一种新型电力系统中多类型共享储能优化协调方法

本发明属于储能分配，更具体地，涉及一种新型电力系统中多类型共享储能优化协调方法。

背景技术：

1、随着可再生能源的大规模普及和重要性的逐渐提高，未来电力系统将依赖更多的可再生能源发电。然而，可再生能源的不稳定性和不可预测性给电力系统的稳定性和可靠性带来了挑战。

2、因此，为了缓解这些挑战，储能技术被广泛应用于电力系统中。储能系统可以用来平衡不同时间段内的供需差异，以及应对不同场景下电力系统的不确定性。

3、然而，由于储能技术种类多样性，以及储能系统的成本和效率等因素的不同，如何对这些储能系统进行优化协调，以实现最优的供需关系，是当前电力系统研究面临的重要挑战之一。因此，有必要对多类型共享储能系统的优化协调进行深入研究，为实现电力系统可靠性和稳定性提供技术支持。

4、区域综合能源系统(regional integrated energy systems,ries)具有以下特点：

5、(1)主体多元

6、ries中，可再生能源发电单元(renewable energy generator,reg)与电力负荷单元(power conduct unit,pcu)是ries的核心主体，两者之间可通过多种耦合设备相互耦合。

7、reg可根据电力市场的电价信号，在一定程度上对电力负荷进行调控，即在负荷低谷的时段将reg发出的电量储存起来，在负荷高峰的时段再释放出来，以实现在不同的市场中调节负荷。

8、reg可对负荷进行调控的手段主要有两种：

9、一种是通过储能设备进行发电(包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)，以实现在不同的市场中调节负荷；

10、另一种是通过与用户之间的互动实现。用户可以通过终端设备向reg发出用电需求指令，reg根据指令调度发电，并在发电过程中通过储能设备、蓄热装置等调节自身出力。ries是由可再生能源发电单元与电力负荷单元构成的混合系统。

11、(2)能源多样

12、ries中，可再生能源发电单元与电力负荷单元的组合构成了多样的能源结构，为各种能源间的相互转化提供了途径。

13、在ries中，可再生能源发电单元主要由可再生能源生产的电力组成，包括太阳能、风能、生物质能等；电力负荷单元主要由电力用户组成，包括家庭和商业用户等；在ries中，这些单元均可与储能装置联合运行。同时，在ries中还存在着多种能量的相互转化过程，例如，太阳能与电能可以相互转换；风能、生物质能与电能也可以相互转化。

14、不同的ries模式在系统构成、运行方式等方面存在差异，其在满足用户需求、提高能源效率等方面具有共性。

15、(3)时空分布

16、ries中，不同能源之间具有时空分布特性，且负荷与储能单元的随机性与波动性对系统运行产生较大影响。

17、该系统中的电源包括水电、风电、光伏发电等，其出力具有随机性与波动性，负荷也具有随季节、日期变化的特性，而储能单元则可以有效地进行能量平移。

18、因此，在考虑了不确定性因素后，系统中的能源分布为：水电与风电分别以固定频率与固定时间间隔向系统输送能量；光伏发电等可再生能源以固定频率向系统输送能量；水电与风电以固定时间间隔向系统输送电能；光伏发电等可再生能源以固定时间间隔向系统输送电能。

19、由于储能单元具有平移功能，在不同时间尺度下，其出力变化能够平滑电网中的有功功率波动，且能在一定程度上平移系统中的可再生能源出力。

20、新型电力系统中多类型共享储能优化协调设计研究对“碳达峰，碳中和”有着重要的意义。

21、首先，随着可再生能源的发展，电力系统中的不确定性增加，需要大规模多类型储能来实现电力的平衡调度和安全稳定运行。共享储能能够使得多种储能技术之间实现协同工作，从而达到更加高效的储能效果，提高电力系统的可靠性和灵活性，进一步促进可再生能源的应用和普及。

22、其次，新型电力系统中多类型共享储能的协同设计及优化可以带来更加经济高效和环保的电力供应方式。通过对储能设备的容量、位置、连通方式等相关因素进行协调和优化设计，可以提高储能的利用效率和降低成本，并最终降低电力生产成本，并减少环境污染和能源消耗。这也是未来电力系统发展的一个重要方向。

23、综上所述，新型电力系统中多类型共享储能的优化协调设计研究具有重要的现实意义和理论价值，将带来新型的电力系统结构和发电技术体系的革命性改变，有利于实现绿色低碳、高效可靠的电力供应。

