电力现货机制下独立储能选址定容优化方法及系统

本发明涉及电力系统储能规划，具体地，涉及一种电力现货机制环境下独立储能系统的选址定容优化方法及系统。

背景技术：

1、储能容量与运行规划属于电力系统储能规划领域。光伏等新能源发电资源占比不断增大，由于其出力的间歇性、不确定性，给电力系统的安全稳定运行带来挑战。储能作为灵活调节资源，具有双向快速调节能力，有助于消纳新能源、提高电网稳定性。随着我国电力市场改革不断深入，未来储能的建设与运营将会在现货背景下开展，但储能规划指标相对较高、规模小、位置分散，因此，迫切需要一种现货机制下的储能选址定容优化方法，促进储能建设，提高储能利用率。

2、近年来，以电化学储能为代表的新型储能技术得到了大力发展，使得储能配置难度不断下降。同时随着政策倾向于储能作为独立主体参与电力现货机制，越来越多的独立储能电站正在建设。现货机制下储能的评价指标不仅仅来源于电能量机制下的“低储高发”、“削峰填谷”效果，还来自于调峰调频等辅助服务调节效果，同时，线路拓扑结构与潮流会对储能的选址产生影响，现货机制环境下的储能配置也成为研究热点。因此，考虑独立储能参与现货机制的选址定容优化方法显得尤为重要。

3、目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种电力现货机制下独立储能选址定容优化方法及系统。

2、根据发明的一个方面，提供了一种电力现货机制下独立储能选址定容优化方法，包括：

3、建立独立储能参与电能量市场与辅助服务市场的现货机制，根据独立储能初始配置指标、维护指标和退役回收指标，构建独立储能的全寿命周期损耗指标，并折算为日均寿命损耗指标；

4、结合多典型运行日，建立常规机组的运行与启动煤耗模型以及调频煤耗模型，同时构建独立储能在电能量市场与辅助服务市场的现货机制下的参与度模型；

5、根据电力系统网架结构构建储能选址约束，根据单节点储能配置上限构建容量配置约束，根据电能量平衡需求建立节点电力平衡约束，根据调频需求建立调频容量与调频里程需求约束，并通过直流潮流模型建立线性化潮流约束；

6、结合储能选址约束、容量配置约束、节点电力平衡约束、调频容量需求约束、调频里程需求约束和潮流约束，以最小化储能日均寿命损耗、常规机组运行与启动煤耗和最大化储能参与度为目标，构建选址定容优化模型；

7、对所述选址定容优化模型进行线性化处理，并进行求解，得到储能的最优节点选择与容量配置，完成储能选址定容优化。

8、优选地，所述建立独立储能参与电能量市场与辅助服务市场的现货机制，包括：

9、在电能量市场与辅助服务市场的现货机制中，独立储能通过全电量竞价方式确定充放电计划；其中，所述全电量竞价方式，包括：发电侧报量报价，用户侧报量不报价；其中，发电侧的常规机组和独立储能分别根据运营机构的申报要求进行分时段运行参数与参数度系数申报；

10、所述根据独立储能初始配置指标、维护指标和退役回收指标，构建独立储能的全寿命周期损耗指标，并折算到日均寿命损耗指标，包括：

11、设定电力系统节点的索引与集合分别为n与n，节点n配置的独立储能容量与功率分别为与则储能初始配置指标cesinv建模为：

12、

13、式中，α为储能单位功率的配置指标参数；β为储能单位容量的配置指标参数；

14、维护指标用于体现独立储能每年的折损值，设储能运行年限为ylife，则维护指标cesmai建模为：

15、

16、式中，γ为储能单位容量的年维护费用；

17、退役回收指标用于体现储能设备达到寿命周期后能够回收部分设备抵消一定的储能初始配置指标，则退役回收指标cesres建模为：

18、cesres＝σcesinv (3)

