一种基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法与流程

1.本发明涉及系统日前调度成本评估技术领域，特别是一种基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法。


背景技术：

2.为实现“碳达峰”“碳中和”双碳目标，可再生能源将大规模接入电力系统，成为电力供应的重要来源。但可再生能源的随机性和间歇性导致电力系统功率平衡概率化、系统频率波动显著，可再生能源的反调峰特性也将加剧系统净负荷峰谷差，严重威胁系统运行可靠性。储能可吸收可再生能源的过剩出力，并在负荷高峰时期放电，通过对可再生能源出力的时移，来提高可再生能源利用率，从而改善系统运行状态。得益于上述优势，储能已经成为含高比例可再生能源电力系统的重要调节资源，在电力系统运行中合理配置储能装机容量，是充分发挥储能调节灵活性的关键。
3.目前，已有许多学者探索了储能在电力系统运行中的作用，但侧重于研究储能充放电行为对系统运行的影响，忽略了储能装机容量对其充放电行为的约束，未能全面反映储能参与电力系统调度的边际效用，难以准确评估储能对电力系统日前经济调度成本的影响。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有的基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法，其包括，构建电力系统日前经济调度的拉格朗日函数模型；基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型；建立边际效用计算模型；通过所述边际效用计算模型评估储能装机容量单位变化对系统日前调度成本的影响。
8.作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：构建所述拉格朗日函数模型包括如下步骤，构建基于传统发电机组、可再生能源机组和储能成本的电力系统日前调度成本函数；建立基于kkt条件的系统运行约束条件；最终建立电力系统日前经济调度的拉格朗日函数。
9.作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：所述电力系统日前调度成本函数为，
[0010][0011]
式中，c为电力系统日前经济调度成本；t为日前经济调度的周期；δt为调度时间间隔；ωm和ωn分别为电力系统传统发电机组集合和可再生能源机组集合；am、bm、cm分别为第m个传统发电机组二次多项式型发电成本函数的二次项系数、一次项系数和常数项；cr为可再生能源机组弃用发电功率的惩罚系数；cr为储能的边际老化成本；为t时刻第m个传统发电机组的出力；和分别为t时刻第n个可再生能源机组的最大出力和实际出力；和分别代表t时刻储能放电功率和充电功率。
[0012]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：所述系统运行约束包括电力系统供需平衡约束、传统发电机组运行约束、可再生能源机组运行约束和储能运行约束。
[0013]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：所述拉格朗日函数模型为，
[0014][0015]
式中，l为电力系统日前经济调度的拉格朗日函数。
[0016]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型包括，在日前最优经济调度方案的基础上，将所述拉格朗日函数对t时刻负荷功率求偏导，然后基于系统供需平衡约束，推导获得t时刻的电力系统边际电价模型。
[0017]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：建立边际效用计算模型包括，根据边际电价模型推导获得储能充电功率上限约束、放电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型；然后构建储能参与电力系统调度的边际效用计算模型。
[0018]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：所述拉格朗日乘子计算模型为，
[0019]
[0020]
式中，为储能充电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型；
[0021][0022]
式中，为放电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型。
[0023]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：构建所述边际效用计算模型时，将当做减少t时刻储能最大充电功率所导致的系统日前调度成本边际机会损失，将当做减少t时刻储能最大放电功率所导致的系统日前调度成本边际机会损失。
