计及限风特性与经济性的储能系统容量配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电联网运行技术领域，是一种计及限风特性与经济性的储能系 统容量配置方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国风电呈现"大风电、高渗透"的发展态势，随着风电的大规模开发，既 有电网调节能力渐显不足，风电与电网的矛盾急剧升级，导致大面积弃风甚至危及电网安 全，严重阻碍了风电的规模化利用。利用储能系统可以实现能量的时空平移，从而达到减少 弃风、提高电网及风电运行安全性和经济性的效果。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：针对我国大规模风电运行时存在的严重的弃风现 象，提出一种科学合理，以风电场实测限风功率数据为基础，首先进行了限风功率特性的分 析，揭示了不同月份，不同时间段限风差异性，在此基础上提出了储能系统分场景调控的控 制策略并制定了场景划分的原则，然后构建了同时考虑储能系统电量效益、环境效益、投资 成本和维护费用等因素的经济性评估模型的计及限风特性与经济性的储能系统容量配置 方法。
[0004] 解决其技术问题采用的技术方案是：一种计及限风特性与经济性的储能系统容量 配置方法，其特征是：通过对限风功率的分析提出多场景调控的控制策略并制定场景划分 的原则，结合储能系统的经济性评估模型，得到一种同时考虑储能系统经济性与限风特性 的最优储能系统配置容量，包括以下内容：
[0005] 1)限风特性分析以及场景划分原则
[0006] 根据风电场提供的限风功率数据，首先得到不同月份各时段限电次数或限电量的 统计图以及限风功率的分布图，采用相关系数r来统计各月各时段限电次数之间的差异， 并作为储能系统容量配置的依据，r的计算公式为
[0007]
⑴：
[0008] 其中：r表示第i月与第j月各时段限电次数统计图之间的关联程度，flz与f]z分 别表示第i月和第j月在第z时段的限电次数，I与万分别表示第i月和第j月各时段限 电次数的平均值；若〇< |r| <0.2,则关联程度为极弱相关，0.2 < |r| <0.4表示弱相 关，0? 4 < |r|彡0? 6表示中等程度相关，0? 6 < |r|彡0? 8表示强相关，0? 8 < |r|彡1表 示极强相关，将r值大于0. 8的月份定义为同一场景，则全年可划分为多个场景，且同一场 景内的各月份采用相同的储能配置及充放电原则，限风严重的集中时段内充电，其余时段 放电；
[0009] 2)计及限风特性与经济性的储能系统容量配置
[0010] 将全年分为m个场景，以第i个场景为例，若该场景下共有Q个调度日，为便 于分析，设储能系统日充放电1次，考虑到限风功率"大幅值小概率、小幅值大概率" 的分布特征，设风电场群的装机容量为Cin，该场景下储能系统的充电功率为aiCin， 0彡a# (max(Pk_tail)/Cin)，故第k个调度日内储能系统充电时段存储的限风电量为：
[0011]
⑵
[0012] 其中，Ek_all表示第k个调度日储能系统存储的限风电量，tlk、t2k为储能系统的 充电起始时刻与结束时刻，^⑴表示储能系统t时刻的吸收功率，计算公式为：
[0013]
(3)
[0014] 其中，(0表示t时刻的限风功率，
[0015] 设储能系统的充放电效率均为n，则此时储能系统需配置容量为
[0016]
_
[0017] 其中，Ek_表示第k个调度日储能系统需配置容量，对表示第k个调度日储能系统 的初始荷电量，
[0018] 考虑到储能系统日充放电1次，为保证存储的限风能量能够完全释放，则有
[0019]
(5:).
