光储充一体站容量优化配置方法与流程

本发明涉及一种光储充一体站容量优化配置方法。

背景技术：

1、 目前，电动汽车的动力实际上还依赖于传统煤炭能源的转化(约75% - 80%)，并没有从根本上减少碳排放。在这样的情况下，近年来国家大力推进新能源发电的发展，直接建立与再生能源发电系统链接的充电设备，实现再生能源的本地化消费已成趋势。因此，合理配置一定容量的光伏和储能配合充电站不仅可以降低充电站的功率购买成本和自用，获得更大的经济效益，还能抑制充电负荷的随机性，促进就近消费可再生能源发电和低碳电动汽车的发展。然而储能成本高昂，如何合理分配光储充一体化充电站的光存储容量是亟待解决的技术问题。目前储能容量分配的研究主要分为以下两个方面。

2、第一类是储能设备平滑负载波动的容量配置。一种是针对配置大规模集中式光伏电站的分布式光伏配电系统进行储能系统容量精确分配的分级方法:通过分析光伏发电量短期预测误差和负荷短期预测误差的概率统计规律和随机过程，利用区间估计法推导出储能容量分配函数。另一种采用集中太阳能发电的储能方法。该方法旨在提高光伏输出的稳定性，并考虑各种天气条件的影响，采用统计方法确定能量容量。

3、第二类是基于经济目的的储能容量分配。有国内学者考虑了能源成本、资金成本等经济指标，使用熵权和相似排序偏好技术来评估最优容量配置。几位英国学者提出了以储能系统建设和运行成本最小、光伏和风电消耗最大为目标的优化配置方法。也有国内学者以系统可靠性和经济性为目标，提出了两种基于约束条件的迭代搜索算法来确定储能系统的最优容量。

4、综上所述，虽然近年来关于光储充一体站的研究较多，但都没有考虑到光伏出力及电动汽车充电负荷功率的随机性，缺少基于机会约束针对光伏出力和充电站负荷精确建模的问题模型。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于提供一种光储充一体站容量优化配置方法，能够充分考虑光伏出力及电动汽车充电负荷功率的随机性，实现光储充一体站容量的优化配置。

2、实现本发明目的的技术方案：

3、一种光储充一体站容量优化配置方法，以建设运营综合成本最小为目标对光储充一体站容量优化配置，获得光储充一体站的储能系统容量，约束条件包括基于机会约束的功率平衡约束，所述机会约束考虑光伏出力和充电负荷预测的偏差因子。

4、进一步地，对光储充一体站容量优化配置的目标函数如下：

5、，

6、式中：为目标函数；，分别为光伏发电系统和储能系统的建设维护成本；为充电站从上级电网购电的成本；和分别为光伏发电系统和储能系统的维护成本系数；，，分别为光伏发电系统额定功率、储能系统容量及充放电额定功率的单位成本；，分别为光伏出力额定功率及储能充放电额定功率；为储能系统额定容量；为设备折旧率；，分别为光伏及储能系统的使用年限；为充电站向上级电网购电的功率；为充电站向上级电网售电的功率； q为分时电价。

7、进一步地，基于机会约束的功率平衡约束具体如下公式所示，

8、，

9、式中，，分别为光伏出力和充电负荷预测的误差系数；，分别为储能系统在 t时刻的充、放电功率； 为电动汽车充电功率；为一较小的常数；为公式成立的置信水平，为充电站向上级电网购电的功率，为光伏出力额定功率,pr为该机会约束的概率函数。

10、进一步地，约束条件包括光伏发电系统额定功率、储能系统容量约束，具体如下公式所示，

11、，

12、，

13、式中，，分别为光伏发电系统额定功率及储能系统容量上限。

14、进一步地，约束条件包括各时刻储能系统容量约束，具体如下公式所示，

15、。

16、进一步地，约束条件包括各时刻储能系统功率约束，具体如下公式所示，

17、。

18、进一步地，约束条件包括充电站运行约束，具体如下公式所示，

19、，

20、。

21、进一步地，基于上述方法获得的光储充一体站容量优化配置结果，根据安全合理性、经济合理性和环保合理性3个一级指标对配电网进行接纳能力评估；所述经济合理性一级指标下设绿证收益、网损率、配电网运行成本、配电网投资购置成本4个二级指标，所述环保合理性一级指标下设分布式电源渗透率、分布式电源最大剩余发用电比、节约煤炭量3个二级指标。

22、进一步地，基于安全合理性、经济合理性和环保合理性3个一级指标，利用pareto前沿面法计算得到多目标优化结果，得到配电网相对较优的解的集合;针对所述配电网相对较优的解的集合，通过综合评价获得配电网的最优解。

23、进一步地，通过综合评价获得配电网的最优解执行以下步骤：

24、步骤1：采用层次分析法计算各指标层的主观权重值，根据专家经验及标度原则选择各指标层的判断矩阵，求取各指标层权重的主观赋值；所述指标层由所述一级指标下设的二级指标组成，包括安全合理性指标层、经济合理性指标层和环保合理性指标层；