[0024]
作为本发明所述基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的一种优选方案，其中：所述边际效用计算模型为，
[0025][0026]
式中，δe为储能参与电力系统调度的边际效用。
[0027]
本发明有益效果为：通过构建电力系统日前经济调度的拉格朗日函数模型，然后基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型，根据边际电价和储能充电功率上限约束和放电功率上限约束的拉格朗日乘子间的耦合关系，构建储能参与电力系统调度的边际效用计算模型，能够反映储能装机容量变化对系统日前经济调度成本的影响作用，为电力系统储能配置规划方案的设计和调整提供依据。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0029]
图1为基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的流程图。
[0030]
图2为基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法的储能不同装机容量下的边际效用示意图。
具体实施方式
[0031]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0032]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方
式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0034]
实施例1
[0035]
参照图1和图2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法，基于电力系统调度成本的储能边际效用评估方法包括如下步骤：
[0036]
s1、构建电力系统日前经济调度的拉格朗日函数模型。
[0037]
s2、基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型。
[0038]
s3、建立边际效用计算模型。
[0039]
s4、通过所述边际效用计算模型评估储能装机容量单位变化对系统日前调度成本的影响。
[0040]
具体的，在步骤s1中，拉格朗日函数模型的构建需要考虑传统发电机组、可再生能源机组和储能成本的电力系统日前调度成本函数，然后建立基于kkt条件的系统运行约束条件，最终建立电力系统日前经济调度的拉格朗日函数。而电力系统日前调度成本函数为：
[0041][0042]
式中，c为电力系统日前经济调度成本；t为日前经济调度的周期；δt为调度时间间隔；ωm和ωn分别为电力系统传统发电机组集合和可再生能源机组集合；am、bm、cm分别为第m个传统发电机组二次多项式型发电成本函数的二次项系数、一次项系数和常数项；cr为可再生能源机组弃用发电功率的惩罚系数；cr为储能的边际老化成本；为t时刻第m个传统发电机组的出力；和分别为t时刻第n个可再生能源机组的最大出力和实际出力；和分别代表t时刻储能放电功率和充电功率。
[0043]
在本实施例中，周期t为24小时；调度时间间隔δt为1小时，并且在本实施例中存在2个传统发电机组，惩罚系数cr取值为100$/mwh，在本实施例中选择风电场和光伏电站作为2个可再生能源机组，并选择belgium风电场和光伏电站在某一日的日发电功率曲线作为2个可再生能源机组的最大出力。
[0044]
系统运行约束包括电力系统供需平衡约束、传统发电机组运行约束、可再生能源机组运行约束和储能运行约束。具体如下：
[0045]
电力系统供需平衡约束为：
[0046][0047]
其中，λ(t)为t时刻系统供需平衡约束的拉格朗日乘子；p
l
(t)代表t时刻的系统负荷功率，选择ieee trs-24系统的夏季工作日典型负荷曲线作为本实施例中的系统负荷功率；pg(t)和pr(t)分别为t时刻传统发电机组的出力向量、可再生能源机组的实际出力向量；1
t
代表单位向量。
[0048]
传统发电机组安全约束为：
[0049][0050]
其中，和分别为t时刻传统发电机组m出力上限约束和下限约束的拉格朗日乘子；和分别为t时刻传统发电机组m爬坡速度上限约束和下限约束的拉格朗日乘子；为传统发电机组m的最大出力；和分别为传统发电机组的最大允许爬坡速度和最小允许爬坡速度。
[0051]
特别地，本实施例中2个传统发电机组的相关参数如表1所示。
[0052]
表1传统发电机组的相关参数
[0053][0054]
可再生能源机组运行约束为：
[0055][0056]
其中，和分别为t时刻可再生能源机组n实际出力上限约束和下限约束的拉格朗日乘子。
[0057]
储能运行约束为：
[0058]
[0059]
其中，和分别为t时刻储能的最大允许充电功率和最大允许放电功率；η
cha
和η
dis
