一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法与流程

本发明涉及混合储能系统优化配置，尤其涉及一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统成为了我国能源低碳转型的重要抓手。然而，受可再生能源出力不确定性的影响，大规模可再生能源接入电力系统后对于系统的稳定运行提出了巨大考验，严重的弃风弃光问题也亟需解决，电化学电池储能技术是解决以上问题的重要手段。锂离子电池能量密度高、寿命长、环保无污染,成为当前主流的储能技术，但存在安全性、低温性能差等缺点；而液流电池具有安全可靠、生命周期内性价比高、环境友好、循环寿命长等优点，电池的功率和容量是相互独立的,可实现功率和容量的分离,可通过增加储液罐的容量来扩大容量，但液流电池存在能量密度低、成本较高等缺点。

2、因此，针对不同的电化学电池技术特性，可以考虑采用响应速度快的锂离子电池和存储容量大的液流电池进行混合配置，构建锂电-液流电池混合储能系统，实现两种储能技术间的优势互补。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决大规模可再生能源并网对电力系统产生巨大影响的问题，而提出的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，采用分层优化模式，分别以综合成本最小为上层目标，以运行成本最小为下层目标构建双层容量优化配置模型，将配置和运行两个不同时间尺度的问题进行分层优化，避免了时间尺度的混乱，在一定程度上降低了可再生能源并网对电力系统造成的影响。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，包括以下具体步骤：

4、s1：建立锂电-液流电池混合储能系统模型：

5、s1a：由充放电功率表示的锂离子电池荷电状态为：

6、

7、s1b：液流电池数学模型与锂离子电池相似，通过荷电状态表示为：

8、

9、s2：构建锂电-液流电池混合储能双层容量优化配置模型：

10、s2a：影响上层优化的变量为混合储能系统的配置情况，包括配置容量、配置储能类型以及设备最大输入和输出功率，目标函数为：

11、minccom＝cinv+cope；

12、s2b：为解决混合储能系统中不同设备寿命折旧不同的问题，模型中均以“日”作为周期进行结算，以便于对所构建模型进行验证，从而cinv由混合储能系统中液流电池储能和锂离子电池储能的日投资成本决定，受各储能系统设备购置成本、维护成本和替换成本影响，具体为：

13、cinv＝cinv,fb+cinv,li

14、cinv,fb＝cb,fb+cm,fb+ca,fb

15、cinv,li＝cb,li+cm,li+ca,li；

16、s2c：通过上层优化模型确定了以总投资成本最小为目标的储能配置情况，包括混合储能系统的功率和容量，在此基础上，下层优化主要考虑混合储能系统实际运行中的综合运行成本，包括设备出力成本、弃风弃光惩罚成本、电网购电成本，目标函数为混合储能系统综合运行成本最小，具体为：

17、mincope＝csto+fpun+cbuy

18、csto＝csto,li+csto,fb

19、csto,li＝cp,lipall,li+cs,lisall,li

20、csto,fb＝cp,fbpall,fb+cs,fbsall,fb

21、

22、作为本发明的进一步技术方案，所述s1a中，式中：sli(t)、sli(t0)分别表示在t时刻和t0时刻的锂离子电池储电情况；pli,c、pli,d分别表示锂离子电池的充放电功率；δli,c、δli,d分别表示锂离子电池充放电过程的效率。

23、作为本发明的进一步技术方案，所述s1b中，式中：sfb(t)、sfb(t0)分别表示在t时刻和t0时刻的液流电池储电情况；pfb,c、pfb,d分别表示液流电池的充放电功率；δfb,c、δfb,d分别表示液流电池充放电过程的效率。

24、作为本发明的进一步技术方案，所述s2a中，式中：ccom为混合储能系统的综合成本；cinv为混合储能系统的总投资成本；cope为混合储能系统的综合运行成本。

25、作为本发明的进一步技术方案，所述s2b中，式中：cinv,fb为液流电池储能投资成本；cinv,li为锂离子电池储能投资成本；cb,fb、cm,fb、ca,fb分别为液流电池储能的设备初始购置成本、设备维护成本、设备替换成本；cb,li、cm,li、ca,li分别为锂离子电池的设备初始购置成本、设备维护成本、设备替换成本。

