一种网侧储能最优容量核定方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统网侧规划领域，特别是涉及一种网侧储能最优容量核定方法及系统。


背景技术：

2.目前，电网侧新型储能发展以租赁模式为主，由电网公司建设储能后统一管理，以租赁或核定输配电价的形式为电力系统其他主体发挥作用。然而，一般政策建议在新能源场站配备10％-20％容量的储能电站，而网侧储能在系统中的容量核算还没有明确计算方法，缺乏有效的规划引导模型，导致我国目前电网侧储能项目发展受阻。为此，测算电网侧储能在高比例新能源电力系统的配置容量，对于网侧灵活性资源精准配置具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种网侧储能最优容量核定方法及系统，可准确测算出电网侧储能在电力系统的最优配置容量。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供了一种网侧储能最优容量核定方法，包括：
6.步骤1：获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；
7.步骤2：根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。
8.可选的，所述约束条件包括火电机组爬坡约束、火电机组最小开停机时间约束、火电机组出力约束、线路潮流约束、系统功率平衡约束、储能功率与容量约束、储能充放电启停约束、储能的充放电约束和储能电量约束。
9.可选的，所述目标函数，具体如下：
[0010][0011]
其中，c
ib
为储能设备的最优准入容量，和为储能设备k的额定功率和额定容量；i
inv,p
和i
inv,e
分别为储能设备k的单位功率参数和单位容量参数。
[0012]
可选的，所述储能电量约束，具体如下：
[0013][0014]
其中，soc
t,min
≤soc
t
≤soc
t,max
，soc
t
为t时刻储能系统的电荷量，soc
t-1
为t-1时刻储能系统的电荷量，分别为t时刻储能系统的充、放电效率，p
tcha
,p
tdis
分别为t
时刻储能系统的充、放电功率，soc
t,min
为t时刻储能系统的电荷量下限，soc
t,max
为t时刻储能系统的电荷量上限。
[0015]
可选的，所述储能功率与容量约束包括储能功率约束和储能容量约束；
[0016]
所述储能功率约束为：
[0017]
所述储能容量约束为：
[0018]
其中，p
load
为电力系统的总负荷；t
max
和t
min
为储能设备可持续放电时间的上下限，和分别为储能设备k的额定功率和额定容量，δ为系统储能规模不高于系统内总负荷的百分比。
[0019]
可选的，所述电力系统功率平衡约束，具体如下：
[0020][0021]
其中，ωg为火电机组的集合；ωw为风电机组的集合；ωe储能设备的集合；ω
l
为用电负荷的集合，分别为储能设备k在t时刻的充放电功率；为火电机组i在t时刻的出力；为风电机组w在t时刻的出力；为电力系统负荷j在t时刻的需求量。
[0022]
可选的，所述火电机组最小开停机时间约束，具体如下：
[0023][0024]
其中，t
ion
,t
ioff
分别为第i个火电机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间；u
i,t
为第i个火电机组的在t时刻的开关机状态，开机时u
i,t
＝1，关机时u
i,t
＝0。
[0025]
可选的，所述火电机组出力约束，具体如下：
[0026]ui,t
p
i,min
≤p
i,t
≤u
i,t
p
i,max
；
[0027]
其中，u
i,t
为第i个火电机组在t时刻的开关机状态；p
i,max
,p
i,min
分别为第i个火电机组的最大出力、最小出力。
[0028]
可选的，所述火电机组爬坡约束，具体如下：
[0029][0030]
其中，r
iu
,r
id
分别为第i个火电机组向上、向下的爬坡能力，为火电机组i在t时刻的出力，为第i个火电机组在t-1时刻的出力。
[0031]
本发明还提供了一种网侧储能最优容量核定系统，包括：
[0032]
参数获取模块，用于获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；
[0033]
容量计算模块，用于根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述
目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。
[0034]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0035]
本发明提供而来一种网侧储能最优容量核定方法及系统，方法包括：获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；约束条件根据各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据设置；目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；储能设备的最优准入容量根据储能设备的额定功率和额定容量求取。本发明通过对各机组出力以及储能设备充放电情况进行约束条件建模，采用最优准入容量规模的目标函数来确定储能设备在系统中的配置容量，为电力系统的储能容量的选择提供了精准的指导。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1为本发明实施例提供的网侧储能最优容量核定方法流程图；
[0038]
图2为本发明实施例提供的单日负荷曲线图；
[0039]
图3为本发明实施例提供的风电24h预计出力图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
本发明的目的是提供一种网侧储能最优容量核定方法及系统，可准确测算出电网侧储能在电力系统的最优准入容量。
[0042]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0043]