24、(share energy storage system,sess)是一种集成多种类型储能设备的智能系统，由多个ess组成。储能设备包括电池、燃料电池、飞轮、超级电容等。与传统储能相比，sess能够显著提高电能的存储效率和利用效率，可以实现能源的梯级利用，从而实现节能减排的目标。目前，sess的应用模式主要分为两种：一种是针对单个用户使用，另一种是针对多个用户联合使用。

25、共享储能系统整体架构：将sess分为应用层、服务层与控制层，各层间通过交互接口进行数据交换。

26、应用层：主要负责用户侧的储能设备接入、运行、监控和管理等功能。

27、服务层：主要负责为用户提供储能设备的接入与管理，用户侧储能设备的监控与管理以及储能设备之间的交互，包括：

28、对储能设备的接入与管理，包括接入用户侧、发电侧和电网侧的各类储能设备；

29、对储能设备的监控与管理，包括实时监测、故障告警、功率预测、调度管理等；

30、对用户侧储能设备的监控与管理，包括电能质量监测、能量调度、安全监控等。

31、对储能设备进行调度控制，包括通信接入和信息安全等；

32、对电网进行实时监测和信息交互，包括安全运行监测和信息交互等。

33、目前，新型电力系统中多类型共享储能的优化协调设计研究已经成为了学术研究的热点之一，相关的研究成果不断涌现。

34、在新型电力系统中，多类型储能系统的应用包括锂离子电池、超级电容、压缩空气储能、流体储能、燃料电池等多种形式。同时，为了提高储能的效率和可靠性，需要考虑不同储能技术之间的协同工作和优化配置，以及与电力网络的优化协调。

35、在目前的研究中，主要侧重于以下方面：

36、1.多类型储能之间的协同工作。通过协调不同类型储能之间的能量转换和传递，实现储能效率的最大化，提高储能系统的可靠性和灵活性。

37、2.多类型储能的优化配置。通过合理配置储能装置的容量和位置，实现整个电力系统的能量平衡和优化调度，保证系统的稳定运行。

38、3.多类型储能与电力网络的协调优化。通过优化储能系统与电力系统的运行模式、能量流动，实现电力网络的优化控制和调度，提高电力系统的安全性和可靠性。

39、总的来说，新型电力系统中多类型共享储能的协同设计和优化研究已经取得了一系列进展，相关领域的学者和研究者正在紧密合作探索新的解决方案，推动电力系统的高效、稳定、可靠和可持续发展。

40、共享储能有着跨专业、跨领域的特点，在学科方面包括了物理、化学、材料、化工、电气、信息工程等专业，在实际应用中包括了集成、运维、检测、调度、现货交易等方面。因此，在队伍培养工作中，应遵循“学用结合，创新发展”的原则，既要满足共享储能电站生产运行用人需要，又要为共享储能机理、理论、技术的颠覆性突破储备高尖人才。

41、电力系统中任意一个部件都会有相应的成本。包括发电、传输、配电、储能等环节。这些成本包括建设、运维和维护等方面的费用。

42、在发电环节，主要的成本包括建设发电厂、采购燃料和运营管理等费用。发电成本的多少取决于发电厂的类型、燃料种类、运营成本和环境保护等要素。

43、在传输和配电环节，主要的成本是电网的建设、运维和维护等费用。随着电力系统规模的扩大，这些费用也逐步增加。例如，为了保证电力系统的运行安全和稳定，需要将线路、变压器、开关等设备进行定期的检修和维护工作。

44、在储能环节，储能设备本身的建设和投资费用是一个重要的成本项，同时储能的运行维护和电力输出等方面的费用也需要考虑。

45、在电力系统运行过程中，需考虑最小化系统总成本的目标，即在保证电力系统稳定运行的前提下，最大限度地降低系统的总成本。因此，在电力系统的规划、建设和运营中，需要综合考虑各个环节的成本，寻找最优的经济运行和投资方案，以实现电力系统的高效管理和可持续发展。

46、相对于我国较为完善的电力相关行业来说，新型储能技术处于蓬勃发展的阶段。尽管针对新型储能技术的研究已经取得了一定的进展，但是和传统电力系统相比，新型储能技术仍然存在一些瓶颈和问题：

47、首先，新型储能技术的成本较高。与传统的化石燃料电站相比，新型储能技术的设备和系统成本相对较高，需要更多的投入。这一成本差距，限制了新型储能技术在电力市场上的应用和推广。

48、其次，新型储能技术的技术水平和可靠性较低。新型储能技术相对于传统的电池等技术来说，技术水平还不够成熟，还需要进一步的研发和完善。同时，新型储能技术的可靠性还需要进一步提高，以满足电力系统的稳定性和安全性要求。

