一种分布式储能接入配电网集群方法与流程

1.本发明涉及配电网技术领域，具体涉及一种分布式储能接入配电网集群方法。


背景技术：

2.分布式电源大规模接入配电网，可能会导致配电网面临峰谷差增大、调度困难等问题，因此有必要对接入配电网的分布式储能资源进行集群调控，提高分布式电源消纳和储能系统经济性。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种分布式储能接入配电网集群方法，解决了分布式储能大规模接入配电网时的能量调度问题，可以有效提高大规模分布式储能集群与配套设备协调优化模型的求解速度和储能系统的经济性，以满足分布式储能参与电网调节的需求，提高储能系统的经济性，适应新型配电网的发展。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种分布式储能接入配电网集群方法，包括：
5.一种分布式储能接入配电网集群方法，其特征在于，包括：
6.步骤s1，获取配电网及接入其中的分布式储能的相关参数；
7.步骤s2，根据步骤s2获得的相关参数，建立分布式储能集群的运行模型；
8.步骤s3，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分；
9.步骤s4，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在步骤s3对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力。
10.特别的，所述步骤s1中，配电网及接入其中的分布式储能的相关参数具体包括：
11.第i小时风速：vi；
12.第i小时辐射照度：wi；
13.t时段流经馈线(i,j)及(j,k)的有功功率分别为p
ij,t
、p
jk,t
；
14.线路(i,j)的电阻：r
ij
；线路(i,j)的电抗x
ij
；
15.节点i的电压幅值：u
i,t
；
16.单个分布式储能的额定容量：e
soc
；
17.单个分布式储能的额定功率：p
ess
；
18.分布式储能荷电状态上限：e
soc,max
、分布式储能荷电状态下限e
soc,min
；
19.分布式储能充电效率：ηc、分布式储能放电效率ηd。
20.特别的，所述步骤s2中，建立分布式储能集群的运行模型参数的计算方法为：
21.设定运行边界约束；
22.设定充放电约束；
23.设定充放电改变次数约束；
24.对t时刻储能系统的剩余容量以及荷电状态进行约束。
25.特别的，设定运行边界约束具体为：
26.假定分布式储能集群以公共连接点pcc向电网输出功率为正方向，综合考虑其有功和无功特性，运行边界约束如下：
[0027][0028][0029][0030][0031]
式中：εi为0-1变量，εi＝1表示节点i处连有分布式储能系统bess，εi＝0表示节点i处未连有分布式储能系统bess；为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的无功功率，为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的有功功率，为换流器的额定容量；u
c,t
为t时刻的充电标志位，即储能系统充电时为1，不充电时为0；u
d,t
为t时刻的放电标志位，即储能系统放电时为1，不放电时为0。p
c,t
为t时刻的实际充电功率；p
d,t
为t时刻的实际放电功率；p
c,max
为最大充电功率；p
d,max
为最大放电功率。
[0032]
特别的，使得一个完整的充电周期内保证储能充电电量与储能放电电量需一致：
[0033][0034]
式中：tn为一个完整的充放电周期时段数；
[0035]
特别的，设定充放电改变次数约束具体为：
[0036][0037]
式中：n
limit
为充、放电改变次数上限；
[0038]
按照时间顺序根据充放电功率大小进行累积计算，如下式所示：
[0039][0040]
式中：ηc为储能系统的充电效率；ηd为放电效率；δt为充放电时间间隔。
[0041]
特别的，对t时刻储能系统的剩余容量以及荷电状态进行约束具体为：
[0042]smines
≤e
soc,t
≤s
maxes
[0043]
式中：e
soc,t
为t时刻的储能剩余容量；es为储能的额定容量；s
min
为最小荷电状态；s
max
为最大荷电状态。
[0044]
特别的，所述步骤s3中，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分的方法为：
[0045]
首先采用牛顿-拉夫逊法计算出各节点电压灵敏度，并依此进行空间电气距离的计算，具体公式如下：
[0046][0047][0048]