如图1所示，本发明提供了一种网侧储能最优容量核定方法，包括：
[0044]
步骤1：获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据。
[0045]
步骤2：根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。
[0046]
其中，电力系统的各火电机组参数火电机组所在节点、火电机组出力范围、发电函数、爬坡范围、启停参数；各风电机组参数为典型日内的风电预期出力曲线；储能设备参数包括储能充放电效率、充放电爬坡率；网络拓扑数据包括系统各节点参数、线路参数、传输线潮流参数；电力用户参数为典型日内各时段的负荷曲线。
[0047]
其中，在确定储能设备的最优准入容量规模之前，需要确定储能设备的单位功率参数、单位容量参数和预计运营年限，其中，储能设备的参数具体如表1所示：
[0048]
表1储能相关参数
[0049][0050]
在一些实施例中，根据储能设备的额定功率高和储能设备的额定容量最大为目标建立的目标函数，具体可以如下：
[0051][0052]
式中，c
ib
为储能设备的最优准入容量规模，和为储能设备k的额定功率和额定容量；i
inv,p
和i
inv,e
分别为储能设备k的单位功率参数和单位容量参数。
[0053]
在一些实施例中，所述约束条件包括火电机组爬坡约束、火电机组最小开停机时间约束、系统功率平衡约束、火电机组出力约束、线路潮流约束、储能功率与容量约束、储能充放电启停约束、储能的充放电约束和储能电量约束，各个约束条件具体可以如下：
[0054]
具体的，火电机组爬坡约束如下所示：
[0055][0056]
式中，分别为第i个火电机组向上、向下的爬坡能力，为火电机组i在t时刻的出力，为第i个火电机组在t-1时刻的出力。
[0057]
具体的，火电机组最小开停机时间约束如下所示：
[0058][0059]
式中，t
ion
,t
ioff
分别为第i个火电机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间；u
i,t
为第i个火电机组的开关机状态，开机时u
i,t
＝1，关机时u
i,t
＝0。
[0060]
具体的，火电机组出力约束如下所示：
[0061]ui,t
p
i,min
≤p
i,t
≤u
i,t
p
i,max
[0062]
p
i,min
≤p
i,t
+r
i,t
≤p
i,max
[0063]
式中，u
i,t
为第i个火电机组在t时刻的开关机状态；p
i,max
,p
i,min
分别为第i个火电
机组的最大出力、最小出力。
[0064]
具体的，线路潮流约束如下所示：
[0065][0066]
式中，ωg为火电机组的集合；ωw为风电机组的集合；ωe储能装置的集合；ω
l
为用电负荷的集合；δ
i,l
,δ
w,l
,δ
k,l
,δ
j,l
分别为第i个火电机组、第w个风电机组、储能设备k和负荷j对线路l的潮流分布因子；f
l
为线路l允许的最大传输功率。
[0067]
具体的，系统功率平衡约束如下所示：
[0068][0069]
式中，ωg为火电机组的集合；ωw为风电机组的集合；ωe储能装置的集合；ω
l
为用电负荷的集合，分别为储能设备k在t时刻的充放电功率；为火电机组i在t时刻的出力；为风电机组w在t时刻的出力；为电力系统负荷j在t时刻的需求量。其中，电力系统负荷可以从图2所示的单日用电负荷图中获取；风电机组出力可以从图3所示的风电24h预计出力图中获取。
[0070]
具体的，储能功率与容量约束如下所示：
[0071][0072]
式中，p
load
为区域内系统总负荷；t
max
和t
min
为投建储能可持续放电时间的上下限；和为储能k的额定功率和额定容量；δp为系统储能规模不高于系统内总负荷的百分比。
[0073]
具体的，储能充放电标志位约束(储能充放电启停约束)如下所示：
[0074][0075]
式中，为储能设备k在t时刻的充放电状态标记位，当为0时分别表示停止充电和停止放电，当为1时分别表示开始充电和开始放电。
[0076]
具体的，储能功率与容量约束包括储能功率约束如下所示：
[0077]
所述储能功率约束为：所述储能容量约束为：
[0078]
其中，p
load
为电力系统的总负荷；t
max
和t
min
为储能设备可持续放电时间的上下限，和分别为储能设备k的额定功率和额定容量，δp为系统储能规模不高于系统内总负荷的百分比。
[0079]
具体的，储能电量约束如下所示：
[0080][0081]
其中，soc
t,min
≤soc
t
≤soc
t,max
，soc
t
为t时刻储能系统的电荷量，soc
t-1
为t-1时刻
储能系统的电荷量，分别为t时刻储能系统的充、放电效率，p
tcha
,p
tdis
分别为t时刻储能系统的充、放电功率，soc
t,min
为t时刻储能系统的电荷量下限，soc
t,max
为t时刻储能系统的电荷量上限。
[0082]
在一些实施例中，储能容量核定模型可通过yalmp调用cplex求解，求得最优准入容量规模，其中包含二次决策变量的约束选用大m法转化。
[0083]
其中，储能设备调度决策模型中的目标函数可根据实际调度成本灵活选择和定制，约束条件可以根据实际需求进行添加和删减，可扩展性强。
[0084]
在一些实施例中，本发明还可以基于外部性理论来确定网侧储能最优容量。其中，外部性是经济学术语，外部性是指当一个行为的某些效益被给予或某些成本被强加给没有参加这一决策的人。外部性可分为正外部性(正外部性经济效应)和负外部性(负外部性经济效应)。正外部性是指某主体的生产或消费对他人有利而未向后者收费的现象；负外部性是指某主体的生产或消费损害他人利益而前者未补偿后者的现象。在电力市场环境中，网侧储能的充放电行为可能影响市场交易结果，从而对市场其他主体的产生影响，这种效应称为储能的外部性。基于外部性理论，一般把储能对市场其他参与者产生的超额收益计为储能的正外部性价值，对市场其他参与者产生的收益减损计为储能的负外部性价值。因此，依托外部性理论可以分析并测算网侧储能对其他市场成员的真实价值，对于研究储能投资规划和成本回收的过程具有理论指导作用。
[0085]
本发明还提供了一种网侧储能最优容量核定系统，包括：
