提供辅助服务的储能电站运营方法及系统与流程

本发明具体涉及一种储能电站运营方法，尤其涉及一种提供辅助服务的储能电站运营方法及系统。

背景技术：

储能技术主要是指电能的储存。储存的能量可以用做应急能源，也可以用于在电网负荷低的时候储能，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷。

在电力系统中，储能电站储存的能量还可用于提供一些辅助服务，比如可提供电网调峰、调频、调压、容量备用、黑启动、需求响应以及应急响应等辅助服务。但是不同的辅助服务之间存在时序性的制约，并且储能电站在提供辅助服务时同样受到自身功率容量的约束，如何在有限地功率容量下，合理优化储能电站提供辅助服务的配置策略，以有效提升储能电站的经济价值成为摆在电力系统技术领域的一道难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提供辅助服务的储能电站运营方法及系统，通过优化储能电站提供辅助服务的配置策略，以破解当下的储能电站运营效益较低的难题。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是，

提供一种提供辅助服务的储能电站运营方法，包括：

根据用户发送的查询请求查询储能电站所能提供的辅助服务的类型并将查询结果通过一可视化界面显示给所述用户；

所述用户通过所述可视化界面在所述查询结果中确定所述储能电站所要提供的各所述辅助服务；

确定所述储能电站响应所述用户确定的各所述辅助服务的约束条件和目标函数，并对所述目标函数进行求解，得到响应各所述辅助服务的配置文件；

所述储能电站执行所述配置文件以对所要提供的所述辅助服务作出响应。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站响应各所述辅助服务的约束条件为，所述储能电站响应所述辅助服务所需提供的电功率与电能量不超过所述储能电站自身的功率容量。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站响应各所述辅助服务的所述目标函数的确定过程为：

接收并执行响应时间间隔设置请求，根据所述响应时间间隔设置请求中携带的响应时间间隔设置信息，对所述储能电站响应所述辅助服务的时间间隔进行设置；

接收并执行储能电站响应辅助服务的运行成本的计算请求，得到所述储能电站在所述响应时间间隔内响应各所述辅助服务的运行成本；

接收并执行辅助服务预期收益计算请求，得到各所述辅助服务在所述响应时间间隔内所能带来的预期收益；

然后以在所述响应时间间隔内所述储能电站响应所述辅助服务的所述运行成本为所述目标函数的第一决策变量，以所述辅助服务在所述响应时间间隔内所能带来的所述预期收益为所述目标函数的第二决策变量对所述目标函数进行求解，并将求解结果形成为所述配置文件。

作为本发明的一种优选方案，对所述目标函数的求解过程如下：

判断所述储能电站提供的各所述辅助服务中，作为所述第二决策变量的所述预期收益是否大于作为所述第一决策变量的所述运行成本，

若是，则将所述目标函数的求解结果置为“1”，并将所述求解结果形成为所述配置文件；

若否，则将所述目标函数的求解结果置为“0”，表示所述储能电站无法提供所述用户确定的所述辅助服务。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站在所述响应时间间隔内响应所述辅助服务的所述运行成本的计算方法为：

所述运行成本＝所述储能电站的单位电量运行成本与所述储能电站在所述响应时间间隔内响应所述辅助服务的充电电量或放电电量或充放电电量的乘积。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站的所述单位电量运行成本包括单位电量放电成本、单位电量运行维护成本以及单位电量电网使用费成本中的任意一种或多种。

作为本发明的一种优选方案，所述单位电量放电成本的计算方法为所述储能电站的等效成本除以所述储能电站在当前t时刻的可放电电量。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站的所述等效成本通过下式计算而得：

上式中，ci(t)用于表示所述等效成本；

sohi(t)为第i年t时刻的所述储能电站的健康状态值；

sohend为所述储能电站退役时的健康状态值；

soh0为所述储能电站初始投运时的健康状态值；

c0为所述储能电站运行的储能系统、和/或控制所述储能电站运行的控制系统的投资成本。

作为本发明的一种优选方案，所述储能电站在当前的所述t时刻的所述可放电电量为所述储能电站在所述t时刻的充放电深度、剩余充放电次数以及储能电站容量三者的乘积。

本发明还提供了一种提供辅助服务的储能电站运营系统，可实现所述的储能电站运营方法，该系统包括：

辅助服务类型查询指令输入模块，用于通过所述可视化界面提供给所述用户输入辅助服务类型查询指令并输出；

辅助服务类型查询模块，连接所述辅助服务类型查询指令输入模块，用于根据接收到的所述辅助服务类型查询指令从一数据库中查询所述储能电站所能提供的所述辅助服务的类型，并将所述查询结果通过所述可视化界面显示给所述用户；