[0020] 其中，Pdlseharge表示储能系统的放电功率，
[0021] 由式⑵一（5)，该场景下储能系统应配置容量为
[0022]
__
[0023] 其中，E:表示第i个场景下，储能系统应配置容量，max()表示求取最大值的函 数，依据式（2) -（6)得到的储能系统容量包含未知数ai，从经济性角度考虑a取值， 包含以下因素：
[0024] ①电量效益
[0025] 利用大规模储能系统提高风电的入网规模会给电力系统带来两方面的电量效益： 一方面是由于储能系统消纳了超过电网安全运行极限的弃风风电电量而增收的风电发电 效益；另一方面是储能系统充电时段通常是负荷的低谷时段，而放电时段为负荷的高峰时 段，由此因峰谷电价差带来的效益。
[0026] 在储能系统的运行寿命周期内，因配置储能系统而带来的多接纳风电发电量为
[0027]
{7)
[0028] 其中，Epwind表示储能系统寿命周期内多接纳的风电发电量；n为储能系统的运行 寿命，
[0029] 因此，利用储能系统提高风电的入网规模带来的电量效益为
[0030] R(Qi) = (Cw+Cd)Epwind (8)
[0031] 其中，R(aJ表示电量效益；(；、(^分别为风电的上网电价与电网峰谷电价差；
[0032] ②环境效益
[0033] 利用储能系统提高风电入网规模带来的环境效益具体表现在：提高新能源的利用 率、减少了温室气体的排放。环境效益的计算公式为
[0034] T(Qi) =CfEpwind (9)
[0035] 其中，T(aJ表示环境效益；Cf表示火电机组生产单位电能的排放成本；
[0036] ③投资成本
[0037] 储能系统的投资成本具体表现为：功率成本、容量成本、维护费用，具体的计算公 式为
[0038]
(10)
[0039] 其中，I(aJ表示储能系统的投资成本；为储能系统的容量成本，包括置换费 用；Cp为储能系统的功率成本；M为储能系统的维护费用；
[0040] 因此，储能系统的综合收益为
[0041] S(ax) =R(a^+1(0^-Kax) (11)
[0042] 取ai的值从〇到max (a)变化，得到综合收益与a之间的曲线，根据使综合收益 最大的a值，即可得到第i场景下需配置的储能系统容量，全年共分为m个场景，依据类似 的方法即可得到各场景下储能系统需配置的容量以及a的值，即E= {E、s}，a={aJ (i= 1，2,…，m)，由于得到的各场景下储能系统容量配置不一定相等，（^的值也不相同， 故需按照以下方法确定储能系统最终配置容量艮^取^^min(E)到max(E)变化，a从 min(a)到max(a)变化，其中，max()，min()分别表示求最大值与最小值的函数，从而得到 E_、a与综合收益之间的三维曲线，使综合收益最大的￡_即为最终确定的储能系统容量。
[0043] 本发明的计及限风特性与经济性的储能系统容量配置方法，通过对限风功率特性 分析以及构建储能系统的经济性评估模型得到储能系统的最优配置容量，从而在提高风电 入网规模的同时，能够实现储能系统带来的综合效益最大化，具有方法科学合理，适用性强 等优点。
【附图说明】
[0044] 图1:不同月份00:00- 01:00限电量分布图；
[0045] 图2:不同月份各时段限电次数统计图；
[0046] 图3:不同月份各时段限电量统计图；
[0047] 图4:限风功率的概率分布统计图；
[0048] 图5:算例全年各月各时段限电次数统计图间相关系数；
[0049] 图6:场景1下储能系统的综合收益曲线；
[0050] 图7:场景1下储能系统每天充电电量统计图；
[0051] 图8:场景1下储能系统每天充电功率曲线（1月份）；
[0052] 图9:场景1下储能系统每天放电功率曲线（1月份）；
[0053] 图10:不同储能容量与a值下储能系统的综合收益；
[0054] 图11:单一调控下储能系统综合收益曲线。
【具体实施方式】
[0055] 下面利用附图和实施例对本发明的计及限风特性与经济性的储能系统容量配置 方法作进一步描述。
[0056] 本发明的计及限风特性与经济性的储能系统容量配置方法通过对限风功率的分 析提出多场景调控的控制策略并制定场景划分的原则，结合储能系统的经济性评估模型， 得到一种同时考虑储能系统经济性与限风特性的最优储能系统