一种储能系统的应用场景需求分析与多目标优化运行方法与流程

本发明涉及储能技术，涉及储能系统优化领域，特别涉及一种储能系统的应用场景需求分析与多目标优化运行方法。

背景技术：

1、随着我国电力事业的快速发展，风电、光伏等可再生能源的接入比例不断提高。风电的反调峰及不确定特性，拉大了负荷的峰谷差，源荷双重压力加大了电力系统的调峰负担。为应对风光出力的波动性会导致火电机组频繁启停的现象，在风光全部接受时，可能会采取停运高效火电机组的措施以全额接纳；若限制风电并网出力则会产生大量弃风弃光，浪费宝贵的可再生资源。单纯依靠系统现有调节能力难以满足可再生能源消纳和电力系统调峰需求，有必要建立多源互补协调机制，充分挖掘电力系统的灵活调节能力，在满足调峰需求的同时提高可再生能源消纳。灵活调节电源可以对风电光伏的随机波动进行互补，为可再生能源的大规模并网消纳问题提供一条新思路。储能系统具有快速的响应优势和灵活的能量吞吐功能，在应对风电光伏波动方面发挥重要作用。目前研究对风光互补系统下的储能系统进行了需求分析，但是对风光场景类别考虑尚不充分，有待进一步细化深入研究。此外储能系统优化运行多仅考虑经济性、安全性等单目标进行计算，对于峰谷差、电能质量、新能源消纳量等多目标优化运行研究较少。因此本发明提出不同场景下的储能系统运行需求方法，在此基础上，构建储能系统多目标运行优化模型，并搭建仿真模型分析策略的有效性。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术之不足，本发明之目的就是提供一种储能系统的应用场景需求分析与多目标优化运行方法，首先根据应用场景需求体系，分析风光协同消纳的应用场景，明确渗透率、接入位置、风光比例和气候分布等参数，在此基础上确定不同场景下的储能系统优化配置；其次提出了储能系统多目标优化运行方法，针对峰谷差、电能质量、新能源消纳量等多优化目标，以及系统潮流、系统可靠性，网络拓扑连接性等约束条件，构建储能系统多目标优化运行模型，实现新能源消纳量提高、峰谷差减小和电能质量的提高。

2、本发明解决的技术方案是：

3、一种储能系统的应用场景需求分析与多目标优化运行方法，包括以下步骤：

4、步骤1：储能系统应用场景需求确定

5、为了实现各种场景下的储能系统的优化配置，选取合适的需求变量来构建储能系统应用场景需求体系，该体系包含了多个一级参数，具体为系统参数、设备参数何环境参数，并进一步将这些一级参数细分为一系列具体的二级参数，环境参数对应的二级参数包括新能源渗透率、新能源接入位置和新能源分布密度；设备参数对应的二级参数包括风光比例、维护周期、运行性能和负荷跟踪能力；环境参数对应的二级参数包括地域风能资源、地域光照条件、地域海拔高度和气候分布变化，从而确保对各个参数的全面评估和分析，对应的参数划分如表1所示；根据风光协同消纳的实际场景需求，选择对应的需求参数，形成储能系统应用场景；

6、表1应用场景需求体系

7、

8、步骤2：考虑运行成本的储能系统优化配置

9、为了在不同的应用场景中，实现储能系统容量的最优配置，设计考虑运行成本的目标函数与约束条件，采取的目标函数是弃风成本fwind、弃光成本fpv和储能投资成本fess之和最小，具体为：

10、

11、其中，cwind为单位弃风电价，pwind,j,t分别为时段t内风电场j的最大输出功率和实际输出功率，ωwind为应用场景中所有风电场组成的集合；

12、

13、其中，cpv为单位弃光电价，ppv,j,t分别为时段t内光伏电场j的最大输出功率和实际输出功率，ωpv为应用场景中所有光伏电场组成的集合；

14、

15、储能的投资成本由固定安装成本cfess,k和可变成本cvess,k组成，可变成本采用全生命周期费用成本计算，并将其转算为年均费用；其中，cfess,k和cvess,k分别为节点k处储能的固定成本和可变成本；xess,k为节点k配置储能的0-1决策变量；kde为储能年折旧系数；koc、kmc、kdc分别为储能运行、维护、处置成本系数，依次选取为0.015、0和0；cp、ce分别为储能单位功率、单位容量成本；为节点k处储能配置功率和配置容量的连续决策变量；ωess为储能允许配置节点集；

