一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法技术方案

本发明专利技术提供了一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法，包括：步骤1：建立储能系统的两种运行工况数学模型：充电工况与放电工况；步骤2：建立以全寿命周期内的总投资成本最少为目标函数，包含所有设备的建造成本、运行成本以及维护成本；步骤3：确定约束条件：功率平衡约束，设备运行约束；步骤4：搭建含储能系统的配电网仿真模型；步骤5：优化求解，运用优化算法，求出目标函数的最小值，获取最佳储能设备台数。本方法考虑了高密度光伏的波动性，利用储能的平衡作用，可以平滑光伏电站出力，处理并网光伏电站出力波动剧烈导致的并网点或配网公共点电压异动问题，从而提升对分布式能源的消纳能力。

An optimal configuration method of energy storage system for high density photovoltaic distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法
本专利技术涉及储能系统优化配置领域，具体为一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法。
技术介绍
目前，分布式能源具有能源利用效率高等优点，是我国未来能源发展的一种重要趋势。其中光伏发电近年来发展迅速。然而，光伏发电的大量接入将对配电网的系统安全，电压稳定，电能质量等方面均会造成较大的影响。如何平抑光伏设备的出力波动，降低冲击电网的可能性，提升配电网消纳光伏的能力，提高供电可靠性，实现安全、有序并网，是亟需解决的关键科学问题和技术难题。储能技术的出现为解决上述问题提供了一个全新的途径。根据电能转化后的形态，可以将储能技术主要分为电化学、机械、电磁三大类。电化学储能主要指电池储能，主要有铅酸电池、锂离子电池、全钒液流电池和钠硫电池四种类型；机械储能主要指抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能三种形式；电磁储能包括超级电容储能和超导储能两种形式。储能技术在配电网中将低谷时段电能转移到高峰时段使用，既实现了电能的储存，又平衡了用电需求，缓解了配电网的运行压力，对电力用户来说，取得了峰谷电价差，降低了成本，提高了经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法，以解决现有技术的缺陷，综合考虑经济性和实用性，利用储能系统的优化配置方法对含高密度光伏的配网台区侧实现平抑光伏的出力波动，降低冲击电网的可能性，提升配网消纳光伏的能力，提高供电可靠性，更好地保障台区侧系统的安全稳定，有效提升配电网的能源利用效率。为实现上述目的，本专利技术提供如下的的技术方案，包括：步骤1：建立储能设备运行工况数学模型；在配网台区侧，储能设备的主要作用是削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求；提供强有力的电压支撑，保证电能质量，提升配网末端的供电水平；提高供电可靠性；优化配网馈线潮流分布，提高分布式能源就地接纳能力，支撑海岛或偏远地区微电网独立运行；充放电的数学模型如下：式中，α为存储过程中的损耗率；ηin、ηout分别为输入功率的转换率和输出功率的转换率；Δt为时间间隔；Pin、Pout分别为储能设备充电时的输入功率和放电时的输出功率；步骤2：目标函数的建立；以全寿命周期内的总投资费用为目标函数，具体包括建设费用，运营费用和维修费用，求解目标函数的最小值，获取最佳储能设备台数；目标函数为：C＝∑CT+∑Com+∑Cup式(2)式中，CT为建设费用，Com为运营费用，Cup为维修费用；CT表示将总的设备建造费用折算到每年的设备建造费用：式中，IntRate为利率，设置为0.03；Nyear为使用年限，设置它的值为20年，t表示当今年份；Rconverse，t为将第t年费用折算到当前年份的系数；Rrecover为折旧率；M为建造单价；RM为储能设备容量；Com包括系统发电能力不足时的储能成本和购电成本：式中，EESD是储存能量，Cs，i为储能成本，FESD为单位储能时间内的吸收能量的成本系数，0.13元/kWh/h；Ce，i表示向上级电网购买电能的资本，采用峰谷电价机制；Ke是分时电价；Pbuy是购电功率；Nday是30，单位为天；Cup包括储能设备的维护费用：Cup＝RESDRMMNyear式(5)式中，RESD是储能设备维护成本系数，取0.02；步骤3：确定约束条件；约束条件主要包含两大影响因素：功率平衡约束，设备运行约束；功率平衡约束：1)在一个充放电周期内，要保证储能吸收，放出的电能相等：式中，T为充放电周期，取24小时；Pst为储能设备在存储过程中损耗的功率；2)总体电负荷要保持供需平衡：PPV+PESD_out+Pbuy＝Pload+Ploss+PESD_in式(7)式中，PPV表示光伏的功率输出，PESD_out表示储能设备的功率输出，PESD_in表示储能设备的功率输入，Pload为负载功率，Ploss是系统的损耗功率；设备运行约束：1)储能设备的充放电功率可以在一定范围内调节，但不能同时充放电：式中，Pin，max和Pout，max为储能的最大放电功率；S为表征储能设备的状态量，取1或0；S＝1表示运行在充电状态，S＝0表示运行在放电状态；2)储能设备的充放电状态需要被限制：CSOC，min≤CSOC≤CSOC，max式(9)式中，Csoc为储能设备的荷电状态；Csoc，max、Csoc，min分别为储能系统荷电状态上下限的系数，分别为1和0.2；步骤4：搭建含储能系统的配电网仿真模型；确定配电网的网络拓扑结构，设备成本费用以及分时电价表的相关参数；步骤5：优化求解，确定配置方案；步骤5.1：根据上述步骤得到的模型，求解优化模型的最佳值，得到全寿命周期内的最低成本值以及每台储能设备的最佳容量和需要配置的储能设备台数；步骤5.2：典型日结果分析：对上级电网购电结果，储能输入功率结果以及储能输出功率结果进行分析。与最接近的现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、将光伏发电波动性的功率输出通过储能设备转换成稳定的功率输出，构建具有不确定性的数学模型，提升配电网台区侧消纳光伏发电的能力，也可增大系统供电可靠性及提高可再生能源的利用率；2、将生命全周期总投资成本最低作为目标函数，优化求解获取最佳容量，并与无储能系统配置对比，验证该方法的优越性。附图说明图1为本专利技术的流程图图2为40节点配电网接线图具体实施方式下面将结合专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，本专利技术提供的是一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法，具体包括以下步骤：步骤1：建立储能设备的两种运行工况数学模型在配网台区侧，储能设备的主要作用是削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求；提供强有力的电压支撑，保证电能质量，提升配网末端的供电水平；提高供电可靠性；优化配网馈线潮流分布，提高分布式能源就地接纳能力，支撑海岛或偏远地区微电网独立运行；充放电的数学模型如下：式中，α为存储过程中的损耗率；ηin、ηout分别为输入功率的转换率和输出功率的转换率；Δt为时间间隔；Pin、Pout分别为储能设备充电时的输入功率和放电时的输出功率。步骤2：目标函数的建立以全寿命周期内的总投资费用为目标函数，具体包括建设费用，运营费用和维修费用，求解目标函数的最小值，获取最佳储能设备台数。目标函数为：C＝∑CT+∑Com本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法，其特征在于，该优化配置方法包括下述步骤：/n步骤1：建立储能设备的两种运行工况数学模型；/n在配网台区侧，储能设备的主要作用是削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求；提供强有力的电压支撑，保证电能质量，提升配网末端的供电水平；提高供电可靠性；优化配网馈线潮流分布，提高分布式能源就地接纳能力，支撑海岛或偏远地区微电网独立运行；/n充放电的数学模型如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种面向高密度光伏配网台区侧的储能系统优化配置方法，其特征在于，该优化配置方法包括下述步骤：
步骤1：建立储能设备的两种运行工况数学模型；
在配网台区侧，储能设备的主要作用是削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求；提供强有力的电压支撑，保证电能质量，提升配网末端的供电水平；提高供电可靠性；优化配网馈线潮流分布，提高分布式能源就地接纳能力，支撑海岛或偏远地区微电网独立运行；
充放电的数学模型如下：