辅助服务确定模块，连接所述辅助服务类型查询模块，用于提供给所述用户在所述查询结果中确定所述储能电站所要提供的所述辅助服务；

约束条件设定模块，用于提供给所述用户设定配置所述储能电站运行的所述约束条件；

目标函数设定模块，连接所述辅助服务确定模块，用于根据所述用户确定的所述储能电站所要提供的所述辅助服务设定配置所述储能电站所需的所述目标函数；

目标函数求解模块，分别连接所述约束条件设定模块和所述目标函数设定模块，用于基于所述储能电站响应所述辅助服务的动态状态，并结合所述约束条件，对所述目标函数进行求解，得到响应所述辅助服务的所述配置文件；

配置文件执行模块，连接所述目标函数求解模块，用于提供给所述储能电站执行所述配置文件，以对所述辅助服务作出响应。

作为本发明的一种优选方案，所述目标函数设定模块中具体包括：

响应时间间隔设置单元，用于根据所述用户确定的所述辅助服务的具体类型，自动设置所述储能电站响应各所述辅助服务的响应时间间隔；

响应等效成本计算单元，用于根据用户指令计算所述储能电站在当前时刻t响应所述辅助服务的等效成本；

单位电量运行成本计算单元，连接所述响应等效成本计算单元，用于根据所述等效成本，计算所述储能电站的单位电量运行成本；

响应辅助服务运行成本计算单元，分别连接所述单位电量运行成本计算单元和所述响应时间间隔设置单元，用于根据所述储能电站的所述单位电量运行成本，计算所述储能电站在所述响应时间间隔内响应所述辅助服务的运行成本；

辅助服务预期收益计算单元，连接所述响应时间间隔设置单元，用于计算所述储能电站在所述响应时间间隔内提供各所述辅助服务所能带来的预期收益；

目标函数设定单元，分别连接所述响应辅助服务运行成本计算单元和所述辅助服务预期收益计算单元，用于以所述运行成本为所述目标函数的第一决策变量，以所述预期收益为所述目标函数的第二决策变量设定所述目标函数。

作为本发明的一种优选方案，所述目标函数求解模块中具体包括：

变量求解单元，用于求解所述第一决策变量和所述第二决策变量；

变量值大小判断单元，连接所述变量求解单元，用于判断所述第二决策变量的变量值是否大于所述第一决策变量的变量值，

若是，则将所述目标函数的求解结果置为“1”，表示所述储能电站可提供所述用户确定的所述辅助服务；

若否，则将所述目标函数的求解结果置为“0”，表示所述储能电站无法提供所述用户确定的所述辅助服务；

配置文件形成单元，连接所述变量值大小判断单元，用于将所述求解结果形成为所述配置文件。

本发明综合考虑储能电站健康状态、储能电站等效成本、储能电站提供不同的辅助服务的预期收益与需要投入的运行成本等因素，以收益最大化为目标，以储能电站自身的功率容量为约束，通过优化储能电站提供辅助服务的配置策略，提升了储能电站运营的经济价值。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的提供辅助服务的储能电站运营方法的步骤图；

图2是本发明一实施例确定所述目标函数的方法步骤图；

图3是本发明一实施例所述的提供辅助服务的储能电站运营系统的结构示意图；

图4是所述储能电站运营系统中的所述目标函数设定模块的内部结构示意图；

图5是所述储能电站运营系统中的所述目标函数求解模块的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明实施例提供的一种提供辅助服务的储能电站运营方法，用于综合考虑储能电站为提供辅助服务所需的运行成本和预期收益确定储能电站的配置策略，请参照图1，该方法包括：

步骤s1，根据用户发送的查询请求查询储能电站所能提供的辅助服务的类型并将查询结果通过一可视化界面显示给用户；辅助服务的类型包括但不限于电网调峰、调频、容量备用、黑启动、需求响应以及应急响应中的任意一种或多种。

