一种基于储能租赁的配电网两阶段调度方法

本发明涉及共享储能，具体涉及一种基于储能租赁的配电网两阶段调度方法。

背景技术：

1、在双碳背景下，可再生能源产业迎来了飞速发展。可再生能源在配电网中的渗透率不断提高的同时也带来了一系列的风险和挑战，使电力系统的稳定、可靠和高效运行面临较大的威胁。储能是实现双碳目标的重要支撑技术之一，作为电能的载体，在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面具有较大潜力。但是随着各产业装机规模的逐渐扩大，储能产业逐渐暴露出缺乏统筹规划、利用率低、商业模式单一、盈利水平受限等劣势，不利于市场的发展。所以应该在合理改善储能的运营方式的同时提高储能的利用率，进而促进可再生能源与储能产业的协调发展。

2、共享储能通过容量租赁的方法以提供更加灵活的新型储能供给。作为储能的一种创新形式，共享储能具有促进新能源消纳、运行调度灵活高效、安全质量可控、经济效益更显著的优势，在电力系统中具有广阔的发展前景，根据其投资运营模式可以分为用户共建共享和运营商投建共享两种。

3、目前针对共享储能的研究更多集中于用户侧，且更关注其运营模式和经济效益，而忽略了电网侧共享储能电站参与系统调度的潜力。在现有研究中，提出将用户侧的储能装置集中到云端，并用云端的虚拟容量代替实体储能进行共享；另有研究通过优化共享储能的配置以提高储能设备的利用率；还有研究将共享储能应用到多微电网并网系统中，验证了该模式在提高储能利用率和促进新能源消纳方面的有效性。

4、可再生能源体现出强季节性、不确定性和不可控性，在其大量入网时，给配电网保护、电能质量等带来一系列影响。为减小净负荷峰谷差、提高电能质量，传统的弃风弃光、线路升级改造等方法会导致可再生能源的利用率降低以及投资效益不理想的问题。引入共享储能后，配电网可以通过租赁储能对净负荷进行削峰填谷，从而解决传统方法存在的缺陷。但是如何在权衡租赁成本和电能质量关系的同时兼顾配电网各主体的利益成为了亟须解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于储能租赁的配电网两阶段调度方法，该方法可以在实现配电网多主体利益均衡的同时，有效提高储能的利用率和可再生能源的利用率，从而促进储能与新能源产业的协同发展。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于储能租赁的配电网两阶段调度方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：构建考虑储能运营商自营共享的主动配电网运营框架；

4、步骤s2：制定共享储能租赁机制；

5、步骤s3：构建整体优化调度框架；

6、步骤s4：构建第一阶段储能租赁容量优化模型；

7、步骤s5：构建第二阶段多主体协同优化调度模型；

8、步骤s6：求解第一阶段模型；

9、步骤s7：求解第二阶段模型。

10、进一步地，所述步骤s1的实现方法为：

11、构建考虑储能运营商自营共享的主动配电网运营框架，包括：主动配电网adn、负荷聚合商la和共享储能运营商sesa；

12、adn内含分布式光伏pv和负荷，旨在促进新能源就地消纳和负荷削峰填谷的同时实现运行成本最低；首先，adn优先消纳新能源发电以平衡负荷；其次，通过租赁共享储能的方式减小净负荷峰谷差，同时通过制定分时电价促进la进行需求响应，并激励sesa利用储能剩余容量响应调峰；最后，由adn向主网购电来满足剩余未平衡负荷；

13、la的运营目标是在保障用户用电的前提下进行需求侧响应并使收益最大化；通过聚合用户的电力需求形成一定规模的需求响应，并执行与adn签订的合同，即在负荷高峰期为adn提供负荷调节能力；

14、sesa的运营目标是配合adn减小净负荷峰谷差并使运营效益最大化；主要通过在配网侧建设集中式共享储能电站ses为adn提供租赁服务，由adn的租赁需求制定ses充放电策略，并根据分时电价利用储能剩余容量低储高放套利。

15、进一步地，所述步骤s2的实现方法为：

16、储能租赁采用混合计费方式，同时考虑储能租赁的能量容量、功率容量和充放电功率；能量容量、功率容量的计算方法分别如式(1)、(2)所示，二者从不同层面反映adn对储能的需求；由于储能寿命会因频繁充放电受损，从而增加运营成本，充放电功率按照流量形式收费以反映用户使用储能的频繁程度；

17、picap＝max(|pi,t|)，t＝1,...,24  (1)

18、

19、式中，和分别表示adn向第i个ses租赁的功率容量和能量容量；pi,t表示第i个储能t时刻的功率；smax,t、smin,t分别表示第i个储能一天内的最大荷电状态和最小荷电状态；t表示一天中的第t个小时；ω表示容量裕量系数。