式中：s
ij
为灵敏度矩阵中第i行第j列的元素，由潮流计算中雅可比矩阵求逆可求得各节点电压灵敏度：max,j(s
ij
)表示灵敏度矩阵中第j列元素中的最大值；d
ij
为节点i与节点j之间的电气距离；n为系统节点数；
[0049]
模块度指标指的是在网络中任选两节点，其落入同一区域的概率，其表达式为：
[0050][0051][0052]
式中：m为网络中所有边权之和；ki为节点i相连边的边权之和；kj为与节点j相连边的边权之和；f1为模块度指标；
[0053]
采用基于净功率的形式定义有功功率平衡度指标：
[0054][0055][0056]
式中：为第ck个集群的有功功率平衡度指标；t为场景的时间尺度；为第ck个集群t时刻的净功率值；f2为有功功率平衡度指标；c为集群总数；定义集群ck的净功率小于0的部分为集群富于功率；
[0057]
建立如下考虑综合指标电网集群划分模型：
[0058]
f＝λ1f1+λ2f2[0059]
式中：λ1和λ2分别为不同指标的权重系数，其中λ1+λ2＝1。
[0060]
特别的，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力的方法为：
[0061]
配电网租赁储能在新能源大发期存储电能，并用以支撑其高峰负荷，其优化目标函数为既定配置下储能日运行效益最优：
[0062]
maxf
p
＝f
dg
+f
loss
[0063]
式中：f
p
为储能运行带来的收益；f
dg
为储能额外消纳新能源带来的售电收益；f
loss
为储能运行带来的网损收益；
[0064]
1)消纳新能源售电收益f
dg
[0065]
储能消纳新能源的售电收益为储能吸收倒送功率并在负荷高峰时段释放带来的售电收益：
[0066]fdg
＝f
sale-f
buy
[0067][0068][0069]
式中：f
sale
为储能释放电能带来的售电收益；f
buy
为储能充电购电费用，当储能运行在新能源消纳区域时为0；p
ess,c,k
(t)为t时刻储能k的充电功率；p
ess,d,k
(t)为t时刻储能k的放电功率；ne为储能接入总数；m(t)为t时刻从主网购电的分时电价；δt为时间间隔，δt＝15min；
[0070]
2)储能运行减小网损的收益f
loss
[0071]floss
＝f
loss1-f
loss2
[0072][0073][0074]
式中：f
loss1
为储能接入前网损费用；f
loss2
为储能接入后网损费用；p
loss,n
(t)为配电网第n条支路原始网络有功损耗；p
loss-ess,n
(t)为该支路在储能接入后的网络有功损耗；n
l
为支路总数；网损收益为储能接入前、后系统网络损耗减少量所带来的收益；
[0075]
以上所建立的配电网租赁储能运营模型为凸模型，代入相关数据后，可以通过分支定界法高效求解。
[0076]
本发明的有益效果：
[0077]
本发明通过建立分布式储能集群的运行模型，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分；建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在步骤s3对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力；能够对接入配电网的分布式储能资源进行集群调控，提高分布式电源消纳和储能系统经济性。
附图说明
[0078]
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0079]
图1本发明实施例一种分布式储能接入配电网集群方法的流程示意图。
具体实施方式
[0080]
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
[0081]
请参照图1所示，本发明实施例提供一种分布式储能接入配电网集群方法，包括：
[0082]
步骤s1，获取配电网及接入其中的分布式储能的相关参数；相关参数具体包括：
[0083]
第i小时风速：vi；
[0084]
第i小时辐射照度：wi；
[0085]
t时段流经馈线(i,j)及(j,k)的有功功率分别为p
ij,t
、p
jk,t
；
[0086]
线路(i,j)的电阻：r
ij
；线路(i,j)的电抗x
ij
；
[0087]
节点i的电压幅值：u
i,t
；
[0088]
单个分布式储能的额定容量：e
soc
；
[0089]
单个分布式储能的额定功率：p
ess
；
[0090]
分布式储能荷电状态上限：e
soc,max
、分布式储能荷电状态下限e
soc,min
；
[0091]
分布式储能充电效率：ηc、分布式储能放电效率ηd。
[0092]
