一种含光伏配电网的储能容量配置方法与系统与流程

1.本技术涉及能量调配技术领域，尤其涉及一种含光伏配电网的储能容量配置方法与系统。


背景技术：

2.配电网与用户的联系最为紧密，对用户的影响最大，是电力系统直接面对用户的关键环节。自上世纪90年代末以来，我国逐年加大对配电网络基础设施建设的投资，截止目前已超过万亿元投入配电系统的建设和改造。但是与世界先进水平相比，我国的配电网络在电网结构，信息和自动化水平，供电可靠性以及技术管理等方面仍有很大的改进空间。因此，为了增加可再生能源发电的比例，确保供电质量，提高配电系统运行的灵活性和可靠性，国家和社会的多方资本都将参与配电系统的升级和改造。
3.储能技术是一种实现能量存储的技术，将能量从一种形式转换成可储存形式并储存在各种介质中，然后在需要时将储存的能量转换回电能的过程。按照储能系统能量存储和释放的外部特征可将储能划分为功率型储能和能量型储能。功率型储能以飞轮储能为代表，适合应用于补偿短时间尺度功率波动的场景，具有充电放电速率快、使用寿命长等特点；能量型储能以抽水储能为代表，适合应用于补偿长时间尺度功率波动的场景，具有容量大、相比功率型储能响应速度慢等特点。
4.目前，储能系统存在装置运行寿命较短并且造价较高的问题，其大规模应用受到了较大的阻碍，其配置规划问题也成为了当今研究热点。常用的储能系统容量配置和优化方法主要有差额补偿法、波动平抑法、经济特性优化法三种类型。
5.差额补偿法从保证连续供电的角度出发，通过使用储能来平衡发电机组发电功率与用电负荷功耗之间的不平衡从而确定储能的配置容量，其补偿了风电场或光伏发电的实际输出与给定功率水平(例如负载，预测或调度计划)之间的差额，但未考虑实际运行过程中容量和功率的动态变化，因此其配置容量的精确性有所欠缺。
6.但已有相关研究针对储能系统容量规划时少有考虑其安装位置对其容量的影响，以及在考虑系统运行的同时对储能寿命进行定量评估和测算，其规划结果很难兼顾储能运行状态对使用寿命的影响，从而降低了储能的经济性。此外，网络损耗和电压波动也会影响到储能的安装节点和配置容量，而多个分布式储能协调运行可以在保证配电网安全运行的同时，减少不必要的储能安装容量。因此，本文面向未来分布式电源主导的配电网，开展了计及储能安装位置与配置容量耦合关系以及储能系统全寿命周期成本的优化配置方法研究，具有重要的意义。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种含光伏配电网的储能容量配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.s1、确定光伏储能目标函数；
9.s2、将储能系统接入配电系统，计算充电放电功率约束；
10.s3、计算节点灵敏度系数，按照节点灵敏度，将所有节点划分为不同的区块；
11.s4、将每个时间段的储能能量进行叠加，得到每个区块的储能能量容量；
12.s5、构建配置容量的确认关系，确定每个区块的配置容量；
13.s6、选取区块中最大配置容量作为储能系统配置容量。
14.进一步地，步骤s1中，设置光伏储能目标函数为：
15.f＝min(λ1c
1-λ2c2+λ3s)
ꢀꢀ
(1)；
16.其中，
17.式中，c1为储能系统能量损耗，c2为储能系统能量收入，s为能量偏差，λ1、λ2和λ3分别为储能系统能量损耗、储能系统储能收入和能量偏差的权重系数；n
ac
和n
dc
分别为交流子系统和直流子系统节点数；pi(t)和qi(t)分别为t时刻节点i的有功出力功率值和无功出力功率值。
18.进一步地，步骤s2中，设定储能系统向电网输出功率为正方向，充电放电功率约束如式(3)、(4)和(5)所示：
[0019][0020]-p
max，i
≤pi(t)≤p
max，i
ꢀꢀ
(4)；
[0021]-q
max，i
≤qi(t)≤q
max，i
ꢀꢀ
(5)；
[0022]
式中，pi(t)为第i个节点在t时刻的有功出力功率值，当储能放电时为正，充电时为负；qi(t)为第i个节点在t时刻的无功出力功率值；s
ei
、p
max，i
和q
max，i
分别为储能系统换流器的接入功率容量、有功功率和无功功率上限。
[0023]
进一步地，步骤s3中，定义任一节点的灵敏度系数n为：
[0024][0025]
上式中，α和β为灵敏度系数权重，满足α+β＝1。pi(δt)为第i个节点在δt时间内的有功出力功率变化量；qi(δt)为第i个节点在δt时间内的无功出力功率变化量；si(δt)为第i个节点在δt时间内的能量偏差量，si(δt)可表示为：
