一种综合考虑配电网与并网微电网收益协同的储能规划方法与流程

本发明涉及配电网与并网微电网规划，具体是一种综合考虑配电网与并网微电网收益协同的储能规划方法。

背景技术：

1、由于能源环境问题日益严重，节能减排成为各国发展的共识。新能源的使用成为解决能源问题的重要方法，新能源具有清洁无污染，可再生以及安装方便的优点，得到了广泛的应用，同时，新能源具有随机性，间歇性和波动性的特点，对电网的安全经济运行带来了挑战。

2、由于储能系统(energy storage system,ess)具有快速功率调节能力，在峰谷套利，可再生能源出力波动平滑，削峰填谷等方面有巨大的作用。储能系统可以应对大规模新能源接入后的不确定问题，目前已有政策规定新能源场站需要配置一定比例的储能，用来平滑输出从而减少新能源出力特性对电网的影响，此外，对于配电网，配置电网侧储能不仅可以提高配电网灵活调节能力和安全可靠性，还可以实现峰谷套利，提高配电网运行效益。

3、近年来，国内外学者已提出许多优化配置和规划并网微电网和配电网储能的方案，然而，目前的研究只针对并网微电网配储能或配电网配储能进行规划，未考虑双方博弈，导致储能系统冗余配置或闲置等问题，而配电网储能和并网微电网储能运行方式相互影响，双方的利益是高度耦合的，因此有必要充分考虑两个应用场景下储能利益博弈的问题，实现储能系统高效配置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种综合考虑配电网与并网微电网收益协同的储能规划方法，此方法以配电网和并网微电网利益最大化为目标，在该目标下进行配电网和并网微电网储能的合理规划，并采用带权极小模理想点法将多目标函数转化为单目标函数，对双方的利益进行平衡，使得双方的综合收益达到最大。

2、为实现本发明目的，提供的技术方案包括以下步骤：

3、1)对并网微电网和配电网配置储能后的利益博弈进行分析，分析内容配电网包含配电网储能的投资成本f4、购电成本、售电收益f1，配电网购电成本为向上级购电成本f2，向并网微电网购电成本f3.、配电网的弃风、光惩罚f5；

4、对于并网微电网，包含并网微电网储能的投资成本f6、并网微电网售电成本即配电网向并网微电网的购电成本f3；

5、2)考虑到配电网与并网微电网的各自特点，根据获取的规划相关数据，建立微电网和配电网的利益模型；

6、3)考虑并网微电网与配电网双方综合利益最大化，建立并网微电网与配电网利益的协调规划模型，并采用带权极小模理想点法来进行多个子目标的组合，将原来追求各自利益最大的多目标规划转化为追求综合利益最大的单目标规划模型，实现双方综合利益最大化；

7、4)根据建立的并网微电网与配电网追求综合利益最大的单目标规划模型，得出并网微电网与配电网储能协同规划方法，根据规划结果确定并网微电网与配电网的储能规划方案。

8、进一步地，根据配电网与并网微电网运行特性，并网微电网与配电网的利益博弈具体分析如下：

9、配电网储能在为配电网进行削峰填谷套利的同时，由于与负荷进行配合，形成的等效负荷对原负荷进行改变，从而影响到了并网微电网的售电量以及弃风、光量，影响了并网微电网的利益，并网微电网储能在平滑输出的同时与分布式风、光电源出力配合，形成等效电源改变了配电网的购电量以及弃风、光成本和注入电网功率的平滑效果，从而改变电网的收益，因此，双方的储能在配置的过程中，不仅影响自身的收益，同时影响对方的收益。

10、各储能在运行中不只可以为各自的所有者带来收益，还可以为对方带来收益。配电网储能与本地负荷叠加得到综合负荷，使得削峰填谷后的综合负荷的高峰和低谷限制在一个合理的范围内，当负荷处于峰值时，配电网储能放电，使得综合负荷减小，减少向上级电网购电量，提高配电网收益，当并网微电网出力大于负荷值时，配电网储能充电，提高综合负荷值，从而减少弃风、光，减少自身因为弃风、光得到的惩罚，提高配电网的收益，同时由于弃风、光减少，并网微电网可以利用的分布式风、光电源能量增加，同时提高并网微电网收益，并网微电网储能在分布式风、光电源出力高于负荷时充电，将多余的分布式风、光电源出力转移到储能中，减少弃风、光，提高并网微电网效益，当负荷需求大于并网微电网出力时，并网微电网储能放电满足部分负荷需求，减少配电网向上级电网购电量，提高配电网收益，通过协调各自储能的出力，不仅可以满足自身的收益，也可以使得对方收益得到一定满足，对配电网储能和并网微电网储能进行协调规划，可以使二者的储能得到充分的利用。

11、双方的利益在一致的同时还存在一定的冲突，当并网微电网向配电网的售电量增加时，配电网成本增加，收益降低，并网微电网的成本降低，当弃风、光量增加时，配电网向并网微电网支付惩罚费用，配电网的收益降低，并网微电网的收益增加。并网微电网的储能在分布式风、光电源出力大于配电网储能与负荷叠加的综合负荷的时候，通过并网微电网储能储存多余出力避免弃风、光，将本来要弃掉的分布式风、光电源电量出售给电网增加并网微电网收益，同时并网微电网弃掉的能量会导致对配电网的惩罚并且支付给并网微电网同时也会增加并网微电网的收益，需要通过调节两个储能的出力确定合适的弃风、光量平衡两种收益最大化新能源场站的收益。

12、进一步地，考虑各种因素影响并根据并网微电网与配电网双方的利益目标，建立并网微电网与配电网的利益模型如下：

13、1)配电网利益模型

14、配电网利益最优的目标函数为：

15、fgrid＝f1-f2-f3-f4-f5 (1)

