一种面向新能源消纳的多元储能配置优化调度方法与流程

本发明涉及电力系统，特别是涉及一种面向新能源消纳的多元储能配置优化调度方法。

背景技术：

1、能源替代以及源头减量化是实现向新型电力系统发展的关键路径，而其中能源替代就是发展以新能源为主体的新型电力系统，近年来新能源得到迅速发展，但由于风光出力具有波动性、间歇性和随机性，并且具有反调峰特性，而在提升可再生能源发展的同时，不允许大量弃风弃光现象存在。因此新能源消纳成为电网目前面临的突出问题。

2、储能技术能够有效的实现电能时移、储存和利用，有助于促进电力系统可再生能源的消纳。近年来，储能设备技术性能逐年提升，建设运维成本逐年下降，因此在合理配置储能，对弃风弃光、提高新能源消纳具有重要意义。储能能够在多时间尺度上参与电网的调节，不同储能具有不同的运行特性，比如电化学储能具有响应速度快、建设周期短，技术相对成熟等特点、而抽水蓄能具有效率高、运行成本低的优点，热储能具有转化效率高，寿命长等特点。不同储能由于时间尺度和应用场景不同，具有互补性，因此多元储能的配置建设是促进新能源消纳的关键举措。

3、基于以上分析，深入研究各储能运行特性，利用多元储能容量配置模型及多元储能运行成本优化调度模型，对不同类型的储能容量进行分配优化，对新能源的消纳具有重要的作用，对建设新型电力系统具有重要意义。

4、目前现有关于储能参与新能源消纳的研究大多只局限于单一储能，或者储能辅助综合能源系统进行新能源消纳，很少有考虑多个储能的运行成本以及储能之间的运行特性差异对系统的影响，并且没有将多个储能单元作为独立个体联合运行考虑运行成本问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种面向新能源消纳的多元储能配置优化调度方法解决了现有技术没有考虑多个储能的运行成本以及储能之间的运行特性差异对系统的影响，并且没有将多个储能单元作为独立个体联合运行考虑运行成本的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种面向新能源消纳的多元储能配置优化调度方法，包括以下步骤：

3、s1：分析不同储能的运行特性和时间尺度，获得多元储能系统；

4、s2：基于多元储能系统，利用外层储能容量优化配置模型，生成不同的储能容量配置方案、风光预测出力数据和负荷预测出力数据；

5、s3：将储能容量配置方案、风光预测出力数据和负荷预测出力数据代入内层多元储能运行成本优化调度模型中，并根据内层多元储能运行成本优化调度模型目标函数，对外层生成的每一组储能容量配置方案进行优化调度，获得每一组方案的储能充放电功率、分光机组出力和储能系统成本；

6、s4：将每一组方案的储能充放电功率、分光机组出力和储能系统成本返回外层储能容量优化配置模型，并根据外层储能容量优化配置模型目标函数，获得储能最优配置方案及新能源消纳情况，完成面向新能源消纳的多元储能配置优化调度。

7、上述方案的有益效果是：本发明的多元储能配置运行成本优化调度包括外层储能容量优化配置模型和内层多元储能运行成本优化调度模型，基于上述优化调度模型考虑多个储能的运行成本和各储能之间运行特性对系统的影响，对不同类型的储能容量进行分配优化，对新能源的消纳具有重要的作用，解决了现有技术没有考虑多个储能的运行成本以及储能之间的运行特性差异对系统的影响，并且没有将多个储能单元作为独立个体联合运行考虑运行成本的问题。

8、进一步地，s1中多元储能系统将电化学储能、热储能和抽水蓄能电站三种储能作为独立个体联合运行。

9、上述进一步方案的有益效果是：本发明考虑系统的实际需求，选择电化学储能、热储能和抽水蓄能作为多元储能构建方案，从而实现短时储能和长时储能互补。

10、进一步地，抽水蓄能电站的数学模型为：

11、

12、其中，w1(·)为上水库水量，w2(·)为下水库水量，t为时刻，qp(·)为抽水蓄能放水流速，qt(·)为抽水蓄能抽水流速，δt为运行时间，ηp为水泵效率，ηwp为管道效率，ρ为水密度，g为重力加速度，h为水头高度，pphs,dis(·)为抽水功率，kp为抽水流速功率比，ηt为发电效率，pphs,cha(·)为放水功率，kt为放水流速功率比，为抽蓄发电的功率。

13、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了抽水蓄能的数学模型，用于构成多元储能系统。

14、进一步地，s3中内层多元储能运行成本优化调度模型目标函数以系统谷峰差最小、储能净利润最大和储能利用率最大为目标。

15、上述进一步方案的有益效果是：本发明中内层多元储能运行成本优化调度模型以系统峰谷差最小、储能净利润最大以及储能利用率为目标，对外层模型的每一种配置方案进行优化调度，得出每一组方案的储能充放电功率，储能系统成本出力。