16、对应的约束条件为：

17、(1)节点功率平衡约束

18、

19、其中，a表示节点支路矩阵；pline,ij,t表示线路ij在时段t的有功功率；pgen,i,t表示火电厂i在时段t的有功功率；pwind,i,t表示风电场i在时段t的有功功率；ppv,i,t表示光伏电场i在时段t的有功功率；pess,i,t表示储能i在时段t的有功功率；pload,t表示负荷在时段t的功率；t为总时段；

20、(2)支路潮流约束

21、

22、

23、其中，bij为线路ij单条线路的电纳标幺值，定义为线路ij单条线路的电抗标幺值的倒数；nline,ij为线路ij的并联线路数；θi,t为节点i在时段t的相角；θj,t为节点j在时段t的相角；θref,t为平衡节点的相角，定义为0；

24、(3)支路功率不越限约束

25、

26、其中，表示线路ij的最大输送功率；

27、(4)火电厂、风电场和光伏电厂出力约束

28、

29、其中，ωu,i和ωd,i为火电机组的最大上/下爬坡速率，火电机组的爬坡速率无法超过此范围；δt为1个时段的时长；和为火电机组最大、最小出力；为风电场时段t最大出力；为光伏电场时段t最大出力；

30、(5)储能运行约束

31、

32、其中，表示储能系统最大充放电功率；xess,i表示节点是否配置储能；eess,i,t、分别表示储能系统soc实际值和最大值；为配置储能的最大个数；

33、

34、上述为储能soc的等式约束，q表示储能系统额定容量；

35、(6)系统旋转备用约束

36、

37、其中，rt为系统备用容量要求；

38、步骤3：考虑多目标的储能系统优化运行模型构建。

39、基于步骤(1)和步骤(2)所构建的应储能系统用场景，进行储能系统多目标优化运行，优化目标包含峰谷差、电能质量和新能源消纳量，具体为：

40、峰谷差由储能和新能源光伏、风机出力总和的最大值与最小值差来表示：

41、

42、其中，pd,t、pc,t分别为时段t内储能的放电功率和充电功率；pwind,t、ppv,t分别为时段t内风电场和光伏电场的输出功率；

43、新能源消纳量由调度周期内的弃风电量和弃光电量总和来表示，本发明考虑储能协调优化减小弃风和弃光量，提高新能源的消纳能力；

44、

45、其中，分别为时段t内风电场和光伏电厂的弃风功率和弃光功率；δt每个时段的时长，在本文中为1h；

46、约束条件包括电能质量约束、节点功率平衡约束、支路潮流约束、支路功率不越限约束、火电厂、风电场和光伏电厂出力约束、储能运行约束和系统旋转备用约束；

47、其中电能质量约束为风电场和光伏电厂发电具有波动性，其当前时刻风光储系统发电功率与上一时刻风光储系统发电功率偏差较大，波动性明显，对电网冲击较大，储能系统具有双向调节功率的特性，因此可利用储能系统平抑风电场功率波动，提高电能质量：

48、-α＜＝pd,t-pc,t+pwind,t+ppv,t-(pd,t-1-pc,t-1+pwind,t-1+ppv,t-1)＜＝α   (19)

49、其中，α表示设置的允许波动功率；

50、其余约束表达式与步骤(2)中的约束一致，如式(5)-式(16)所示。

51、与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

52、1)本发明针对风光协同消纳的不同应用场景集，分析不同场景下的储能系统运行需求，实现运行成本降低，并提高系统运行的经济型、可靠性和稳定性。

53、2)本发明提出了一种储能系统多目标优化运行方法，以峰谷差、电能质量、新能源消纳量为优化目标，构建梯次利用电池储能系统多目标运行优化模型，实现新能源消纳量提高、峰谷差减小和电能质量的提高。