20、进一步地，所述步骤s3的实现方法为：共享储能租赁和配电网多主体协同优化调度模型采用两阶段调度策略，以保证储能的高效利用并促进新能源的充分消纳。

21、进一步地，所述步骤s4的实现方法为：

22、在第一阶段，adn根据负荷、新能源出力预测以及租赁价格对租赁储能容量进行规划，并按需租赁共享储能以减小净负荷的峰谷差；考虑租赁储能带来的削峰填谷效果与租赁成本相互矛盾，因此构建adn净负荷方差最小和储能租赁成本最低的多目标优化模型；

23、目标一：adn净负荷方差最小；

24、

25、

26、式中，f1为adn租赁储能后的净负荷方差；npv、nses分别为pv和ses的个数；pl,t、ppv,i,t、pdis,i,t、pch,i,t和pave分别为adn在t时段的负荷功率、pv功率、ses放电功率、充电功率和等效负荷平均值，t表示一天中的小时数；

27、目标二：adn租赁储能费用最低；

28、

29、picap＝max(|pi,t|)，t＝1,...,24  (6)

30、

31、式中，f2为adn租赁储能后的租赁储能费用；α、β、γ分别为sesa的单位功率容量租赁价格、单位能量容量租赁价格和单位功率充放电成本；和分别表示adn向第i个ses租赁的功率容量和能量容量，ω表示容量裕量系数；

32、本阶段主要考虑系统运行约束，包括功率平衡约束、ses储能电量约束、ses充放电功率约束、pv出力约束、潮流等式约束和节点电压约束，分别如式(8)-(14)所示；

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、vi,min≤vi,t≤vi,max  (14)

40、式中pgrid,t为向主网购买的电量；ploss,t为adn网损；qgrid,t、qpv,i,t、ql,t分别为从主网获得的无功功率、pv发出的无功功率和adn所需的无功功率；at、bt为布尔变量；ηch、ηdis分别为ses的充、放电效率；st为t时段ses的储能电量；smax表示储能的容量；为pv最大有功功率；sinv为逆变器容量；n为配电网节点数；θ为pv最小功率因数对应的功率因数角；vi，t和vj，t分别为节点i、j的节点电压；gij和bij分别为节点i与j之间的电导和电纳；θij为节点i与j之间的相角差；vi，min和vi，max分别为节点电压最小值与最大值。

41、进一步地，所述步骤s5的实现方法为：

42、基于第一阶段得到的ses出力和租赁成本，以adn运行成本最低、la收益最大和sesa套利最多为目标构架配电网多主体协同优化调度模型；

43、目标一：adn运行总成本最低，包括购电费用cgrid，t、la补偿费用cla，t和储能租赁费用crent，t；

44、

45、式中，j1表示adn运行总成本，cgrid，t为t时段从主网购电的价格；cla为la补偿系数；pil，i，t为t时段可中断负荷响应功率；nil为可中断负荷数量；

46、目标二：la运行收益最大；

47、

48、式中，j2表示可中断负荷的运行收益；

49、目标三：sesa套利最大，包括套利收入cin和运行成本ccost；

50、

51、式中，j3表示sesa套利收益；σ为ses单位充放电功率运维成本；p′dis，i，t、p′ch，i，t分别为套利阶段的放电、充电功率；

52、本阶段主要考虑有功功率平衡约束、ses套利功率约束、la运行约束、无功功率约束、潮流约束和节点电压约束，其中无功功率约束、潮流约束和节点电压约束同第一阶段，其余分别如式(18)-(22)所示；

53、

54、pses,i,t＝pdis,i,t-pch,i,t+p'dis,i,t-p'ch,i,t  (19)

55、

56、

57、

58、式中，npv表示pv个数；nla表示la个数；pses,i,t为第i个ses在t时段的总功率；at、bt来自第一阶段；δst表示套利时ses储能电量的变化量；ζ为可中断系数；为用户i在t时段的最大功率；til,i为用户i中断的持续时间，为用户i允许中断的持续时间上限；til,i为用户i一天的中断次数，为用户i一天允许中断的次数上限；ni为用户i允许两次负荷中断的最小时间间隔；vil,i,t为布尔变量，表示用户i在t时刻的中断状态，1表示负荷中断。

59、进一步地，所述步骤s6的实现方法为：由于第一阶段的两个目标函数具有矛盾性，因此采用带有精英保留策略的快速非支配排序遗传算法求解第一阶段模型。

60、进一步地，所述步骤s7的实现方法为：考虑到adn、la和sesa的利益诉求不同，其目标函数无法同时达到最优，且优化目标个数多，因此基于第一阶段得到的ses出力和租赁成本，采用基于参考点机制维持高维目标下种群多样性的nsga-iii算法求解第二阶段模型。

61、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于储能租赁的配电网两阶段调度方法，该方法通过多目标优化，兼顾了adn、sesa及la的利益诉求，实现了配电网多主体的利益均衡。同时，储能自营共享模式明确了sesa的盈利模式，在减少储能的闲置容量、有效提高储能利用率的同时提高可再生能源的利用率，从而促进了储能与新能源产业的协同发展。