一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法，包括：对电池生产园区的综合能源系统各设备分别构建能量模型；基于电池生产园区对综合能源系统的需求响应，以及电池生产园区的脱网风险，构建并网期望收益模型和脱网期望损失模型；其中电池生产园区的脱网风险，通过综合考虑非计划脱网的概率和重要负荷损失进行量化得到；综合并网期望收益和脱网期望损失，建立兼顾脱网风险与并网收益的综合能源系统优化调度模型；求解综合能源系统优化调度模型。本发明专利技术在兼顾脱网风险与并网收益的情况下，充分利用储能设备的事故容量，提高电池生产园区综合能源系统并网运行的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法
本专利技术涉及一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法。
技术介绍
具有快速响应能力以及短时高倍率放电等优点的电储能，是综合能源系统理想的备用电源。然而，与之矛盾的是，受益于目前大电网极高的安全性和稳定性，综合能源系统在实际运行过程中，配置的电储能事故备用基本处于闲置状态，在一定程度上造成了资源的浪费。因此，在承担一定风险的情况下，可考虑以下几个因素优化利用电储能备用，进一步提高系统运行的经济性：1)考虑系统各时段重要负荷需求差异；2)考虑系统所处区域不同状态(特别是天气状态，负载状态等)下发生事故的概率差异；3)考虑不同事故发生后损失的差异。另一方面，柔性负荷的调节是缓解供需侧矛盾的重要手段之一。随着手机、智能无线设备和电动汽车的快速发展，电池的市场需求越来越广。电池生产过程中的分容测试逐渐采用能量回馈的形式以实现节能环保。目前，厂商对分容工序充放电参数设置过于简单，通过需求响应手段优化分容工序，不仅可以提高并网运行的经济性，同时，可以满足脱网情况下部分重要负荷的供电需求，进一步优化利用电储能事故备用容量。系统中若含有温控负荷，可利用其柔性特征，在许可范围内降低舒适度，起到短时缓冲供能不足的作用。基于此，本专利技术兼顾脱网风险与并网收益，并考虑分容电池与温控负荷的柔性特征，提出一种基于风险量化与需求侧响应的电储能事故备用容量优化利用方法。对于含有较大规模电储能事故备用的电池生产园区综合能源系统来说，本专利技术具有很好的经济应用价值。<br>
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对电池生产园区综合能源系统并网运行过程中储能设备的事故容量利用率不高的问题，提供一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法，在兼顾脱网风险与并网收益的情况下，充分利用储能设备的事故容量，以进一步提高电池生产园区综合能源系统并网运行的经济性。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：基于风险量化与需求侧响应的综合能源系统优化利用方法，包括：步骤1，对电池生产园区的综合能源系统各设备分别构建能量模型，包括储能模型、热电联产模型、制冷设备模型、水泵模型；步骤2，基于电池生产园区对综合能源系统的需求响应，以及电池生产园区的脱网风险，构建并网期望收益模型和脱网期望损失模型；其中，电池生产园区的脱网风险，通过综合考虑非计划脱网的概率和重要负荷损失进行量化得到；步骤3，综合并网期望收益和脱网期望损失，建立兼顾脱网风险与并网收益的综合能源系统优化调度模型；步骤4，求解综合能源系统优化调度模型，得到综合能源系统中储能设备的事故备用容量、综合能源系统中各设备的功率以及电池生成园区各重要环节负荷的投切状态。进一步的，步骤4的求解方法为：通过线性化处理将综合能源系统优化调度模型转换为混合整数线性规划模型，然后调用MATLAB混合整数线性规划intlinprog函数进行求解。进一步的，储能设备的类型包括电储能设备、冷储能设备、热储能设备、生产性储能设备，同一类型电池作为一个生产性储能设备，针对每个储能模型构建的储能模型均可表示为：对于0≤PtESc≤PESn(1c)0≤PtESd≤PESn(1d)PtESdPtESc＝0(1e)PtES＝PtESd-PtESc(1f)式中：t为运行时段；N为运行时段集合；ES为储能类型，可以为bes、ces、hes、ges，分别对应电、冷、热、生产性储能；为储能设备所储存的容量与额定容量的比值；κES为能量自损耗率；分别为储能设备的充、放能效率；PtESc、PtESd分别为储能设备的充、放能功率；WESn为储能设备的额定容量；Δt为调度周期；分别为最小允许储能容量、最大允许储能容量与储能额定容量的比值；PESn为储能设备的额定功率；PtES为储能功率，规定放能为正，充能为负；针对热电联产设备构建的热电联产模型表示为：对于式中：t为运行时段；N为运行时段集合；Ptchp、