步骤s2，建立分布式储能集群的运行模型；
[0093]
步骤s3，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分；
[0094]
步骤s4，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力。
[0095]
(1)分布式储能集群运行模型
[0096]
首先建立分布式储能集群的运行模型，假定分布式储能集群以公共连接点(point of common coupling，pcc)向电网输出功率为正方向，综合考虑其有功和无功特性，运行边界约束如下：
[0097][0098][0099][0100][0101]
式中：εi为0-1变量，εi＝1表示节点i处连有分布式储能系统bess，εi＝0表示节点i处未连有分布式储能系统bess；为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的无功功率，为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的有功功率，为换流器的额定容量；u
c,t
为t时刻的充电标志位，即储能系统充电时为1，不充电时为0；u
d,t
为t时刻的放电标志位，即储能系统放电时为1，不放电时为0。p
c,t
为t时刻的实际充电功率；p
d,t
为t时刻的实际放电功率；p
c,max
为最大充电功率；p
d,max
为最大放电功率。
[0102]
一个完整的充电周期内，需保证储能系统起始时刻的剩余电量与终止时刻的剩余电量相等，即在一个周期内，储能充电电量与储能放电电量需一致。
[0103]
[0104]
式中：tn为一个完整的充放电周期时段数。
[0105]
同时，为了延长bess的使用寿命，通常会限制储能的充、放电改变次数。
[0106][0107]
式中：n
limit
为充、放电改变次数上限。
[0108]
分布式储能集群的荷电状态(state of charge，soc)在时序上具有绝对的连续性，它严格按照时间顺序根据充放电功率大小进行累积计算，如下式所示：
[0109][0110]
式中：ηc为储能系统的充电效率；ηd为放电效率；δt为充放电时间间隔。
[0111]
储能系统的寿命一般与充放电深度相关，过充过放都会增加储能系统的寿命损耗，所以需要对t时刻储能系统的剩余容量以及荷电状态进行约束：
[0112]smines
≤e
soc,t
≤s
maxes
ꢀꢀ
(8)
[0113]
式中：e
soc,t
为t时刻的储能剩余容量；es为储能的额定容量；s
min
为最小荷电状态；s
max
为最大荷电状态。
[0114]
(2)配电网集群划分
[0115]
配电网集群划分综合性能指标包括结构性与功能性。模块度是衡量网络结构强度的常用指标，在配电网中多采用基于电气距离的模块度指标来衡量电力网络划分的结构强度。有功功率平衡度是指集群内部源荷有功功率的平衡能力。本专利综合模块度和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分，以保证策略能够有效提高新能源消纳比例。
[0116]
1)基于电气距离的模块度指标
[0117]
本专利采用基于电气距离权重的模块度定义方式。首先采用牛顿-拉夫逊法计算出各节点电压灵敏度，并依此进行空间电气距离的计算，具体公式如下：
[0118][0119][0120]
式中：s
ij
为灵敏度矩阵中第i行第j列的元素，由潮流计算中雅可比矩阵求逆可求得各节点电压灵敏度：max,j(s
ij
)表示灵敏度矩阵中第j列元素中的最大值；d
ij
为节点i与节点j之间的电气距离；n为系统节点数。
[0121]
模块度指标指的是在网络中任选两节点，其落入同一区域的概率。其表达式为：
[0122][0123][0124]
式中：m为网络中所有边权之和；ki为节点i相连边的边权之和；kj为与节点j相连边
的边权之和；f1为模块度指标。
[0125]
为表示在一定时间尺度下集群内部源荷匹配程度，采用基于净功率的形式定义有功功率平衡度指标。
[0126][0127][0128]
式中：为第ck个集群的有功功率平衡度指标；t为场景的时间尺度；为第ck个集群t时刻的净功率值；f2为有功功率平衡度指标；c为集群总数。定义集群ck的净功率小于0的部分为集群富于功率。
[0129]
综合系统整体模块度、有功功率平衡度等因素，以系统的划分方式为变量，在尽可能实现各集群区域自治调控的基础上，建立如下考虑综合指标电网集群划分模型。
[0130]
f＝λ1f1+λ2f2ꢀꢀ
(15)
[0131]
式中：λ1和λ2分别为不同指标的权重系数，其中λ1+λ2＝1。
[0132]
(3)配电网租赁分布式储能集群运营模型
[0133]