16、上式，fgrid为配电网收益，f1为配电网的售电收益，f2为配电网向上级电网的购电支出，f3为配电网向并网微电网的购电成本，f4为配电网储能的投资成本，f5为配电网的弃风、光惩罚，f6为并网微电网储能的投资成本。

17、配电网的售电收益为：

18、

19、pload.s.t为s场景t时段的负荷，nt为一天的总时段数，ts为s场景的天数，ns为一天中场景s的个数，tt为每时段的间隔时间。c1.s.t为配电网售电的电价。

20、配电网向上级电网的购电支出为：

21、

22、其中，pload.ess.s.t为s场景t时段配电网储能与负荷叠加的净负荷。c2.s.t为配电网向上级电网的购电电价。

23、配电网向并网微电网的购电成本：

24、

25、其中，nt为一天的总时段数，ts为s场景的天数，c3为配电网向dg运营商的购电电价，tt为每时段的间隔时间，pdg.ess.s.t为s场景t时段并网微电网储能与风、光电源出力叠加的出力。

26、配电网储能的投资成本为：

27、

28、其中，cp为单位储能功率容量的投资费用，ce为单位储能能量容量的投资费用，y为储能的全寿命周期，r为贴现率，prated1为并网微电网储能的额定功率，erated1为并网微电网储能的额定功率，prated2为配电网储能的额定功率，erated2为配电网储能的额定功率。

29、配电网的弃风、光惩罚为：

30、f5＝plossfloss.dn (6)

31、当并网微电网的输出大于综合负荷值时，多余能量通过储能充电进行吸收，如果此时储能满充或者充电功率越限，不能将电能完全吸收，多余的发电量弃掉，floss.dn为配电网弃风光能量，ploss为弃风、光能量单价。

32、2)并网微电网利益模型

33、并网微电网利益组成如下：

34、fmg＝f3-f6+f5 (7)

35、并网微电网向配电网的售电收益为：

36、

37、其中，nt为一天的总时段数，ts为s场景的天数，c3为配电网向dg运营商的购电电价，tt为每时段的间隔时间，pdg.ess.s.t为s场景t时段并网微电网储能与风、光出力叠加的综合出力。

38、并网微电网的弃风、光惩罚为：

39、f7＝plossfloss.fp (9)

40、floss.fp为并网微电网弃风光能量。

41、并网微电网储能的投资成本为：

42、

43、进一步地，考虑配电网和并网微电网的利益，对二者进行利益协调，使得双方的综合利益达到最大，建立并网微电网与配电网利益的协调规划模型，并采用带权极小模理想点法，将原来追求各自利益最大的多目标规划转化为追求综合利益最大的单目标规划模型，具体模型如下：

44、采用带权极小模理想点法来进行多个子目标的组合，其组合后的单目标函数如下：

45、

46、其中，f为组合后的单目标函数“*”代表理想点，λ1和λ2分别为并网微电网收益和配电网收益的权重系数，fmg和分别为并网微电网收益的实际值和理想值，fgrid和分别为配电网收益的实际值和理想值。

47、储能系统约束为：

48、soct+1＝soct+pess.s.t(t)δt   (12)

49、

50、|pess.s.t(t)|≤prated   (14)

51、0.2≤soct≤0.8   (15)

52、

53、soct和soct+1分别为t时刻和t+1时刻的储能荷电状态，pess.s.t(t)为s场景t时刻的输出功率，δt为时间间隔，et为t时刻储能的能量，erated为储能的额定容量，prated为储能最大输出功率限制，socs.1和分别为一天中初时刻储能荷电状态和最终时刻荷电状态。

54、联络线功率波动约束为：

55、δpgrid.s.t.max≤pref   (17)

56、δpgrid.s.t.max为s场景t相邻时刻功率波动的最大值，pref为最大功率波动限值。

57、节点电压约束为：

58、vmin≤vs.t.b≤vmax   (18)

59、vs.t.b为节点电压幅值，vmin为节点电压下限，vmax为节点电压上限。

60、支路功率约束为：

61、plj≤plj max   (19)

62、plj为支路j的有功功率，pljmax为支路j的有功功率的最大值。

63、潮流方程约束为：

64、

65、

66、pi.t.s为节点i在s场景t时段注入的有功功率，qi.t.s为节点i在s场景t时段注入的无功功率，ui.t.s为节点i在s场景t时段的节点电压，uj.t.s为节点j在s场景t时段的节点电压，gij和bij分别为节点i和节点j之间的导纳实部与虚部，θij.t.s为s场景t时段节点i和节点j之间的电压相角差。

67、关口功率上下限约束为：

68、p0.min≤p0.t≤p0.max   (22)

69、p0.t为时段从主网注入配电网的有功功率，p0.min为注入配电网的有功功率最小限制，p0.max为注入配电网的有功功率最大限制。

70、本发明的有益效果：本发明提供的这种综合考虑配电网与并网微电网收益协同的储能规划方法，充分考虑双方的利益和配电网和并网微电网储能利益博弈问题，对网侧和场站侧储能优化配置，对并网微电网和配电网储能的利益博弈进行说明，通过对分布式风、光出力波动，弃风、光惩罚以及并网微电网和配电网利益的分析，建立了配电网和并网微电网储能运行利益模型。其次，以双方各自收益达到最大为目标，并采用带权极小模理想点法将多目标函数转化为单目标函数，并考虑储能运行约束，储能荷电状态约束，联络线功率波动约束等，对双方的利益进行平衡，使得双方的综合收益达到最大，最后，通过不同网架结构仿真分析证明了对配电网和并网微电网储能同时进行配置会提高双方的综合收益。本发明可靠性高，实用性好，具有较高的社会价值及应用前景。