25、步骤2：采用熵权修正层次分析法计算主客观综合权重值，对判断矩阵进行归一化处理得标准矩阵，进而用熵权法求出有修正作用的熵权矩阵；用熵权矩阵与主观权重相乘得到客观权重；再用客观权重与主观权重相乘得综合权重；

26、步骤3：模糊评分，针对具体的充电站接入方案计算各指标值，按计算值对应区间求取各指标的隶属度，进而得到模糊评分矩阵；

27、步骤4：按下式计算综合评分，评分最高的解为最优解，

28、，

29、式中， f为使用熵权法修正的层次分析法结合模糊评分法对配电网接纳电动汽车充电的能力进行计算，所得出的综合评分； p1为安全合理性指标层综合权重矩阵； m1为环保合理性模糊评分矩阵； p2为经济合理性指标层综合权重矩阵； m2为安全合理性模糊评分矩阵； p3为环保合理性指标层综合权重矩阵； m3为运行经济合理性模糊评分矩阵。

30、本发明具有的有益效果：

31、本发明以建设运营综合成本最小为目标对光储充一体站容量优化配置，约束条件包括基于机会约束的功率平衡约束，所述机会约束考虑光伏出力和充电负荷预测的偏差因子。本发明考虑到光伏出力及电动汽车充电负荷功率的随机性，提出了以建设运营综合成本最小为目标建立电动汽车充光储一体化充电站容量配置模型，并考虑光伏出力和充电负荷预测的偏差因子的基于机会约束的功率平衡约束，将光伏出力和充电负荷预测的不确定性考虑进优化配置问题，有效提高光储充一体站容量的优化配置效果，有效节约成本。

32、本发明对光储充一体站容量优化配置的目标函数如下：

33、，

34、式中：为目标函数；，分别为光伏发电系统和储能系统的建设维护成本；为充电站从上级电网购电的成本；和分别为光伏发电系统和储能系统的维护成本系数；，，分别为光伏发电系统额定功率、储能系统容量及充放电额定功率的单位成本；，分别为光伏出力额定功率及储能充放电额定功率；为储能系统额定容量；为设备折旧率；，分别为光伏及储能系统的使用年限；为充电站向上级电网购电的功率；为充电站向上级电网售电的功率； q为分时电价。

35、基于机会约束的功率平衡约束具体如下公式所示，

36、，

37、式中，，分别为光伏出力和充电负荷预测的误差系数；，分别为储能系统在 t时刻的充、放电功率； 为电动汽车充电功率；为一较小的常数；为公式成立的置信水平，为充电站向上级电网购电的功率，为光伏出力额定功率,pr为该机会约束的概率函数。

38、本发明通过上述目标函数和基于机会约束的功率平衡约束公式进一步保证提高光储充一体站容量的优化配置效果，有效节约成本。

39、本发明基于光储充一体站容量优化配置结果，根据安全合理性、经济合理性和环保合理性3个一级指标对配电网进行接纳能力评估；所述经济合理性一级指标下设绿证收益、网损率、配电网运行成本、配电网投资购置成本4个二级指标，所述环保合理性一级指标下设分布式电源渗透率、分布式电源最大剩余发用电比、节约煤炭量3个二级指标。现有配电网接纳能力评估没有综合考虑光伏接入影响、经济合理性和环保合理性，本发明配电网接纳能力评估综合考虑光伏接入影响、安全合理性、经济合理性和环保合理性，能够保证通过综合评价获得配电网的最优解。

40、本发明基于安全合理性、经济合理性和环保合理性3个一级指标，利用pareto前沿面法计算得到多目标优化结果，得到配电网相对较优的解的集合;针对所述配电网相对较优的解的集合，通过综合评价获得配电网的最优解。

41、通过综合评价获得配电网的最优解执行以下步骤：

42、步骤1：采用层次分析法计算各指标层的主观权重值，根据专家经验及标度原则选择各指标层的判断矩阵，求取各指标层权重的主观赋值；所述指标层由所述一级指标下设的二级指标组成，包括安全合理性指标层、经济合理性指标层和环保合理性指标层；

43、步骤2：采用熵权修正层次分析法计算主客观综合权重值，对判断矩阵进行归一化处理得标准矩阵，进而用熵权法求出有修正作用的熵权矩阵；用熵权矩阵与主观权重相乘得到客观权重；再用客观权重与主观权重相乘得综合权重；

44、步骤3：模糊评分，针对具体的充电站接入方案计算各指标值，按计算值对应区间求取各指标的隶属度，进而得到模糊评分矩阵；

45、步骤4：按下式计算综合评分，评分最高的解为最优解，

46、，

47、式中， f为使用熵权法修正的层次分析法结合模糊评分法对配电网接纳电动汽车充电的能力进行计算，所得出的综合评分； p1为安全合理性指标层综合权重矩阵； m1为环保合理性模糊评分矩阵； p2为经济合理性指标层综合权重矩阵； m2为安全合理性模糊评分矩阵； p3为环保合理性指标层综合权重矩阵； m3为运行经济合理性模糊评分矩阵。

48、本发明通过上述综合评价获得配电网的最优解具体方法步骤，保证通过综合评价获得配电网最优解的快捷性和可靠性。