分别为热电联产设备输出的电功率、热功率；分别为热电联产设备输入热能的功率上下限；κchpp、κp为输入热能与输出电能间的转换系数和偏差；κchpq、κq为输入热能与输出热能间的转换系数和偏差；△U、△D分别为热电联产最大上爬坡出力、最大下爬坡出力；为经余热回收设备回收利用的热功率；ηchpr为热能利用系数；Ftchp表示热电联产设备输入热能的功率；制冷设备包括以热能为能源的吸收式冷温水机和以电能为能源的电制冷机，构建的制冷设备模型分别表示为：式中：分别为冷温水机的供冷功率、耗热功率；Ptec分别为电制冷机的供冷功率、耗电功率；ηac、ηec分别为吸收式制冷设备和电制冷设备的性能系数；为制冷设备额定容量；针对水泵设备构建的水泵设备模型表示为：式中，Ptpump为水泵耗电功率；与λc、λh分别为输送冷、热能以及相应耗电系数。进一步的，对非计划脱网的概率进行量化的计算公式为：式中，s、w、i分别表示一天内的时段、天气类型、脱网类型，S、W、I分别一天内的时段数量、天气类型数量、脱网类型数量；Rs,w,i为s时段w类型天气发生i类型脱网的概率；ms,w,i为s时段w类型天气发生i类型脱网的段数；Ms,w为s时段w类型天气的总段数；非计划脱网的重要负荷损失包括电池生产园区的重要环节电负荷损失和重要温控负荷损失；对非计划脱网的重要环节电负荷损失进行量化的计算公式为：假设τ时刻脱网，对于式中，VsP为脱网后重要环节总损失；Δtoff为脱网时长；h表示第h个重要环节，H表示重要环节的数量；为脱网后某时刻重要环节单位时间单位功率缺额产生的损失；为脱网后某时刻重要环节需求功率；为二进制变量，取1和0分别表示某时刻供应与不供应重要环节负荷；对非计划脱网的重要温控负荷损失进行量化的的计算公式为：假设τ时刻脱网，对于式中，VsQ为脱网后温控负荷总损失；为脱网后某时刻单位时间单位冷/热功率缺额产生的损失；为某时刻重要温控负荷需求功率；Qt为某时刻温控设备输出功率；cair、mair为空气比热容、质量；Ttin、Ttout为某时刻室内、外温度；kq、Aq、Dq为墙体的热传导系数、面积和厚度。进一步的，构建得到的并网期望收益模型为：式中，Ec为并网期望收益，C0、C分别为不利用储能备用与利用储能备用的并网运行成本；n为并网运行时段数；Ftchp、ftchp为某时刻燃气热功率与单位功率的成本；KQ为供冷/热设备数量，KP为综合能源系统中的供电设备数量，为供冷/热设备出力，为综合能源系统中的供冷/热设备单位出力的运行维护成本；Ptk和为综合能源系统中的供电设备出力与单位出力的运行维护成本；Ptgrid、ftgrid分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法，其特征在于，包括：/n步骤1，对电池生产园区的综合能源系统各设备分别构建能量模型，包括储能模型、热电联产模型、制冷设备模型、水泵模型；/n步骤2，基于电池生产园区对综合能源系统的需求响应，以及电池生产园区的脱网风险，构建并网期望收益模型和脱网期望损失模型；/n其中，电池生产园区的脱网风险，通过综合考虑非计划脱网的概率和重要负荷损失进行量化得到；/n步骤3，综合并网期望收益和脱网期望损失，建立兼顾脱网风险与并网收益的综合能源系统优化调度模型；/n步骤4，求解综合能源系统优化调度模型，得到综合能源系统中储能设备的事故备用容量、综合能源系统中各设备的功率以及电池生成园区各重要环节负荷的投切状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统的电储能事故备用容量优化利用方法，其特征在于，包括：
步骤1，对电池生产园区的综合能源系统各设备分别构建能量模型，包括储能模型、热电联产模型、制冷设备模型、水泵模型；
步骤2，基于电池生产园区对综合能源系统的需求响应，以及电池生产园区的脱网风险，构建并网期望收益模型和脱网期望损失模型；
其中，电池生产园区的脱网风险，通过综合考虑非计划脱网的概率和重要负荷损失进行量化得到；
步骤3，综合并网期望收益和脱网期望损失，建立兼顾脱网风险与并网收益的综合能源系统优化调度模型；
步骤4，求解综合能源系统优化调度模型，得到综合能源系统中储能设备的事故备用容量、综合能源系统中各设备的功率以及电池生成园区各重要环节负荷的投切状态。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4的求解方法为：通过线性化处理将综合能源系统优化调度模型转换为混合整数线性规划模型，然后调用MATLAB混合整数线性规划intlinprog函数进行求解。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，储能设备的类型包括电储能设备、冷储能设备、热储能设备、生产性储能设备，同一类型电池作为一个生产性储能设备，针对每个储能模型构建的储能模型均可表示为：
对于