26、作为本发明的进一步技术方案，所述s2c中，式中：csto为混合储能系统出力成本；fpun为弃风弃光惩罚成本；cbuy为电网购电成本；csto,li为锂离子电池储能运行成本；csto,fb为液流电池储能运行成本；pall,li、pall,fb分别为锂离子电池和液流电池典型日内的总运行功率；cp,li、cp,fb分别为锂离子电池和液流电池的单位功率成本；cs,li、cs,fb分别为锂离子电池和液流电池的单位容量成本，均折算为“日”成本参与计算；sall,li为锂离子电池的日充放电量；sall,fb为液流电池的日充放电量；μw、μpv分别为弃风和弃光单位惩罚成本；分别为t时刻系统内风电和光伏的实际输入功率；分别为t时刻风电和光伏机组的输出功率；ce,t为t时刻的分时电价，pbuy,t为t时刻电网购电功率。

27、本发明的有益效果为：

28、1.本发明使得系统相较于场景1和场景2，电网购电成本分别降低了43.93％和21.41％，弃风弃光惩罚成本分别降低了93.53％和87.36％，综合成本相较于场景1和场景2降低了1.30％和4.75％。

29、2.本发明提出的方法可以有效解决风光消纳问题，效果显著优于仅配置单一功率型或容量型储能，配置的综合成本更低。

技术特征：

1.一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，所述s1a中，式中：sli(t)、sli(t0)分别表示在t时刻和t0时刻的锂离子电池储电情况；pli,c、pli,d分别表示锂离子电池的充放电功率；δli,c、δli,d分别表示锂离子电池充放电过程的效率。

3.根据权利要求1所述的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，所述s1b中，式中：sfb(t)、sfb(t0)分别表示在t时刻和t0时刻的液流电池储电情况；pfb,c、pfb,d分别表示液流电池的充放电功率；δfb,c、δfb,d分别表示液流电池充放电过程的效率。

4.根据权利要求1所述的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，所述s2a中，式中：ccom为混合储能系统的综合成本；cinv为混合储能系统的总投资成本；cope为混合储能系统的综合运行成本。

5.根据权利要求1所述的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，所述s2b中，式中：cinv,fb为液流电池储能投资成本；cinv,li为锂离子电池储能投资成本；cb,fb、cm,fb、ca,fb分别为液流电池储能的设备初始购置成本、设备维护成本、设备替换成本；cb,li、cm,li、ca,li分别为锂离子电池的设备初始购置成本、设备维护成本、设备替换成本。

6.根据权利要求1所述的一种锂电-液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，其特征在于，所述s2c中，式中：csto为混合储能系统出力成本；fpun为弃风弃光惩罚成本；cbuy为电网购电成本；csto,li为锂离子电池储能运行成本；csto,fb为液流电池储能运行成本；pall,li、pall,fb分别为锂离子电池和液流电池典型日内的总运行功率；cp,li、cp,fb分别为锂离子电池和液流电池的单位功率成本；cs,li、cs,fb分别为锂离子电池和液流电池的单位容量成本，均折算为“日”成本参与计算；sall,li为锂离子电池的日充放电量；sall,fb为液流电池的日充放电量；μw、μpv分别为弃风和弃光单位惩罚成本；分别为t时刻系统内风电和光伏的实际输入功率；分别为t时刻风电和光伏机组的输出功率；ce,t为t时刻的分时电价，pbuy,t为t时刻电网购电功率。

技术总结
本发明涉及混合储能系统优化配置技术领域，为了解决大规模可再生能源并网对电力系统产生巨大影响的问题，具体公开了一种锂电‑液流电池混合储能系统双层容量优化配置方法，包括以下具体步骤：S1：建立锂电‑液流电池混合储能系统模型；S2：构建锂电‑液流电池混合储能双层容量优化配置模型。本发明使得系统相较于场景1和场景2，电网购电成本分别降低了43.93％和21.41％，弃风弃光惩罚成本分别降低了93.53％和87.36％，综合成本相较于场景1和场景2降低了1.30％和4.75％；可以有效解决风光消纳问题，效果显著优于仅配置单一功率型或容量型储能，配置的综合成本更低。

技术研发人员：单宏胜,姜强,欧阳博学,陈杰,吴添新,吴延资,贾杨洛桑
受保护的技术使用者：中国华电集团有限公司青海分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21