[0086]
参数获取模块，用于获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据。
[0087]
容量计算模块，用于根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。
[0088]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0089]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，包括：步骤1：获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；步骤2：根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。2.根据权利要求1所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述约束条件包括火电机组爬坡约束、火电机组最小开停机时间约束、火电机组出力约束、线路潮流约束、系统功率平衡约束、储能功率与容量约束、储能充放电启停约束、储能的充放电约束和储能电量约束。3.根据权利要求1所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述目标函数，具体如下：其中，c
ib
为储能设备的最优准入容量，和为储能设备k的额定功率和额定容量；i
inv,p
和i
inv,e
分别为储能设备k的单位功率参数和单位容量参数。4.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述储能电量约束，具体如下：soc
t
＝soc
t-1
+(η
tcha
p
tcha-p
tdis
/η
tdis
)；其中，soc
t,min
≤soc
t
≤soc
t,max
，soc
t
为t时刻储能系统的电荷量，soc
t-1
为t-1时刻储能系统的电荷量，η
tcha
,η
tdis
分别为t时刻储能系统的充、放电效率，p
tcha
,p
tdis
分别为t时刻储能系统的充、放电功率，soc
t,min
为t时刻储能系统的电荷量下限，soc
t,max
为t时刻储能系统的电荷量上限。5.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述储能功率与容量约束包括储能功率约束和储能容量约束；所述储能功率约束为：所述储能容量约束为：其中，p
load
为电力系统的总负荷；t
max
和t
min
为储能设备可持续放电时间的上下限，和分别为储能设备k的额定功率和额定容量，δ为系统储能规模不高于系统内总负荷的百分比。6.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述电力系统功率平衡约束，具体如下：
其中，ω
g
为火电机组的集合；w为风电机组的集合；ω
e
储能设备的集合；ω
l
为用电负荷的集合；分别为储能设备k在t时刻的充放电功率；为火电机组i在t时刻的出力；为风电机组w在t时刻的出力；为电力系统负荷j在t时刻的需求量。7.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述火电机组最小开停机时间约束，具体如下：其中，t
ion
,t
ioff
分别为第i个火电机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间；u
i,t
为第i个火电机组的在t时刻的开关机状态，开机时u
i,t
＝1，关机时u
i,t
＝0。8.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述火电机组出力约束，具体如下：u
i,t
p
i,min
≤p
i,t
≤u
i,t
p
i,max
；其中，u
i,t
为第i个火电机组在t时刻的开关机状态；p
i,max
,p
i,min
分别为第i个火电机组的最大出力、最小出力。9.根据权利要求2所述的网侧储能最优容量核定方法，其特征在于，所述火电机组爬坡约束，具体如下：其中，r
iu
,r
id
分别为第i个火电机组向上、向下的爬坡能力，为火电机组i在t时刻的出力，为第i个火电机组在t-1时刻的出力。10.一种基于风火储联合运行指标最优的储能设备决策系统，其特征在于，包括：参数获取模块，用于获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；容量计算模块，用于根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；所述储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；所述约束条件根据各所述火电机组参数、各所述风电机组参数、所述储能设备参数、所述电力用户参数和所述网络拓扑数据设置；所述目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；所述储能设备的最优准入容量根据所述储能设备的额定功率和额定容量求取。

技术总结
本发明公开一种网侧储能最优容量核定方法及系统，涉及电力系统网侧规划领域，方法包括：获取电力系统的各火电机组参数、各风电机组参数、储能设备参数、电力用户参数和网络拓扑数据；根据储能容量核定模型，确定储能设备的最优准入容量；储能容量核定模型包括约束条件和目标函数；其中，目标函数为以储能设备的额定功率越高和额定容量越大为目标建立的函数；储能设备的最优准入容量根据储能设备的额定功率和额定容量求取。本申请通过对系统内各机组出力以及储能设备充放电情况进行约束条件建模，采用准入容量规模最优的目标函数来确定储能设备在系统中的配置容量，为电力系统网侧的储能容量的选择提供了精准的指导。侧的储能容量的选择提供了精准的指导。侧的储能容量的选择提供了精准的指导。


技术研发人员：张柏林 邵冲 魏博 刘文飞 刘克权 杨勇 郝如海 徐宏雷 牛浩明 张旭军 陈仕彬 祁莹 谢映洲 牛甄 赵进国
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/22