的，所述组合方案模块，用于根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模以及所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案，包括：

70、所述组合方案模块，用于在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，根据所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，生成多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案；其中，所述多个抽水蓄能和电池储能装机组合方案，具体如下：

71、tpk+tbk＝tmax

72、式中，tmax表示抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模；tpk表示第k个方案的抽水蓄能装机规模，tbk表示第k个方案的电池储能装机规模。

73、进一步的，所述蓄能总费用模块，包括：运行费用单元和总费用单元；

74、所述运行费用单元，用于在所述抽水蓄能和电池储能的年容量费用临界点的约束下，在所述规划边界内使用电力系统时序生产模拟软件计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用；

75、所述总费用单元，用于根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用。

76、进一步的，所述总费用单元，用于根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用，包括：

77、所述总费用单元，用于根据所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用和所述抽水蓄能和电池储能的最大需求装机规模，计算各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；其中，所述各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用，具体如下：

78、sk＝bk+fp*tpk+fb*tbk

79、式中，sk表示各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的总费用；bk表示各个抽水蓄能和电池储能装机组合方案的系统年可变运行费用，fp表示抽水蓄能电站年容量费用，tpk表示第k个方案的抽水蓄能装机规模；fb表示电池储能电站年容量费用，tbk表示第k个方案的电池储能装机规模。