分别为储能的充电效率和放电效率，在本实施例中取值均为0.95；和s分别为储能的最大和最小允许荷电状态，在本实施例中分别为0.2和0.8；为储能装机容量，在本实施例中为570mwh；和υ
cha
(t)分别为t时刻储能充电功率上限约束和下限约束的拉格朗日乘子；和υ
dis
(t)分别为t时刻储能放电功率上限约束和下限约束的拉格朗日乘子。
[0060]
特别地，根据电力系统日前调度成本函数和基于kkt条件的系统运行约束条件，推导获得电力系统日前经济调度的拉格朗日函数模型，具体为：
[0061][0062]
其中，l为电力系统日前经济调度的拉格朗日函数。
[0063]
进一步的，在步骤s2中，基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型包括在日前最优经济调度方案的基础上，将所构建的电力系统日前经济调度的拉格朗日函数在对t时刻负荷功率求偏导，然后基于系统供需平衡约束，推导获得t时刻的电力系统边际电价模型。
[0064]
根据电力系统边际电价的定义，将所构建的电力系统日前经济调度的拉格朗日函数对t时刻负荷功率求偏导，具体为：
[0065][0066]
式中，l
*
(p
l
(t))为日前最优经济调度方案对应的电力系统日前经济调度拉格朗日函数；λ(t)为t时刻的电力系统边际电价。
[0067]
特别地，考虑本实施例中系统的供需平衡约束，为：
[0068][0069]
最终推导获得t时刻的电力系统边际电价模型，具体为：
[0070][0071]
其中，为电力系统日前最优经济调度方案中的t时刻传统放电机组m最优出力；和分别为传统发电机组m、可再生能源机组n、储能放电功率和储能充电功率对满足t时刻负荷功率需求的贡献。
[0072]
在步骤s3中，建立边际效用计算模型包括根据边际电价模型推导获得储能充电功率上限约束、放电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型，然后构建储能参与电力系统调度的边际效用计算模型。
[0073]
特别地，根据边际电价模型推导获得储能充电功率上限约束、放电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型，具体为：
[0074][0075]
式中，为储能充电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型；
[0076][0077]
式中，为放电功率上限约束的拉格朗日乘子计算模型。
[0078]
其中，可通过增加一个单位的t时刻负荷功率，以由此导致的电力系统日前调度成本变化量最小为目标，计算传统发电机组m、可再生能源机组n、储能充电功率和储能放电功率关于负荷功率的变化率，分别作为率关于负荷功率的变化率，分别作为和的取值。
[0079]
特别地，构建储能参与电力系统调度的边际效用计算模型，具体为构建所述边际效用计算模型时，将当做减少t时刻储能最大充电功率所导致的系统日前调度成本边际机会损失，将当做减少t时刻储能最大放电功率所导致的系统日前调度成本边际机会损失。而推导获得储能参与电力系统调度的边际效用计算模型，就能够作为储能装机容量单位变化对系统日前调度成本的影响。边际效用计算模型具体为：
[0080]
[0081]
其中，δe为储能参与电力系统调度的边际效用；本实施例中储能参与电力系统调度的边际作用计算结果为165＄/mwh，代表在当储能装机容量为570mwh时，每减少(增加)1mwh装机容量将增加(减少)165＄的系统日前经济调度成本。
[0082]
特别地，本实施例对比了储能不同装机容量下的边际效用，如表2和图2所示。可见随着储能装机容量的提高，其边际效用呈现下降趋势，这说明需要合理配置储能的装机容量，避免边际效用低于储能配置成本从而导致系统经济性下降的情况出现。
[0083]
表2储能不同装机容量下的边际效用
[0084]
储能装机容量边际效用δe储能装机容量边际效用δe285mwh225.8＄/mwh1710mwh75.93＄/mwh570mwh165.1＄/mwh1995mwh66.5＄/mwh855mwh134.8＄/mwh2280mwh57.05＄/mwh1140mwh106.6＄/mwh2565mwh56.74＄/mwh1425mwh85.57＄/mwh2850mwh57.13＄/mwh
[0085]
以上所描述的一种储能参与电力系统调度的边际效用计算方法，其有益效果是：通过构建电力系统日前经济调度的拉格朗日函数模型，然后基于拉格朗日函数生成电力系统边际电价模型，根据边际电价和储能充电功率上限约束和放电功率上限约束的拉格朗日乘子间的耦合关系，构建储能参与电力系统调度的边际效用计算模型，能够反映储能装机容量变化对系统日前经济调度成本的影响作用，为电力系统储能配置规划方案的设计和调整提供依据。
[0086]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。