19、式中，σ为储能设备残值率；

20、根据所述独立储能初始规划指标cesinv、所述维护指标cesmai和所述退役回收指标cesres，构建独立储能的全寿命周期损耗指标为：

21、ceslife＝cesinv+cesmai-cesres (4)；

22、

23、通过crf系数，将所述独立储能的全寿命周期损耗指标折算到单日，记作日均损耗指标cesimr，则所述日均损耗指标cesimr建模为：

24、

25、

26、式中，r为贴现率。

27、优选地，所述结合多典型运行日，建立常规机组的运行与启动煤耗模型以及调频损耗模型，同时构建独立储能在电能量市场与辅助服务市场的现货机制下的参与度模型，包括：

28、设目标地区典型运行日的索引为a，常规机组的索引和集合分别为g和g；

29、构建典型运行日a下常规机组的运行煤耗模型cgope,a为：

30、

31、

32、式中，t、γ分别为时段的索引和集合；δt为优化时间间隔；m和m分别为常规机组报价段数的索引和集合；为常规机组g在时段t的申报出力；为常规机组g在时段t的第m段申报出力；为常规机组g在出力段m的煤耗系数；

33、构建典型运行日a下常规机组的启动煤耗模型cgsta,a为：

34、

35、式中，ug,t为0-1变量，表示机组的运行状态，ug,t＝1表明机组处于运行状态，ug,t＝0表明机组处于机状态；为常规机组g的启动煤耗系数；

36、构建典型运行日a下常规机组的调频煤耗模型cgaux,a为：

37、

38、式中，分别为常规机组g在时段t申报的调频容量参与度系数、调频容量、调频里程参与度系数和调频里程；

39、构建典型运行日a下独立储能参与电能量市场与辅助服务市场的现货机制的参与度模型分别为：

40、

41、

42、式中，cesene,a为独立储能参与电能量市场的现货机制的能量参与度，cesaux,a为独立储能参与辅助服务市场的现货机制的调频参与度；分别为节点n储能在时段t申报的充电功率和充电参与度系数；分别为节点n储能在时段t申报的放电功率和放电参与度系数；分别为节点n储能在时段t申报的调频容量参与度系数、调频容量、调频里程参与度系数和调频里程。

43、优选地，所述根据电力系统网架结构构建储能选址约束，根据单节点储能配置上限构建容量配置约束，根据电能量平衡需求建立节点电力平衡约束，根据调频需求建立调频容量与调频里程需求约束，并通过直流潮流模型建立线性化潮流约束，包括：

44、设xn为是否配置储能的0-1变量，其中，xn＝1表示在节点n配置储能，xn＝0表示不在节点n配置储能，则独立储能的选址约束与容量配置约束表示为：

45、

46、

47、

48、式中，emax为单节点储能的最大配置容量；为储能功率占容量的最大比例系数；为节点n配置的独立储能容量；为节点n配置的独立储能功率；nes为储能配置数量；

49、设n(n)表示与节点n相连节点的集合，g(n)表示节点n处的常规机组集合，为节点n时段t的负荷，则节点n的电力平衡约束表示为：

50、

51、式中，为常规机组g在时段t的申报出力；为节点n储能在时段t申报的放电参与度系数；为节点n储能在时段t申报的充电参与度系数；为线路nw的潮流；

52、通过直流潮流模型对线路nw的潮流进行约束：

53、

54、式中，θn,t和θw,t分别代表节点n和w的电压相角；bnw为线路nw的导纳参数；为线路nw的容量；

55、设定辅助服务市场的现有机制对电力系统的调频容量与调频历程进行需求约束为：

56、

57、

58、式中，为常规机组g在时段t申报的调频容量；为节点n储能在时段t申报的调频容量；为常规机组g在时段t申报的调频里程；为节点n储能在时段t申报的调频里程；分别为时段t电力系统的调频容量需求与调频里程需求。

59、优选地，所述结合储能选址约束、容量配置约束、节点电力平衡约束、调频容量需求约束、调频里程需求约束和潮流约束，以最小化储能日均寿命损耗、常规机组运行与启动煤耗和最大化储能参与度为目标，构建选址定容优化模型，包括：