式中，α为存储过程中的损耗率；ηin、ηout分别为输入功率的转换率和输出功率的转换率；△t为时间间隔；Pin、Pout分别为储能设备充电时的输入功率和放电时的输出功率；
步骤2：目标函数的建立；
以全寿命周期内的总投资费用为目标函数，具体包括建设费用，运营费用和维修费用，求解目标函数的最小值，获取最佳储能设备台数；目标函数为：
C＝∑CT+∑Com+∑Cup式(2)
式中，CT为建设费用，Com为运营费用，Cup为维修费用；
CT表示将总的设备建造费用折算到每年的设备建造费用：



式中，IntRate为利率，设置为0.03；Nyear表示使用年限，设置它的值为20年，t表示当今年份；Rconverse,t为将第t年费用折算到当前年份的系数；Rrecover为折旧率；M为建造单价；RM为储能设备容量；
Com包括系统发电能力不足时的储能成本和购电成本：



式中，EESD是储存能量，Cs,i为储能成本，FESD为单位储能时间内的吸收能量的成本系数，0.13元/kWh/h；Ce,i表示向上级电网购买电能的资本，采用峰谷电价机制；
Ke是分时电价；Pbuy是购电功率；Nday是30，单位为天；
Cup包括储能设备的维护费用：
Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仁光，郑立，王云葛，李凯鹏，林明河，王刚，徐园，张文雯，王京锋，张松艳，孙圳，黄鸣俊，
申请(专利权)人：象山电力实业有限公司，国网浙江象山县供电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33