电力市场下独立储能电站电能量-调频最优容量分配方法与流程

本发明涉及储能电站管理领域，尤其涉及一种电力市场下独立储能电站电能量-调频最优容量分配方法。

背景技术：

1、由于新能源具有随机性、波动性、间歇性特点，导致系统调节资源需求大，系统大范围和长周期电力电量平衡难度显著加大，对电网安全构成严重威胁。储能作为电网一种优质的响应速度快、灵活的调节资源，同时具有电源和负荷的双重属性，可以解决新能源出力快速波动问题，提供必要的系统惯量支撑，提高系统的可控性和灵活性。对于电力系统而言，其势必会在辅助调峰、调频领域起到重要的作用。

2、目前对独立储能的研究大多聚焦于其对系统的贡献。然而，对于为电网提供辅助服务的独立储能来说，提供不同服务时对电池寿命的差异性影响的量化没有得到很好的研究，难以评估独立储能提供不同服务时产生的成本。

3、为了解决这个问题，亟需针对独立储能同时提供电能量和调频服务时的容量分配。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种电力市场下独立储能电站电能量-调频最优容量分配方法，基于雨流计数法来建立储能电站电池寿命老化模型，据此量化储能电站同时提供电能量和调频服务时各自的老化程度，从而进行储能电站电能量-调频的最优容量分配，提升储能电站的调度控制水平，支撑储能参与电力市场。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种电力市场下独立储能电站电能量-调频最优容量分配方法，包括以下步骤：

4、s1)初始化调频容量和循环次数，获取目标时间段的电力市场数据作为数据集；

5、s2)建立能量-调频联合优化模型与电池老化程度模型，根据能量-调频联合优化模型构建滚动优化机制，将所述数据集与当前调频容量输入所述滚动优化机制中进行优化得到优化结果，根据优化结果计算得到本次迭代时电能量评估指标f1与调频评估指标f2的市场要素，并将优化结果输入电池老化程度模型计算得到本次迭代时电能量评估指标f1与调频评估指标f2的老化要素；

6、s3)根据本次迭代时电能量评估指标f1计算参与调频指标差异cop，比较本次迭代时调频评估指标f2与参与调频指标差异cop的大小，若本次迭代时调频评估指标f2大于参与调频指标差异cop，增加调频容量，若本次迭代时调频评估指标f2小于参与调频指标差异cop，减少调频容量。

7、进一步的，步骤s2中建立能量-调频联合优化模型时，包括：以系统电能量和调频成本作为优化目标建立目标函数，并且建立约束条件，所述约束条件包括功率平衡约束、调频容量约束、机组出力约束、机组爬坡约束、储能充放电约束中的一种或多种。

8、进一步的，所述目标函数表达式如下：

9、

10、其中，第一部分为电能量交易成本；第二部分为调频交易成本，包含调频容量和调频里程；第三部分为储能充电所产生的费用；k为预设的机组类型编号；i、j、t分别为预设的机组、标段和优化周期中的时序编号；和分别为机组的电能量和调频的中标量；是储能的优化充电量，是机组的电能量分段成本系数和充电成本系数，是机组的调频里程和调频容量成本系数。

11、进一步的，步骤s2中建立能量-调频联合优化模型还包括：根据机组的调节性能对机组的调频里程和调频容量成本系数进行调整，表达式如下：

12、

13、

14、其中，分别为调频的容量和里程成本系数；ki，k为调节性能指数；si，k为历史调用系数；αi，k为调频收益因子。

15、进一步的，所述功率平衡约束的表达式如下：

16、

17、其中，为系统t时刻负荷；

18、所述调频容量约束的表达式如下：

19、

20、

21、其中，rc为系统所需调频容量；xi，k为机组是否提供调频的整型变量，为其调频容量，为调频的中标量，设置容量配置占比β，令：

22、

23、其中，ui，k，di，k分别为上下坡能力；

24、所述机组出力约束的表达式如下：

25、

26、其中，分别为机组出力上下限；

27、所述机组爬坡约束的表达式如下：

28、

29、

30、其中，ui，k、di，k是机组上下坡能力，是机组中标总出力，k＝{1，2}；

31、所述储能充放电约束的表达式如下：

32、

33、0.2≤soc≤0.8

34、其中，erate、ηch、ηdis分别是储能电站的额定容量和充/放电效率；pch，t、pdis，t是中标的充电和放电功率；t取15分钟；soct为t时刻soc状态；