60、确定选址定容优化模型的目标函数为最小化独立储能日均寿命损耗、常规机组运行与启动煤耗，并最大化储能参与度，则选址定容优化模型的目标函数表示为：

61、

62、ces,a＝cesene,a+cesaux,a (21)

63、cg,a＝cgsta,a+cgope,a+cgaux,a (22)

64、式中，cesimr为储能日均寿命损耗；ωa为典型运行日a在一年中所占的比例；cg,a为常规机组在典型运行日a下的启动与运行损耗；ces,a为储能在典型运行日a下的参与度；cesene,a为储能在典型运行日a下参与电能量市场现货机制的参与度；cesaux,a为储能在在典型运行日a下参数辅助服务市场现货机制的参与度；cgsta,a为常规机组在典型运行日a下的启动煤耗；cgope,a为常规机组在典型运行日a下的运行煤耗；cgaux,a为常规机组在典型运行日a下的调频煤耗模型；

65、结合电能量约束、调频需求约束和潮流约束，构建系统层面的约束条件为：

66、

67、

68、

69、

70、

71、式中，为常规机组g在时段t的申报出力；为节点n储能在时段t申报的放电参与度系数；为节点n储能在时段t申报的充电参与度系数；为节点n时段t的负荷；为线路nw的潮流；θn,t和θw,t分别代表节点n和w的电压相角；bnw为线路nw的导纳参数；为线路nw的容量；为常规机组g在时段t申报的调频容量；为节点n储能在时段t申报的调频容量；为常规机组g在时段t申报的调频里程；为节点n储能在时段t申报的调频里程；分别为时段t电力系统的调频容量需求与调频里程需求；k为储能申报的调频总容量占电力系统调频需求的最大比例；式(23)～式(24)为电力系统电力平衡约束与潮流约束，式(25)～式(27)为电力系统的调频容量与调频里程的需求约束；

72、根据常规机组的物理特点，构建电力系统现货机制参与主体的运行约束为：

73、

74、

75、

76、

77、

78、式中，式(28)～式(32)为常规机组的运行约束，分别为常规机组i的最小出力和最大出力；分别为常规机组i的爬坡功率和滑坡功率的限制；分别为常规机组的最小运行时间和最小停机时间；

79、根据储能的物理特点，构建电力系统现货机制参与主体的运行约束为：

80、

81、

82、

83、

84、

85、

86、式(33)～式(38)为储能的运行约束，分别为描述储能充放电状态的0-1变量，表示储能处于充电状态，表示储能处于不充电状态，表示储能处于放电状态，表示储能处于不放电状态；en,t为t时段储能的剩余电量；en,t-1为t-1时段储能的剩余电量；ηch为储能充电效率；ηdis为储能放电效率；分别为储能在初始时段和末尾时段的剩余电量；为节点n配置的独立储能容量；为储能初始电量占总容量的比例；

87、至此，构建得到电力系统现货机制下独立储能的选址定容优化模型。

88、优选地，所述对所述选址定容优化模型进行线性化处理，并进行求解，包括：

89、基于常规机组的启动煤耗，对选址定容优化模型进行线性化为：

90、

91、

92、式中，cgsta为常规机组的启动煤耗；ug,t表示机组的运行状态；为常规机组g的启动煤耗系数；yg,t辅助0-1变量，用来取代ug,tug,t-1；

93、采用改进benders分解算法对线性化后的选址定容优化模型进行求解：

94、min ftp+htb (41)

95、k1p≥h1 (42)

96、j1b≥h2 (43)

97、k2p+j2b≥h3 (44)

98、p∈ωp,b∈{0,1} (45)