随着负荷的增长以及电动汽车的大量接入，部分地区配电变在节假日用电高峰期出现重过载。为了保证供电可靠性，电网公司需要进行电网改造，但投资大、时间长，通过配网改造来解决天数少、时间短等特殊时期的供电问题经济性较差，因此通过租赁储能可简单高效地延缓配网升级改造并减少弃负荷风险。基于此，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型。
[0134]
配电网租赁储能在新能源大发期存储电能，并用以支撑其高峰负荷，其优化目标函数为既定配置下储能日运行效益最优：
[0135]
maxf
p
＝f
dg
+f
loss
ꢀꢀ
(16)
[0136]
式中：f
p
为储能运行带来的收益；f
dg
为储能额外消纳新能源带来的售电收益；f
loss
为储能运行带来的网损收益。
[0137]
1)消纳新能源售电收益f
dg
[0138]
储能消纳新能源的售电收益为储能吸收倒送功率并在负荷高峰时段释放带来的售电收益。
[0139]fdg
＝f
sale-f
buy
ꢀꢀ
(17)
[0140][0141][0142]
式中：f
sale
为储能释放电能带来的售电收益；f
buy
为储能充电购电费用，当储能运行在新能源消纳区域时为0；p
ess,c,k
(t)为t时刻储能k的充电功率；p
ess,d,k
(t)为t时刻储能k的放电功率；ne为储能接入总数；m(t)为t时刻从主网购电的分时电价；δt为时间间隔，此处取15min。
[0143]
2)储能运行减小网损的收益f
loss
[0144]floss
＝f
loss1-f
loss2
ꢀꢀ
(20)
[0145][0146][0147]
式中：f
loss1
为储能接入前网损费用；f
loss2
为储能接入后网损费用；p
loss,n
(t)为配电网第n条支路原始网络有功损耗；p
loss-ess,n
(t)为该支路在储能接入后的网络有功损耗；n
l
为支路总数。网损收益为储能接入前、后系统网络损耗减少量所带来的收益。
[0148]
以上所建立的配电网租赁储能运营模型为凸模型，代入相关数据后，可以通过分支定界法高效求解。
[0149]
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分布式储能接入配电网集群方法，其特征在于，包括：步骤s1，获取配电网及接入其中的分布式储能的相关参数；步骤s2，根据步骤s2获得的相关参数，建立分布式储能集群的运行模型；步骤s3，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分；步骤s4，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在步骤s3对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，配电网及接入其中的分布式储能的相关参数具体包括：第i小时风速：v
i
；第i小时辐射照度：w
i
；t时段流经馈线(i,j)及(j,k)的有功功率分别为p
ij,t
、p
jk,t
；线路(i,j)的电阻：r
ij
；线路(i,j)的电抗x
ij
；节点i的电压幅值：u
i,t
；单个分布式储能的额定容量：e
soc
；单个分布式储能的额定功率：p
ess
；分布式储能荷电状态上限：e
soc,max
、分布式储能荷电状态下限e
soc,min
；分布式储能充电效率：η
c
、分布式储能放电效率η
d
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，建立分布式储能集群的运行模型参数的计算方法为：设定运行边界约束；设定充放电约束；设定充放电改变次数约束；对t时刻储能系统的剩余容量以及荷电状态进行约束。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设定运行边界约束具体为：假定分布式储能集群以公共连接点pcc向电网输出功率为正方向，综合考虑其有功和无功特性，运行边界约束如下：无功特性，运行边界约束如下：无功特性，运行边界约束如下：无功特性，运行边界约束如下：式中：ε
i
为0-1变量，ε
i
＝1表示节点i处连有分布式储能系统bess，ε
i
＝0表示节点i处未连有bess；为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的无功功
率，为时刻t接在公共连接点pcc上的分布式储能系统bess发出或吸收的有功功率，为换流器的额定容量；u
c,t
为t时刻的充电标志位，即储能系统充电时为1，不充电时为0；u
d,t
为t时刻的放电标志位，即储能系统放电时为1，不放电时为0。p
c,t
为t时刻的实际充电功率；p