35、soc8＝soc0

36、上式表征每个滚动优化周期始末soc状态相同；

37、0≤pdis，t≤xtpdismax-rc，t

38、0≤pch，t≤ytpchmax-rc，t

39、xt+yt≤1

40、其中pchmax，pdismax为充放电上下限；xt，yt为互斥变量。

41、进一步的，步骤s2中所述电池老化程度模型表达式如下：

42、

43、

44、

45、

46、

47、其中，c(δt)表示每放一单位电所产生的老化成本；pdis则为电池放电功率，t为预设的时间；分别为电能量部分和调频部分引起的老化程度，τ为调频功率经验系数；erate、ηdis分别是储能电站的额定容量和放电效率；分别为循环深度为时所引起的老化寿命，j为c(δt)中的分段数量。

48、进一步的，步骤s2中电能量评估指标f1以及调频评估指标f2的表达式如下：

49、

50、

51、其中，第一部分均为市场要素，第二部分则为老化要素；ρam，t，ρac，t分别为电力市场中电能量、调频里程、调频容量边际成本系数，pch，t、pdis，t是中标的充电和放电功率；为边际充电成本系数，rc，t为中标的调频容量；c(δt)为每放一单位电所产生的老化成本，τ为调频功率经验系数；k为调频性能指标。

52、进一步的，所述滚动优化机制中，每次滚动优化包含八个时段，第一个时段的优化结果用于计算评估指标，每优化一次后，时序滚动一次，滚动八次作为一个优化周期；步骤s2中将所述数据集与当前调频容量输入所述滚动优化机制中进行优化得到优化结果进行优化时，包括：将当前调频容量以及数据集中当前次数滚动优化的八个时段对应的电力市场数据输入能量-调频联合优化模型求解最优化问题，得到优化周期中对应时段的优化结果。

53、进一步的，步骤s3中增加调频容量时，具体包括：

54、若当前调频容量大于或等于预设的调频容量最大值，则将所述调频容量最大值作为最优调频容量；

55、若当前调频容量小于预设的调频容量最大值，则增加当前调频容量并执行步骤s2，增加当前调频容量的表达式如下：

56、rr＝rr+δr×(1/2)k

57、其中，等号左边rr为增加后的调频容量，等号右边rr为当前调频容量，δr为预设的调频容量增量，k为循环次数。

58、进一步的，步骤s3中减少调频容量时，具体包括：

59、若本次迭代调频评估指标f2与上一次迭代调频评估指标f2之差的绝对值小于或等于预设阈值，则将当前调频容量作为最优容量；

60、若本次迭代调频评估指标f2与上一次迭代调频评估指标f2之差的绝对值小于或等于预设阈值，则将循环次数自加一，然后减少当前调频容量并执行步骤s2，减少当前调频容量的表达式如下：

61、rr＝rr-δr×(1/2)k

62、其中，等号左边rr为增加后的调频容量，等号右边rr为当前调频容量，δr为预设的调频容量增量，k为循环次数。

63、与现有技术相比，本发明的优点在于：

64、本发明首先进行电力市场滚动优化模拟，对独立储能全容量提供电能量进行评估；其次改变独立储能参与调频市场容量占比，再次进行滚动优化模拟再评估；最后根据不同容量分配的评估差异，调整调频容量分配，直至调频部分评估指标等于评估差异或达到其容量上限，以此确定储能提供电能量和调频服务时的最优容量分配，实现独立储能容量配置的最优化，提升独立储能调度控制水平。