99、其中，p为储能容量功率和常规机组出力相关的连续变量，包括：节点n配置的独立储能功率节点n配置的独立储能容量节点n储能在时段t申报的充电参与度系数节点n储能在时段t申报的放电参与度系数常规机组g在时段t的申报出力节点n储能在时段t申报的调频容量节点n储能在时段t申报的调频里程常规机组g在时段t申报的调频容量常规机组g在时段t申报的调频里程和储能时段t的剩余电量en,t；b为与选址、运行状态相关的变量，包括：是否在节点n配置储能的0-1决策变量xn、常规机组时段t运行状态ug,t、辅助变量yg,t、储能充放电状态变量zn,t；f、h分别为目标函数中的系数矩阵；j1、j2、k1、k2分别为约束条件中的系数矩阵；ωp为连续变量的定义域；

100、benders分解需要将选址定容模型分解为含0-1变量的主问题与连续变量的子问题，根据式(41)～式(45)，得到的主问题为：

101、

102、式中，q为辅助变量；h2为整数变量相关约束的右端值；cutting plane表示割平面，包括最优割平面和组合整数割平面；

103、求出主问题的最优解生成如下包含连续变量的子问题及其对偶问题为：

104、

105、

106、式中，式(47)和式(48)分别为子问题和对偶问题；p为连续变量；h1为连续变量相关约束的右端值；h3为包含连续变量与0-1变量的约束的右端值；v1为对偶问题的变量；v2为；为对偶问题的变量

107、初始化上界ub、下界lb和允许误差ε，当ub-lb≥ε进行如下迭代：

108、求解主问题，得到主问题的最优解同时更新下界lb；

109、将最优解带入子问题，并求解子问题的对偶问题，若子问题有解，则生成最优割平面，并更新上界ub；若子问题无解，则生成组合整数割平面为：

110、

111、式中，φ0、φ1分别y＝0与y＝1的变量序号集合，|φ1|表示φ1集合元素个数；

112、将生成的割平面添加到主问题的约束条件cutting plane中；

113、若ub-lb＜ε，则停止迭代，输出选址定容结果，包括：独立储能功率独立储能容量和是否在节点n配置储能的0-1变量xn；否则返回求解主问题的步骤；

114、根据上述中的xn、和得到储能的最优节点选择与容量配置。

115、根据本发明的另一个方面，提供了一种电力现货机制下独立储能选址定容优化系统，包括：

116、指标构建模块，该模块用于建立独立储能参与电能量市场与辅助服务市场的现货机制，根据独立储能初始配置指标、维护指标和退役回收指标，构建独立储能的全寿命周期损耗指标，并折算为日均寿命损耗指标；

117、模型构建模块，该模块用于结合多典型运行日，建立常规机组的运行与启动煤耗模型以及调频煤耗模型，同时构建独立储能在电能量市场与辅助服务市场的现货机制下的参与度模型；

118、约束构建模块，该模块用于根据电力系统网架结构构建储能选址约束，根据单节点储能配置上限构建容量配置约束，根据电能量平衡需求建立节点电力平衡约束，根据调频需求建立调频容量与调频里程需求约束，并通过直流潮流模型建立线性化潮流约束；

119、选址定容优化模块，该模块用于结合储能选址约束、容量配置约束、节点电力平衡约束、调频容量需求约束、调频里程需求约束和潮流约束，以最小化储能日均寿命损耗、常规机组运行与启动煤耗和最大化储能参与度为目标，构建选址定容优化模型；对所述选址定容优化模型进行线性化处理，并进行求解，得到储能的最优节点选择与容量配置，完成储能选址定容优化。

120、根据本发明的第三个方面，提供了一种计算机终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时可用于执行本发明上述中任一项所述的方法，或，运行本发明上述中所述的系统。

121、根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可用于执行本发明上述中任一项所述的方法，或，运行本发明上述中所述的系统。

122、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

123、本发明提供的电力现货机制下独立储能选址定容优化方法及系统，能考虑到电力现货机制对储能在电力系统利用率的影响，符合新型电力系统发展需要。

124、本发明提供的电力现货机制下独立储能选址定容优化方法及系统，能提高独立储能在现货机制下的利用率，促进独立储能投资建设。

125、本发明提供的电力现货机制下独立储能选址定容优化方法及系统，能降低常规机组(如传统火电机组)的相关煤耗，改善运行状况，减少碳排放污染。