16、进一步地，系统谷峰差f1采用相邻时间节点的平方和最小表示，计算公式为：

17、

18、其中,t为总时间，pnet(·)为净负荷；

19、所述储能净利润f2计算公式为：

20、f2＝ress+rphs+rtes

21、其中，ress为电化学储能净利润，rphs为热储能净利润，rtes为抽水蓄能净利润；

22、ri＝pi,dis(t)dp(t)-pi,cha(t)up(t)-yi (i＝ess、tes、phs)

23、其中，pi,dis(·)为各储能的放电功率，pi,cha(·)为各储能的充电功率，dp(·)和up(·)为分别表示电网峰谷差价，yi为各储能总成本；

24、所述储能利用率f3计算公式为：

25、f3＝uess+uphs+utes

26、其中，uess为电化学储能利用率，uphs为热储能利用率，utes为抽水蓄能利用率；

27、

28、其中，为各储能的最大放电功率，为各储能的最大充电功率。

29、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了系统谷峰差、储能净利润以及储能利用率的计算公式，系统峰谷差采用相邻时间节点的平方和最小表示，储能净利润主要靠峰谷套利，储能利用率通过储能以最大功率充放电获利得到的收益与实际功率充放电得到的收益之间差值表示。

30、进一步地，s3中多元储能运行成本优化调度模型的约束条件包括电化学储能运行约束、热储能运行约束、抽水蓄能运行约束、新能源运行约束和系统平衡约束。

31、上述进一步方案的有益效果是：本发明考虑不同储能的运行约束条件，并根据目标函数建立优化调度模型，实现储能系统对风光出力的消纳。

32、进一步地，电化学储能运行约束为：

33、

34、其中，pess,cha(·)为电化学储能的充电功率函数，为电化学储能的充电功率最大值，pess,dis(·)为电化学储能的放电功率函数，为电化学储能的放电功率最大值，sess(·)为电化学储能实际存储能量，ηess,cha为电化学储能充电效率，ηess,dis为电化学储能放电效率，pess,cha为电化学储能的充电功率，pess,dis为电化学储能的放电功率，为电化学储能能量下限，为电化学储能能量上限；

35、所述热储能运行约束为：

36、

37、其中，ptes,cha(·)为热储能的充电功率函数，为热储能的充电功率最大值，ptes,dis(·)为热储能的放电功率函数，为热储能的放电功率最大值，stes(·)为热储能实际存储能量，ηtes,cha为热储能充电效率，ηtes,dis为热储能放电效率，ptes,cha为热储能的充电功率，ptes,dis为热储能的放电功率，为热储能能量下限，为热储能能量上限；

38、所述抽水蓄能运行约束为：

39、

40、其中，w1min为上水库库容下限，w1max为上水库库容上限，为下水库库容下限，为下水库库容上限，pphs,cha(·)为抽水蓄能的充电功率，为抽水蓄能第一运行状态，为抽水蓄能第二运行状态，为抽水蓄能的充电功率的最大值；

41、所述新能源运行约束为：

42、0<pwind(t)≤pwind,max(t)

43、0<pv(t)≤pv,max(t)

44、其中，pwind(·)为风电实际出力，pwind,max(·)为风电预测出力，pv(·)为光伏实际出力，pv,max(·)为光伏预测出力；

45、所述系统平衡约束为：

46、

47、其中，为抽水蓄能的发电功率，pload(·)为系统预测负荷出力。

48、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了电化学储能运行约束、热储能运行约束、抽水蓄能运行约束、新能源运行约束和系统平衡约束的计算公式。

49、进一步地，外层储能容量优化配置模型目标函数以储能系统总成本最低、供电可靠性最佳和新能源消纳率最大为目标。

50、上述进一步方案的有益效果是：本发明以储能系统整体成本最低、系统供电可靠性最佳和新能源消纳率最大为目标，确定最优储能种类及容量配置方案，通过多元储能容量配置优化模型，使得系统负荷额外的风光发电量能被储能系统时移消纳。

51、进一步地，储能系统总成本f4包括电化学储能总成本yess、热储能总成本ytes、抽水蓄能总成本yphs和弃风弃光惩罚成本ywind,v，计算公式为：

52、f4＝yess+ytes+yphs+ywind,v

53、yi＝αipi+βiei+δiei (i＝ess、tes、phs)

54、ywind,v＝(pwind,max(t)-pwind(t))×αwind(pv,max(t)-pv(t))×αv

55、其中，αi为各储能的单位功率成本，βi为各储能的单位容量成本，δi为各储能的单位运维成本，pi为各储能的额定功率，ei为各储能的额定容量，αwind为弃风惩罚系数，αv为弃光惩罚系数；

56、所述供电可靠性采用负荷缺电率f5表示，计算公式为：

57、

58、其中，pge(·)为各出力单元上网功率；

59、所述新能源消纳率包括光伏消纳率和风电消纳率，采用弃风弃光惩罚成本ywind,v表示。

60、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了储能系统总成本、供电可靠性以及新能源消纳率的计算公式，用于确定储能最优配置方案和新能源消纳情况。