49、第三，缺乏统一的标准和规范。由于新型储能技术处于发展的初期阶段，目前缺乏统一的标准和规范，使得各种新型储能技术难以在不同的电力系统中进行兼容和协同工作。

50、随着电力方面改革的深入，电力市场逐渐向市场化、多元化、低碳化、数字化和智能化方向发展。改革的主要目标是创新电力市场机制，优化供需结构，提高电力质量和效率，实现可持续发展。

51、首先，电力改革吸引了更多国内和国际的投资者，并促使电力市场从传统的国家垄断转向市场化竞争。为了促进电力市场的发展，一些地方政府已经开始推进市场化改革试点，逐步实现市场化电价调节和竞争性电力销售等目标。

52、其次，电力改革推动了绿色能源的发展，加速了可再生能源在电力系统中的推广和应用。并且随着可再生能源比例不断增加，电力系统的调度和储能等环节也需要相应进行优化协调，从而确保电力系统的可靠性和效率。

53、第三，电力改革也加速了数字化和智能化进程的推进，为电力系统运行和管理提供了更加高效和精准的手段。电力行业正在积极探索基于物联网、大数据和人工智能等技术的智慧电网建设，提高电力系统的安全性、共享性和可持续性。

54、综上所述，电力改革对于电力行业的发展具有极其重要的意义。通过市场化、可持续、数字化和智能化的改革方向，不断提升电力系统的质量和效率，推动电力行业全面实现可持续发展。

55、目前，共享储能系统已经广泛应用于储能技术研究领域，并取得了较大的进展。然而，现有的共享储能系统仍然存在一些问题，例如成本高、易受环境因素影响、管理系统复杂等。因此，亟需研发能够自主决策的共享储能系统，从而进一步提高共享储能系统的性能。

56、近年来，随着大数据、人工智能和云计算等信息技术的快速发展，一种智能化共享储能系统(ai-sess)应运而生。ai-sess是一种能够自主决策的智能储能系统，该系统可以根据不同用户的用电需求和能源使用情况对共享储能系统进行主动控制和优化调度。ai-sess主要由数据采集和分析、控制决策、信息管理和能源管理四部分组成。

57、在数据采集和分析环节，利用传感器实时获取用户的用电信息，并对用户进行分类；在控制决策环节，该系统将采集到的数据和用户分类结果进行融合，并通过算法对储能系统进行控制决策。

58、在信息管理环节，该系统可以将所有用户的储能系统信息存储起来，并进行统一管理和控制；在能源管理环节，该系统可以对储能系统进行统一管理和控制，从而实现多个用户之间的能源协同。

59、目前，基于ai-sess的共享储能系统已有相关研究成果。例如，在电力需求侧响应中，学者们研究了基于ai-sess的需求响应策略，以实现用户侧用电需求和能源供给之间的协调和平衡。

60、在用户侧响应的基础上，学者们考虑了多用户之间的用电行为，并提出了基于多目标优化算法的需求响应策略。在此基础上，学者们进一步研究了用户参与需求响应时的互动策略。

61、例如，学者们提出了一种基于ai-sess的用户需求响应策略，该策略可以实现用户与电网之间的双向互动，并提高电网公司的收益。

62、在分布式发电中，学者们研究了基于ai-sess的分布式发电系统优化调度问题，以实现分布式发电系统在满足负荷需求的前提下，最大化发电效益和最大化发电收益。在此基础上，学者们研究了基于ai-sess的分布式发电系统控制策略。

63、在传统电力系统中，发电系统和负荷之间存在着一定的耦合关系，即负荷的变化会导致发电系统的出力变化。随着电力需求的增加，电网需要增加发电机数量来满足用户的用电需求，同时还需要考虑发电机的维护成本和发电成本。在此情况下，用户无法通过价格杠杆来调节自己的用电需求。

64、因此，在传统电力系统中，通常采用“以需定供”的方法来分配用电。在这种情况下，如果需求发生变化，就需要增加发电机数量或者调整电网的运行方式来满足需求。然而，随着我国可再生能源发电技术的不断发展和进步，大量的太阳能和风能被开发出来并投入使用。这些新能源发电技术具有发电成本低、环境污染小等优点，在发电过程中不会产生任何污染物。在此基础上，考虑到未来电力需求的不断增加和电网运行方式的不断变化，采用“以需定供”的方法来分配电力。

65、在新型电力系统中，由于电力系统具有网络结构复杂、网络安全问题严重等特点，需要采取一定的措施来保障网络的安全性。

66、同时，由于储能设备能够为电力系统提供额外的能量，因此需要对储能设备进行优化配置。在此情况下，我们可以通过优化配置储能设备的数量和类型来提高整个电力系统的运行效率和安全性。在新型电力系统中，为了实现电网和负荷之间的协调控制，可以通过共享储能设备来协调电网和负荷之间的互动。