步骤s2，用户通过可视化界面在查询结果中确定储能电站所要提供的各辅助服务；

步骤s3，根据用户确定的各辅助服务确定储能电站响应各辅助服务的约束条件和目标函数，并对目标函数进行求解，得到响应各辅助服务的配置文件；

步骤s4，储能电站执行配置文件以对所要提供的辅助服务作出响应。

储能电站响应各辅助服务的约束条件为，储能电站响应辅助服务所需提供的电功率与电能量不超过储能电站自身的功率容量。也就是说，当辅助服务所需的电能超过储能电站能够提供的电能时，储能电站对该辅助服务不响应。

优选地，请参照图2，储能电站响应辅助服务的目标函数的确定过程为：

步骤l1，接收并执行响应时间间隔设置请求，根据响应时间间隔设置请求中携带的响应时间间隔设置信息，对储能电站响应各辅助服务的时间间隔进行设置。具体地，比如储能电站同时所要提供的辅助服务为电网调峰和调频，电网调峰对储能电站的响应时间间隔要求为1小时，电网调频对储能电站的响应时间间隔要求为2小时，本发明实施例取所要响应的各辅助服务中所要求的响应时间间隔的最小值作为需要设置的储能电站的响应时间间隔，也就是取1小时作为储能电站同时响应电网调峰和调频的响应时间间隔。

步骤l2，接收并执行储能电站响应辅助服务的运行成本的计算请求，得到储能电站在响应时间间隔内响应各辅助服务的运行成本。

储能电站在响应时间间隔内响应辅助服务的运行成本的计算方法为：

运行成本＝储能电站的单位电量运行成本与储能电站在响应时间间隔内响应辅助服务的充电电量或放电电量或充放电电量的乘积。

储能电站的单位电量运行成本包括单位电量放电成本、单位电量运行维护成本以及单位电量电网使用费成本中的任意一种或多种。

单位电量放电成本为储能电站的等效成本除以储能电站在当前t时刻的可放电电量。

等效成本通过下式计算而得：

上式中，ci(t)用于表示等效成本；

sohi(t)为第i年t时刻的储能电站的健康状态值；

sohend为储能电站退役时的健康状态值；

soh0为储能电站初始投运时的健康状态值；

c0为储能电站运行的储能系统、和/或控制储能电站运行的控制系统的投资成本。

储能电站在当前t时刻的可放电电量与储能电站在t时刻的充放电深度、剩余充放电次数、储能电站容量等因素有关。本实施例中，为便于计算，将当前t时刻储能电站的充放电深度、剩余充放电次数以及储能电站容量三者的乘积作为储能电站在当前t时刻的可放电电量。

关于单位电量运行维护成本、单位电量电网使用费成本等有关储能电站的单位电量运行成本的其他各项成本的计算方式并非本发明要求权利保护的范围，所以在此不作说明。

请继续参照图2，储能电站响应各辅助服务的目标函数的确定过程还包括：

步骤l3，接收并执行辅助服务预期收益计算请求，得到各辅助服务在响应时间间隔内所能带来的预期收益。比如，当储能电站提供的辅助服务为电网调峰时，储能电站在设置的响应时间间隔内所能带来的调峰收益为单位电量调峰补贴价格或市场出清价格或合同约定价格与该响应时间间隔内储能电站提供的调峰电量的乘积；

当储能电站提供的辅助服务为电网调频时，储能电站响应时间间隔内所能带来的调频收益包括容量收益和里程收益。其中，容量收益为单位电量调频补贴价格或市场出清价格或合同约定价格与该响应时间间隔内储能电站提供的向上或向下调频电量的乘积。

里程收益为单位里程调频补贴价格或市场出清价格或合同约定价格与响应时间间隔内储能电站提供的向上或向下调频里程的乘积。

当储能电站提供的辅助服务为电网容量备用时，备用收益为备用价格与备用服务提供量(备用电量)的乘积。

步骤l4，最后，以在响应时间间隔内储能电站响应辅助服务的运行成本为目标函数的第一决策变量，以辅助服务在响应时间间隔内带来的预期收益为目标函数的第二决策变量对目标函数进行求解，并将求解结果形成为配置文件。

对目标函数的求解过程具体为：

判断储能电站提供的各辅助服务中，作为第二决策变量的预期收益是否大于作为第一决策变量的运行成本，

若是，则将目标函数的求解结果置为“1”，表示储能电站可以在约束条件下提供该辅助服务，并将求解结果形成为配置文件。配置文件内容包括可提供的辅助服务的具体类型、响应辅助服务时储能电站的响应时间间隔、充放电次数、充放电量等储能电站在提供辅助服务时的动态运行状态；

