考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法以及系统技术方案

本发明专利技术公开了考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法以及系统，属于电力系统及储能应用技术领域。本发明专利技术的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，通过构建系统单位供电成本模型、储能配置与调控模型、两阶段优化模型，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定，兼顾了电网的运行的经济性和可靠性，方案科学、合理，切实可行。并通过风电出力的随机性数据以及储能系统投资运维数据，仿真验证了本方法的有效性。进一步，本发明专利技术结合工程实际，可适用于不同比例风电装机容量下电网的储能系统配置方案。比例风电装机容量下电网的储能系统配置方案。比例风电装机容量下电网的储能系统配置方案。

【技术实现步骤摘要】
考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法以及系统


[0001]本专利技术涉及考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法以及系统，属于电力系统及储能应用


技术介绍

[0002]“碳中和”目标驱动下未来电力系统必将是高比例可再生能源电力系统，大力发展新能源，提高可再生能源在电力系统的渗透率是实现这一远景目标的有效手段。然而可再生能源的强随机性和不确定性，给整个电力系统的供需平衡与风电消纳带来了很大困难。储能在电力系统削峰填谷中发挥着重要作用，合理的储能容量配置可以提高整个系统供电可靠性与经济性，可以很大程度缓解这一难题。根据住房和城乡建设部印发的《风光储联合发电站设计标准》，风电与光伏发电机组在建立时需要配置一定的储能，目前一系列风光储项目正相继落地。可再生能源输出功率强随机波动性导致系统运行中功率实时平衡困难，进而影响频率稳定性；储能被认为是保障系统功率实时平衡的有效手段，由于储能成本相对昂贵，利用储能平衡系统功率将增加系统运行成本。
[0003]因此，为了推进“供给侧”低碳化转型，需要探究高比例风电电力系统中，储能系统的配置以及面向调频的调度控制策略对风电消纳和含高比例风电的电力系统的运行频率稳定性和经济性的影响。
[0004]进一步，储能系统可以缓解可再生能源间歇性出力导致的系统功率不平衡问题，进而改善系统的频率稳定性，但是现有技术的储能容量配置方法很难兼顾电网的运行的经济性和可靠性，无法在储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，不能实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，很难保证系统的有功平衡和频率稳定。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的一在于提供一种通过构建系统单位供电成本模型、储能配置与调控模型、两阶段优化模型，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定，兼顾了电网的运行的经济性和可靠性，方案科学、合理，切实可行地考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法。
[0006]本专利技术的目的二在于提供一种通过设置系统单位供电成本模块、储能配置与调控模块、两阶段优化模块，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定，兼顾了电网的运行的经济性和可靠性，方案科学、合理，切实可行地考虑风电系统供电成本的储能配置与调控系统。
[0007]本专利技术的目的三在于提供一种可以使储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间可达到协调，在一定程度上实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定；有效提高风电消纳率，降低电网失负荷的概率，提高电网运行的频率稳定性和经
济性的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法以及系统。
[0008]为实现上述目的之一，本专利技术的第一种技术方案为：
[0009]考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，包括以下内容：
[0010]通过预先构建的系统单位供电成本模型，对风电出力的随机性进行考虑，并为平抑风电出力波动以及维持电网的频率稳定，将电网运行频率稳定性所涉及的失负荷与提高风电消纳率涉及的弃风量作为惩罚项，对电力系统调频调控成本进行计算；
[0011]利用预先构建的储能配置与调控模型从长时间尺度的规划建设上，考虑储能的充放电策略以及全生命周期，优化配置储能容量，以最大化储能的经济效益；并从短时间尺度的运行调度上，考虑风光出力的波动，以及负荷的变化，使得储能容量能覆盖风光出力和负荷的随机性和波动性，从而保证风电的消纳以及系统的频率稳定性；
[0012]通过预先构建的两阶段优化模型对系统单位供电成本模型与储能配置与调控模型进行耦合，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定。
[0013]本专利技术经过不断探索以及试验，通过构建系统单位供电成本模型、储能配置与调控模型、两阶段优化模型，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定，兼顾了电网的运行的经济性和可靠性，方案科学、合理，切实可行。
[0014]进一步，本专利技术通过分析风电出力的随机性，为提高风电的消纳比例，减小弃风量，并避免风电出力和负荷波动对系统功率平衡和频率稳定性带来的负面影响，研究考虑弃风损失、失负荷损失为惩罚项，并计及储能投资建设成本以及运维成本等在内的高比例风电系统单位供电成本模型；由于储能系统可以缓解可再生能源间歇性出力导致的系统功率不平衡问题，进而改善系统的频率稳定性，但是储能容量配置对电网的运行的经济性和可靠性均有影响，因此建立储能配置与调控模型；上述建立的系统单位供电成本模型与储能配置与调控模型间存在耦合作用，因此构建两阶段优化模型对系统单位供电成本模型与储能配置与调控模型进行求解，进而得到考虑风储协同的储能配置方案以及储能的运行控制策略。通过两阶段优化模型，储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间可达到协调，进而可以一定程度上实现储能配置与风电消纳间的均衡协同，并保证系统的有功平衡和频率稳定。
