一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法与流程

本发明涉及混合储能系统优化运行，尤其涉及一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法。

背景技术：

1、随着近年来“碳达峰，碳中和”目标的提出，新型电力系统中以风力、光伏等新能源发电为主的可再生能源装机容量日益增长。然而风能、太阳能等新能源发电具有间歇性、波动性等特征，直接并网可能会对新型电力系统造成冲击，因此需要新型电力系统需要配备储能设备减小新能源发电对于电网的影响。

2、混合储能系统是解决问题的关键手段，其可以平抑新能源发电功率，提升风光基地消纳可再生能源和降碳减排的能力，提高经济效益，同时混合储能系统可以结合不同储能设备的特点适应不同的储能场景，降低储能成本优化系统运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决大规模新能源并网对新型电力系统产生影响的问题，基于风光基地的可再生能源出力情况，构建考虑锂离子和液流电池的混合储能系统模型，并利用karush-kuhn-tucher(kkt)条件转换，而提出的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，包括以下具体步骤：

4、s1：构建考虑锂离子和液流电池的混合储能系统数学模型：

5、锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

6、s1a：锂离子电池在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反，其反应式如下所示：

7、

8、s1b：由于启动快等特性，锂离子电池主要负责针对可再生能源发电的波动性和不确定性进行快速响应，短时内平衡系统内电功率并释放储备的电能，其转换模型如下所示：

9、

10、液流电池通过电解液中活性物质在电极上发生电化学氧化还原反应来实现电能和化学能的相互转化，全钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

11、全钒液流电池利用钒元素作为电解液原料，使得电解液在长期运行过程中可再生，避免了交叉污染带来的电池容量难以恢复的问题，同时全钒液流电池正负极氧化还原电对的电化学反应动力学良好，在无外加催化剂的情况下即可达到较高的功率密度；且该电池在运行过程中无明显析氢、析氧副反应，具有优良的可靠性。

12、s1c：全钒液流电池的正负极反应如下所示：

13、充电时正极：

14、充电时负极：vo3++e-→v2+

15、放电时正极：v2+→vo3++e-；

16、s1d：液流电池的数学建模与锂离子电池相似，如下所示：

17、

18、s2：建立混合储能系统双层优化模型：

19、s2a：hes的目标是收益最大化即收入和成本的差最大，其具体的目标函数如下所示：

20、fhes＝max(ihes-ches)

21、

22、s2b：在储能系统运行时，储能设备不能同时进行充能和放能，且不能超过其额定容量，即

23、

24、s2c：下层的目标是风光基地弃风弃光惩罚最小，即

25、

26、作为本发明的进一步技术方案，所述s1b中，式中，分别为锂离子电池t和t-1时段所存储的电能，为t时段锂离子电池的充能(放能)功率，αli,btin、αli,btout分别为锂离子电池充能效率和放能效率。

27、作为本发明的进一步技术方案，所述s1d中，式中，分别为全钒液流电池t和t-1时段所存储的电能，为t时段全钒液流电池的充能(放能)功率，αlf,btin、αlf,btout分别为全钒液流电池充能效率和放能效率。

28、作为本发明的进一步技术方案，所述s2a中，式中，fhes为hes的收益、ihes为hes的收入、ches为hes的储能成本、为系统调度hes的储能功率、δli为锂离子电池储能的成本系数、δlf为液流电池储能的成本系数。

29、作为本发明的进一步技术方案，所述s2b中，式中，分别为电储能充能功率和放能功率，δbt,char、δbt,dischar为电化学电池的充、放能标志位，为布尔变量。

30、作为本发明的进一步技术方案，所述s2c中，式中ches,loss为风光基地的弃风弃光惩罚成本，ploss为风光基地弃风弃光总功率，δloss为弃风弃光惩罚系数。

31、本发明的有益效果为：

32、1、本发明提出的方法使得混合储能系统的收益比未配置储能的方案高出5.47％，储能成本降低12.31％，风光基地弃风弃光惩罚下降23.38％。

33、2、本发明提出的方法不仅可以平抑新能源发电的波动性，提升风光基地消纳可再生能源和降碳减排的能力，同时还可以结合不同储能设备的特点适应不同的储能场景，降低储能成本并优化系统的运行，提高运营商经济效益。

技术特征：

1.一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，所述s1b中，式中，分别为锂离子电池t和t-1时段所存储的电能，为t时段锂离子电池的充能(放能)功率，αli,btin、αli,btout分别为锂离子电池充能效率和放能效率。

3.根据权利要求1所述的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，所述s1d中，式中，分别为全钒液流电池t和t-1时段所存储的电能，为t时段全钒液流电池的充能(放能)功率，αlf,btin、αlf,btout分别为全钒液流电池充能效率和放能效率。

4.根据权利要求1所述的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，所述s2a中，式中，fhes为hes的收益、ihes为hes的收入、ches为hes的储能成本、为系统调度hes的储能功率、δli为锂离子电池储能的成本系数、δlf为液流电池储能的成本系数。

5.根据权利要求1所述的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，所述s2b中，式中，分别为电储能充能功率和放能功率，δbt,char、δbt,dischar为电化学电池的充、放能标志位，为布尔变量。

6.根据权利要求1所述的一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，其特征在于，所述s2c中，式中ches,loss为风光基地的弃风弃光惩罚成本，ploss为风光基地弃风弃光总功率，δloss为弃风弃光惩罚系数。

技术总结本发明涉及混合储能系统优化运行技术领域，为了解决大规模新能源并网对新型电力系统产生影响的问题，具体公开了一种考虑锂离子和液流电池的混合储能系统运行优化方法，包括以下具体步骤：S1：构建考虑锂离子和液流电池的混合储能系统数学模型；S2：建立混合储能系统双层优化模型。本发明使得混合储能系统的收益比未配置储能的方案高出5.47％，储能成本降低12.31％，风光基地弃风弃光惩罚下降23.38％；不仅可以平抑新能源发电的波动性，提升风光基地消纳可再生能源和降碳减排的能力，同时还可以结合不同储能设备的特点适应不同的储能场景，降低储能成本并优化系统的运行，提高运营商经济效益。技术研发人员：王涛,梁振飞,李艳红,曾瑞东,高瑞茂,高韦秦,吴宏元受保护的技术使用者：中国华电集团有限公司青海分公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10