若否，则将目标函数的求解结果置为“0”，表示储能电站无法提供用户确定的辅助服务。

具体而言，根据求解结果，当梳理出的预期收益大于储能电站运行成本的辅助服务只有一项时，以储能电站自身的功率容量为约束，储能电站仅提供该项辅助服务。如果提供该项辅助服务超出储能电站自身的功率容量，则拒绝提供该项辅助服务。具体的拒绝方式可以通过用户告警提示方式作出。

当梳理出的预期收益大于储能电站运行成本的辅助服务存在多项时，根据在响应时间间隔内储能电站为提供辅助服务的充放电状态将各辅助服务对应划分为充电服务组和放电服务组，然后以储能电站自身的功率容量为约束，评估满足约束条件下两组服务分别的收益总额。当充电服务组的收益总额大于放电服务组的收益总额时，建议储能电站提供充电服务组中的各项辅助服务。当充电服务组的收益总额小于放电服务组的收益总额时，建议储能电站提供放电服务组中的各项辅助服务。当充电服务组的收益总额等于放电服务组的收益总额时，建议储能电站择一提供充电服务组或放电服务组中的各项辅助服务。

本发明还提供了一种辅助服务的储能电站运营系统，可实现上述的储能电站运营方法，请参照图3，储能电站运营系统包括：

辅助服务类型查询指令输入模块1，用于通过可视化界面提供给用户输入辅助服务类型查询指令并输出；

辅助服务类型查询模块2，连接辅助服务类型查询指令输入模块1，用于根据接收到的辅助服务类型查询指令从一数据库中查询储能电站所能提供的辅助服务的类型，并将查询结果通过可视化界面展示给用户；

辅助服务确定模块3，连接辅助服务类型查询模块2，用于提供给用户在查询结果中确定储能电站所要提供的辅助服务；

约束条件设定模块4，用于提供给用户设定配置储能电站运行的约束条件；

目标函数设定模块5，连接辅助服务确定模块3，用于根据用户确定的储能电站所要提供的辅助服务设定配置储能电站所需的目标函数；

目标函数求解模块6，分别连接约束条件设定模块4和目标函数设定模块5，用于基于储能电站响应辅助服务的动态状态，并结合约束条件，对目标函数进行求解，得到响应辅助服务的配置文件；

配置文件执行模块7，连接目标函数求解模块6，用于提供给储能电站执行配置文件，以对辅助服务作出响应。

请参照图4，目标函数设定模块5中具体包括：

响应时间间隔设置单元51，用于根据用户确定的辅助服务的具体类型，自动后人为设置储能电站响应各辅助服务的响应时间间隔。关于响应时间间隔的具体设置方法在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

响应等效成本计算单元52，用于根据用户指令计算储能电站在当前t时刻响应辅助服务的等效成本ci(t)；关于等效成本ci(t)的计算方法在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

单位电量运行成本计算单元53，连接响应等效成本计算单元52，用于根据等效成本ci(t)，计算储能电站的单位电量运行成本；关于储能电站单位电量运行成本的计算方法在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

响应辅助服务运行成本计算单元54，分别连接单位电量运行成本计算单元53和响应时间间隔设置单元51，用于根据储能电站的单位电量运行成本，计算储能电站在响应时间间隔内提供辅助服务的运行成本；关于储能电站提供辅助服务的运行成本的计算方法在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

辅助服务预期收益计算单元55，连接响应时间间隔设置单元51，用于计算储能电站在响应时间间隔内提供各辅助服务所能带来的预期收益；关于储能电站提供辅助服务所能带来的预期收益的计算方法在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

目标函数设定单元56，分别连接响应辅助服务运行成本计算单元54和辅助服务预期收益计算单元55，用于以运行成本为目标函数的第一决策变量，以预期收益为目标函数的第二决策变量设定目标函数。

请参照图5，目标函数求解模块6中具体包括：

变量求解单元61，用于求解第一决策变量和第二决策变量；

变量值大小判断单元62，连接变量求解单元61，用于判断第二决策变量的变量值是否大于第一决策变量的变量值，

若是，则将目标函数的求解结果置为“1”，表示储能电站可提供用户确定的辅助服务；

若否，则将目标函数的求解结果置为“0”，表示储能电站无法提供用户确定的辅助服务；

配置文件形成单元63，连接变量值大小判断单元62，用于将求解结果形成为配置文件。

关于目标函数的具体求解过程及配置文件的形成过程在上述的储能电站运营方法中已经说明，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。