[0015]再进一步，本专利技术的储能配置与调控方法，可以有效提高风电消纳率，降低电网失负荷的概率，提高电网运行的频率稳定性和经济性。最后，通过风电出力的随机性数据以及储能系统投资运维数据，仿真验证了本方法的有效性。
[0016]更进一步，本专利技术结合工程实际，可适用于不同比例风电装机容量下电网的储能系统配置方案以及面向调频的调度控制策略的设计。
[0017]作为优选技术措施：
[0018]电力系统调频调控成本至少包括发电总成本或/和系统总发电量或/和火电运行成本或/和火电碳捕集成本或/和风电运行成本或/和储能运行成本或/和弃负荷损失或/和弃风损失；
[0019]火电运行成本的计算公式如下：
[0020][0021]火电的碳捕集成本的计算公式如下：
[0022]M
bj
＝CO∫(m
bj
P
G
)dt
[0023]风电运行成本的计算公式如下：
[0024]f
w
＝m
w
∫P
w
dt
[0025]储能运行成本的计算公式如下：
[0026][0027]弃负荷损失的计算公式如下：
[0028]f
s
＝m
s
∫(P
L
‑
P
G
‑
P
E
‑
P
w
)dt
[0029]弃风损失成本的计算公式如下：
[0030]f
q
＝m
q
∫(P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，其特征在于，包括以下内容：通过预先构建的系统单位供电成本模型，对风电出力的随机性进行考虑，并为平抑风电出力波动以及维持电网的频率稳定，将电网运行频率稳定性所涉及的失负荷与提高风电消纳率涉及的弃风量作为惩罚项，对电力系统调频调控成本进行计算；利用预先构建的储能配置与调控模型从长时间尺度的规划建设上，考虑储能的充放电策略以及全生命周期，优化配置储能容量，以最大化储能的经济效益；并从短时间尺度的运行调度上，考虑风光出力的波动，以及负荷的变化，使得储能容量能覆盖风光出力和负荷的随机性和波动性；通过预先构建的两阶段优化模型对系统单位供电成本模型与储能配置与调控模型进行耦合，完成考虑风储协同的储能配置与调控，从而使得储能投资成本与弃负荷、弃风损失之间达到协调，实现储能配置与风电消纳间的均衡协同。2.如权利要求1所述的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，其特征在于，电力系统调频调控成本至少包括发电总成本或/和系统总发电量或/和火电运行成本或/和火电碳捕集成本或/和风电运行成本或/和储能运行成本或/和弃负荷损失或/和弃风损失；火电运行成本的计算公式如下：火电的碳捕集成本的计算公式如下：M
bj
＝CO∫(m
bj
P
G
)dt风电运行成本的计算公式如下：f
w
＝m
w
∫P
w
dt储能运行成本的计算公式如下：弃负荷损失的计算公式如下：f
s
＝m
s
∫(P
L
‑
P
G
‑
P
E
‑
P
w
)dt弃风损失成本的计算公式如下：f
q
＝m
q
∫(P
wmax
‑
P
w
)dt式中：m
c
为电煤价格，m
cyw
为火电运行维护成本系数，单位运行维护成本与煤耗成本正相关，P
G
为火电出力，a,b,c为发电煤耗与其出力关系的二次项、一次项和常数项系数；CO为单位碳捕集成本系数；m
bj
为火电机组的碳排放量；P
w
为风电实际出力，风电仅考虑运维成本，m
w
为运维成本系数；m
etzp
为储能配置单位功率成本，m
etzs
为储能配置单位容量成本，n
day
为储能一年中使用天数，P
e_max
、S
e_max
分别为储能配置的最大充放电功率以及容量，m
eyw
为储能的运维成本，η
c
为储能的充电效率，η
d
为储能的放电效率；P
e_cha
,P
e_dis
分别为储能的充电、放电功率，s
cha
，s
dis
为0
‑
1变量，分别标志储能的充电、放电状态，t
year
为储能的全寿命周期；P
L
为负荷功率，P
E
为储能实际功率，其正值表示放电，负值表示充电；m
s
为失负荷损失成本系数；
m
q
为弃风损失成本系数，P
wmax
为风电功率最大出力，即不弃风时的风电功率。3.如权利要求1所述的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，其特征在于，构建储能配置与调控模型的方法如下：建立储能容量的相关约束；储能容量的相关约束至少包括火电机组、风电机组的出力上下限约束，储能的上下限约束和储能容量约束，储能充放电状态约束，储能的前后时刻状态调整约束和负荷、火电、风电、储能、失负荷、负载功率平衡约束；根据相关约束，设置决策变量；决策变量至少包括储能容量、储能最大充电功率、储能实时充放电功率、火电机组出力和风电机组出力；在原发电总成本上加入储能投资成本与投资运维成本，以及弃负荷损失和弃风损失，得到总运行成本；根据相关约束以及决策变量，对总运行成本进行最小化处理，得到最小化总运行成本下的最小储能容量及功率配置方案，完成储能配置与调控模型的构建。4.如权利要求1所述的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，其特征在于，构建两阶段优化模型的方法如下：根据新能源出力功率波动，对储能系统的储能容量进行短时间尺度的运行调度；根据储能建设的投资成本以及后期运维成本，对储能系统的储能容量进行长时间尺度的投资规划；根据系统平衡原则，对长时间尺度的投资规划与短时间尺度的运行调度设置两阶段优化算法进行耦合求解，实现考虑风储协同的储能配置与调控，完成两阶段优化模型的构建。5.如权利要求4所述的考虑风电系统供电成本的储能配置与调控方法，其特征在于，两阶段优化算法包括两个阶段，其分别为进行决策变量求解的第一阶段和进行空间调整的第二阶段；两个阶段通过构建目标函数对问题协同优化，在获得系统调度计划与风电消纳水平的同时，使得场景均满足运行要求；当第一阶段求解的储能容量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江丰，苏烨，王天宇，柯松，杨军，郑可轲，丁伟聪，张程翔，舒鹏，华丽云，陈巍文，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：