0≤PtESc≤PESn(1c)
0≤PtESd≤PESn(1d)
PtESdPtESc＝0(1e)
PtES＝PtESd-PtESc(1f)
式中：t为运行时段；N为运行时段集合；ES为储能类型，可以为bes、ces、hes、ges，分别对应电、冷、热、生产性储能；为储能设备所储存的容量与额定容量的比值；κES为能量自损耗率；分别为储能设备的充、放能效率；PtESc、PtESd分别为储能设备的充、放能功率；WESn为储能设备的额定容量；Δt为调度周期；分别为最小允许储能容量、最大允许储能容量与储能额定容量的比值；PESn为储能设备的额定功率；PtES为储能功率，规定放能为正，充能为负；
针对热电联产设备构建的热电联产模型表示为：
对于


















式中：t为运行时段；N为运行时段集合；Ptchp、分别为热电联产设备输出的电功率、热功率；分别为热电联产设备输入热能的功率上下限；κchpp、κp为输入热能与输出电能间的转换系数和偏差；κchpq、κq为输入热能与输出热能间的转换系数和偏差；△U、△D分别为热电联产最大上爬坡出力、最大下爬坡出力；为经余热回收设备回收利用的热功率；ηchpr为热能利用系数；Ftchp表示热电联产设备输入热能的功率；
制冷设备包括以热能为能源的吸收式冷温水机和以电能为能源的电制冷机，构建的制冷设备模型分别表示为：






式中：分别为冷温水机的供冷功率、耗热功率；Ptec分别为电制冷机的供冷功率、耗电功率；ηac、ηec分别为吸收式制冷设备和电制冷设备的性能系数；为制冷设备额定容量；
针对水泵设备构建的水泵设备模型表示为：



式中，Ptpump为水泵耗电功率；与λc、λh分别为输送冷、热能以及相应耗电系数。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对非计划脱网的概率进行量化的计算公式为：



式中，s、w、i分别表示一天内的时段、天气类型、脱网类型，S、W、I分别一天内的时段数量、天气类型数量、脱网类型数量；Rs,w,i为s时段w类型天气发生i类型脱网的概率；ms,w,i为s时段w类型天气发生i类型脱网的段数；Ms,w为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣然，刘小龙，杨徉，刘志谱，卢颖华，罗真，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43