[0026][0027]
进一步地，步骤s4中，按照公式(8)计算每个区块的储能能量容量f；
[0028][0029]
其中，f
t
为储能能量初始容量，其中，t＝1，2，
…
，t。
[0030]
进一步地，步骤s5中，配置容量的约束关系为：
[0031]
min(α1·smax
+α2·
f)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；
[0032]
其中，α1、α2为权重参数，f为储能能量容量，s
max
为储能功率最大容量，为储能功率最大容量，
[0033]
本发明还提出了一种含光伏配电网的储能容量配置系统，用于实现储能容量配置方法，包括：
[0034]
目标函数确定模块，用于确定光伏储能目标函数；
[0035]
约束模块，用于将储能系统接入配电系统后，计算充电放电功率约束；
[0036]
节点灵敏度系数计算模块，用于计算各个节点的灵敏度系数，并按照节点灵敏度，将所有节点划分为不同的区块；
[0037]
区块的储能能量容量，用于将每个时间段的储能能量进行叠加，得到每个区块的储能能量容量；
[0038]
区域容量配置模块，用于构建配置容量的确认关系，确定每个区块的配置容量；
[0039]
储能系统容量配置模块，用于选取区块中最大配置容量作为储能系统配置容量。
[0040]
进一步地，所述储能容量配置系统还包括储能容量双层优化系统，外层系统用于解决上述的储能容量配置方法，内层系统用于解决在规划储能容量下的系统运行情况。
[0041]
相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：
[0042]
根据储能的运行策略，在保证储能系统运行在最佳运行状态的条件下尽可能将能量趋近或保持在节点能量幅值优化区段内，设置光伏储能目标函数，将储能系统运行过程的充电放电过程分为多个区段，将每个区段的储能能量对时间进行叠加，计算每个区段的储能能量容量；构建配置容量的约束关系，求解每个区段的符合约束公式的配置容量。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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他的附图。
[0044]
图1为本发明的含光伏配电网的储能容量配置方法的流程图；
[0045]
图2为本发明的含光伏配电网的储能容量配置系统结构示意图。
具体实施方式
[0046]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0047]
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
[0048]
储能技术是一种实现能量存储的技术，将能量从一种形式转换成可储存形式并储存在各种介质中，然后在需要时将储存的能量转换回电能的过程。
[0049]
按照储能系统能量存储和释放的外部特征可将储能划分为功率型储能和能量型储能。功能以飞轮储能为代表，适合应用于补偿短时间尺度功率波动的场景，具有充放电速率快、使用寿命长等特点；能量型储能以抽水储能为代表，适合应用于补偿长时间尺度功率波动的场景，具有容量大、相比功率型储能响应速度慢等特点。
[0050]
目前，储能系统存在装置运行寿命较短并且造价较高的问题，其大规模应用受到了较大的阻碍，其配置规划问题也成为了研究热点。常用的储能系统容量配置和优化方法主要有差额补偿法、波动平抑法、经济特性优化法三种类型。而本发明提出了一种含光伏配电网的储能容量配置方法的流程图，如图1所示，包括如下步骤：
[0051]
s1、确定光伏储能目标函数。
[0052]
根据储能的运行策略，在保证储能系统运行在最佳运行状态的条件下尽可能将能量趋近或保持在节点能量幅值优化区段内，设置光伏储能目标函数为：
[0053]
f＝min(λ1c
1-λ2c2+λ3s)
ꢀꢀ
(1)；
[0054]
其中，
[0055]
式中，c1为储能系统能量损耗，c2为储能系统能量收入，s为能量偏差，λ1、λ2和λ3分别为储能系统能量损耗、储能系统储能收入和能量偏差的权重系数；na。和n
dc
分别为交流子系统和直流子系统节点数；pi(t)和qi(t)分别为t时刻节点i的有功出力功率值和无功出力功率值。