d,t
为t时刻的实际放电功率；p
c,max
为最大充电功率；p
d,max
为最大放电功率。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设定充放电约束具体为：使得一个完整的充电周期内保证储能充电电量与储能放电电量需一致：式中：t
n
为一个完整的充放电周期时段数。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设定充放电改变次数约束具体为：式中：n
limit
为充、放电改变次数上限；按照时间顺序根据充放电功率大小进行累积计算，如下式所示：式中：η
c
为储能系统的充电效率；η
d
为放电效率；δt为充放电时间间隔。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对t时刻储能系统的剩余容量以及荷电状态进行约束具体为：s
min
e
s
≤e
soc,t
≤s
max
e
s
式中：e
soc,t
为t时刻的储能剩余容量；e
s
为储能的额定容量；s
min
为最小荷电状态；s
max
为最大荷电状态。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分的方法为：首先采用牛顿-拉夫逊法计算出各节点电压灵敏度，并依此进行空间电气距离的计算，具体公式如下：具体公式如下：式中：s
ij
为灵敏度矩阵中第i行第j列的元素，由潮流计算中雅可比矩阵求逆可求得各节点电压灵敏度：max,j(s
ij
)表示灵敏度矩阵中第j列元素中的最大值；d
ij
为节点i与节点j之间的电气距离；n为系统节点数；模块度指标指的是在网络中任选两节点，其落入同一区域的概率，其表达式为：
式中：m为网络中所有边权之和；k
i
为节点i相连边的边权之和；k
j
为与节点j相连边的边权之和；f1为模块度指标；采用基于净功率的形式定义有功功率平衡度指标：采用基于净功率的形式定义有功功率平衡度指标：式中：为第c
k
个集群的有功功率平衡度指标；t为场景的时间尺度；为第c
k
个集群t时刻的净功率值；f2为有功功率平衡度指标；c为集群总数；定义集群c
k
的净功率小于0的部分为集群富于功率；建立如下考虑综合指标电网集群划分模型：f＝λ1f1+λ2f2式中：λ1和λ2分别为不同指标的权重系数，其中λ1+λ2＝1。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力的方法为：配电网租赁储能在新能源大发期存储电能，并用以支撑其高峰负荷，其优化目标函数为既定配置下储能日运行效益最优：maxf
p
＝f
dg
+f
loss
式中：f
p
为储能运行带来的收益；f
dg
为储能额外消纳新能源带来的售电收益；f
loss
为储能运行带来的网损收益；1)消纳新能源售电收益f
dg
储能消纳新能源的售电收益为储能吸收倒送功率并在负荷高峰时段释放带来的售电收益：f
dg
＝f
sale-f
buybuy
式中：f
sale
为储能释放电能带来的售电收益；f
buy
为储能充电购电费用，当储能运行在新能源消纳区域时为0；p
ess,c,k
(t)为t时刻储能k的充电功率；p
ess,d,k
(t)为t时刻储能k的放电功率；n
e
为储能接入总数；m(t)为t时刻从主网购电的分时电价；δt为时间间隔，δt＝15min；2)储能运行减小网损的收益f
loss
f
loss
＝f
loss1-f
loss2
式中：f
loss1
为储能接入前网损费用；f
loss2
为储能接入后网损费用；p
l
o
ss,n
(t)为配电网第n条支路原始网络有功损耗；p
loss-ess,n
(t)为该支路在储能接入后的网络有功损耗；n
l
为支路总数；网损收益为储能接入前、后系统网络损耗减少量所带来的收益；以上所建立的配电网租赁储能运营模型为凸模型，代入相关数据后，可以通过分支定界法高效求解。

技术总结
本发明公开了一种分布式储能接入配电网集群方法，包括：步骤S1，获取配电网及接入其中的分布式储能的相关参数；步骤S2，根据步骤S2获得的相关参数，建立分布式储能集群的运行模型；步骤S3，基于电气距离和有功功率平衡度指标对配电网进行集群划分；步骤S4，建立配电网租赁分布式储能集群的运营模型，在步骤S3对配电网集群划分的基础上，优化分布式储能的时序出力。本发明解决了分布式储能大规模接入配电网时的能量调度问题，可以有效提高大规模分布式储能集群与配套设备协调优化模型的求解速度和储能系统的经济性。度和储能系统的经济性。度和储能系统的经济性。


技术研发人员：张俊成 谭靖 黎敏 陶毅刚 罗天禄
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/21