67、然而，由于共享储能设备的容量较小，需要采取一定的措施来降低其投资成本。此外，共享储能设备不需要占用大量的空间资源，因此在新型电力系统中得到了广泛应用。在此基础上，建立了共享储能系统，并利用其协调电网和负荷之间的互动关系。

68、在新型电力系统中，负荷具有多样性和复杂性特点。不仅包括家庭用电设备、公共设施等大类负荷，还包括商业场所、娱乐场所等小类负荷。

69、随着负荷的不断增加，电网的负荷也会相应增加。因此，在新型电力系统中，为了保证电网的稳定运行，需要采取一定的措施来调整负荷的大小。为了缓解电网运行压力，需要采取一定的措施来减少负荷对电力系统的影响。此外，考虑到电力系统对储能设备具有一定的依赖性，因此可以利用共享储能系统来协调电网和负荷之间的互动关系。在此基础上，通过建立共享储能系统，可以有效地缓解电网运行压力。此外，随着储能设备的不断发展和完善，共享储能系统将成为未来新型电力系统中不可或缺的一部分。因此，如何建立共享储能系统，以协调电网和负荷之间的互动关系是当下亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种新型电力系统中多类型共享储能优化协调方法，针对一类电-热类型新型电力系统，建立了共享储能系统与多个ries的双层优化配置模型，通过遗传算法与求解器相结合的方法求解，进一步利用纳什议价方法对多个ries的收益进行结算，为共享储能系统的优化配置提供参考方案。

2、根据本发明的第一技术方案，提供一种新型电力系统中多类型共享储能优化协调方法，所述方法包括构建新型电力系统共享储能运行框架，所述新型电力系统共享储能运行框架包括多个ries模型以及sess模型，多个ries模型互联，且多个ries模型均与sess模型信号连接，以从所述sess模型中获取电能，当其中一个ries模型内部电出力小于/大于电负荷时，所述ries模型向配网购/售电，向其余ries模型取/送电和/或向sess模型租/返电；建立双层优化配置模型，所述双层优化配置模型包括上层模型和下层模型，所述上层模型以共享储能系统盈利最大作为目标，利用遗传算法对共享储能的容量、充放电功率进行优化，所述下层模型以多ries总运行成本最小作为目标，利用对各ries模型内设备出力计划、与主网间的购/售电计划以及与互联ries的交互功率进行求解；在多个ries模型属于不同利益参与者的情况下，对各个ries模型的利益进行分配。

3、根据本发明的第二技术方案，提供一种新型电力系统中多类型共享储能优化协调方法装置，所述装置包括：框架构建模块，被配置为构建新型电力系统共享储能运行框架，所述新型电力系统共享储能运行框架包括多个ries模型以及sess模型，多个ries模型互联，且多个ries模型均与sess模型信号连接，以从所述sess模型中获取电能，当其中一个ries模型内部电出力小于/大于电负荷时，所述ries模型向配网购/售电，向其余ries模型取/送电和/或向sess模型租/返电；模型建立模块，被配置为建立双层优化配置模型，所述双层优化配置模型包括上层模型和下层模型，所述上层模型以共享储能系统盈利最大作为目标，利用遗传算法对共享储能的容量、充放电功率进行优化，所述下层模型以多ries总运行成本最小作为目标，利用对各ries模型内设备出力计划、与主网间的购/售电计划以及与互联ries的交互功率进行求解；利益分配模块，被配置为在多个ries模型属于不同利益参与者的情况下，对各个ries模型的利益进行分配。

4、根据本发明的第三技术方案，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的方法。

5、本发明至少具有以下有益效果：

6、(1)首先建立了新型电力系统与共享储能的运行框架结构，简要分析了系统运行特点，综合考虑经济收益与环境保护等多方面因素的基础上。对电力系统与共享储能建立数学模型。系统中涉及的设备假设为各个系统的原有设备，即型号已经确定，仅对其结构和工作原理分析，以及数学模型的构建，不做设备的选择。

7、(2)对新型电力系统与共享储能最优配置求取中需要用到的遗传算法进行了改进，在原有算法的基础上对遗传算法的求解速度、收敛精度与跳出局部极值的能力做进一步的强化。

8、(3)利用纳什议价的方法对所有ries的运行成本进行合理分配，实现了所有ries的帕累托最优，能进一步有效维持所有的ries参与协同运行的积极性。