[0056]
s2、将储能系统接入配电系统，计算充电放电功率约束。
[0057]
当储能系统与配电系统连接时，储能系统通过双向ac-dc换流器与配电系统连接，ac-dc换流器可通过吸收或发出一定的有功出力功率和无功出力功率支撑配电系统。
[0058]
本发明设定储能系统向配电系统输出功率为正方向，即做电源运行时输出功率为正方向，综合考虑其有功和无功特性，充电放电功率约束如式(3)、(4)和(5)所示：
[0059][0060]-p
max，i
≤pi(t)≤p
max，i
ꢀꢀ
(4)；
[0061]-q
max，i
≤qi(t)≤q
max，i
ꢀꢀ
(5)；
[0062]
式中，pi(t)为第i个节点在t时刻的有功出力功率值，当储能放电时为正，充电时为负；qi(t)为第i个节点在t时刻的无功出力功率值；s
ei
、p
max，i
和q
max，i
分别为储能系统换流器的接入功率容量、有功功率和无功功率上限。
[0063]
s3、计算节点灵敏度系数，按照节点灵敏度，将所有节点划分为不同的区块。定义任一节点的灵敏度系数n为：
[0064][0065]
上式中，α和β为灵敏度系数权重，满足α+β＝1。pi(δt)为第i个节点在δt时间内的有功出力功率变化量；qi(δt)为第i个节点在δt时间内的无功出力功率变化量；si(δt)为第i个节点在δt时间内的能量偏差量，si(δt)可表示为：
[0066][0067]
s4、将每个时间段的储能能量进行叠加，得到如公式(8)所示的每个区块的储能能量容量f；
[0068][0069]
其中，f
t
为储能能量初始容量，其中，t＝1，2，
…
，t。
[0070]
s5、构建如式(9)所示的配置容量的确认关系，确定每个区块的配置容量。
[0071]
min(γ1·smax
+γ2·
f)
ꢀꢀ
(9)；
[0072]
其中，γ1、γ2为权重参数，f为储能能量容量，s
max
为储能功率最大容量，即最大充放电功率，
[0073]
s6、选取区块中最大配置容量作为储能系统配置容量。
[0074]
如图2所示，本发明还提出了一种含光伏配电网的储能容量配置系统，包括：
[0075]
目标函数确定模块，用于确定光伏储能目标函数。根据储能的运行策略，在保证储能系统运行在最佳运行状态的条件下尽可能将能量趋近或保持在节点能量幅值优化区段内，交流子系统和直流子系统节点数分别为n
ac
和n
dc
；t时刻节点i的有功出力功率值和无功出力功率值分别为pi(t)和qi(t)。
[0076]
约束模块，用于将储能系统接入配电系统后，计算充电放电功率约束。
[0077]
节点灵敏度系数计算模块，用于计算各个节点的灵敏度系数，并按照节点灵敏度，将所有节点划分为不同的区块。
[0078]
区块的储能能量容量，用于将每个时间段的储能能量进行叠加，得到每个区块的储能能量容量。
[0079]
当储能系统与配电系统连接时，储能系统通过双向ac-dc换流器与配电系统连接，ac-dc换流器可通过吸收或发出一定的有功出力功率和无功出力功率支撑配电系统。
[0080]
本发明的配电系统相比于传统交流配电系统，是交直流混合配电系统，可以更加合理地分配网络中的负荷，将交流分布式电源与负荷接入交直流混合配电系统的交流子系统节点，直流分布式电源与负荷接入交直流混合配电网的直流子系统节点，减少了不必要的电力转换装置投资的同时，降低了系统损耗和谐波含量，从而提升了系统的运行经济性和电能质量。
[0081]
区域容量配置模块，用于构建配置容量的确认关系，确定每个区块的配置容量。
[0082]
储能系统容量配置模块，用于选取区块中最大配置容量作为储能系统配置容量。
[0083]
在优选实施例中，本发明的含光伏配电网的储能容量配置系统还建立了储能容量双层优化系统，外层系统用于解决上述的储能容量配置方法，内层系统用于解决在规划储能容量下的系统运行情况。
[0084]
外层优化模型传递储能容量、额定功率及soc初始值到内层优化模型；内层优化模型在外层给定的储能参数下进行交直流混合配电网的运行优化，获得储能及vsc的运行功率和系统网损成本及储能能量收入，然后返回到外层优化模型，并通过内外两层优化交替求解。
[0085]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0086]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。