CN106451510B - 一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法，涉及智能配电网规划领域，具体适用于配网规划中投建储能站前，对储能站的容量和充放电功率进行确定。本发明通过电力部门取得储能站待建区域的典型负荷特性曲线，根据其平均负荷功率确定储能站各个时刻的充放电状态，根据其充放电时刻的累积功率确定储能站的总容量，最后根据充放电容量平衡的原则，计算得到储能站应当具备的充放电功率。本发明可以计算出储能站投建前储能站的合理容量和充放电功率，避免了规划建设过程中人为干预的主观因素，同时该发明的配置方法在配网储能站投建运行后具有一定的削峰填谷效用。
Description
技术领域
本发明涉及智能配电网规划领域，尤其是涉及储能站的容量及充放电功率配置方法，具体适用于配网规划中投建储能站前，对储能站的容量和充放电功率进行确定。
技术背景
在配电网中，储能站(电池储能系统)具有削峰填谷、安装地点灵活的特点。对于电网运营商，进行削峰填谷能提高设备利用率，节省设备更新费用；对于用户，会有更低的峰谷电价差。因为以上优点，储能站在电网中的推广工作逐步展开。在国外，2011年美国BE公司建成首座储能站投运后，已有更多的大规模储能站投入运行；在国内，南方电网开展的MW级电池储能系统示范项目，建成了深圳宝清储能站，而且在各地市供电公司中，各类基于载重汽车的移动式储能站早已应用于重要负荷的供电保障工作中。
现有的研究，针对储能站相关的现有技术方法主要集中于储能站的能量管理、设备监控及保护技术方面。而在配网中储能站的容量配置，确定其充放电功率的参数水平，都是在储能站投建前需要考虑的问题。本发明所提方法能够通过储能站待建区域的负荷水平确定储能站的建设容量，并通过计算其充放电功率，使建设容量满足区域负荷削峰填谷的需求。
查询关于储能容量配置的类似发明和已有技术手段：
已有发明《一种微网储能容量优化配置方法》及《一种多目标的区域多微网结构和容量优化规划方法》，主要通过建立多目标优化函数，实现微网中储能系统的经济性配置。本发明与其具有明显区别，首先，发明范围不同，本发明应用范围为大规模配电网，区别于独立运行的小型微网，配电网的负荷水平及负荷容量远高于微网；其次，发明对象不同，本发明容量及功率的配置对象为储能站而不是小型的储能系统，为适应大规模配电网，储能站的容量和建造规模要远大于微网中的小型储能系统；本发明面向配电网，与配网负荷密切相关，配置方法在配网中具有削峰填谷的效用，因此，配置方法完全不同。
已有发明《一种可再生能源发电的储能配置方法及系统》主要通过可再生能源发电是否能满足电网调频需要来进行储能系统的配置，用以满足可再生能源参与电网调频的需要。区别于本发明在配网中配置储能站，且满足配网削峰填谷的需要，所用技术方法区别明显。
已有发明《考虑电网经济调度的储能平抑波动功率的容量规划方法》以并网功率目标值偏移量方差最小作为优化目标建立数学模型，确定混合储能电站最优容量数值。本发明目的是基于配网的削峰填谷，考虑的时间跨度以小时为单位，区别于其微秒级并网平波的目的。且所用步骤方法区别明显。
基于以上分析和已经公布的现有技术资料，对于储能的配置工作主要集中于小型微网中，或者是出于其他配置目标的配置方法，而对于在大规模配网中，储能站运行前投建的定容工作尚属空白。
发明内容
本发明弥补了储能站投建规划过程中定容方法的空白。主要方法是基于待建储能站区域的负荷特性和储能站削峰填谷的运行特点建立数学模型，通过数学模型的计算，最终确定储能站容量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法，该方法包含下列步骤：
a、通过电力运行部门取得储能站待建区域的24小时典型负荷特性曲线；
b、确定储能站的充放电状态量为Scharge，Scharge＝1表示储能站处于充电状态，Scharge＝0表示储能站处于浮充状态，Scharge＝-1表示储能站处于放电状态，可用下面数学公式描述：
式中，Pload为负荷功率，Pav为负荷平均功率，Soc为负荷的荷电状态，Soc·min和Soc·max分别指储能站的最大和最小荷电状态；
c、确定待建储能站的容量Emax，计算方法如下：
其中：
式中，αESS为储能站的容量裕度系数，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
d、确定待建储能站的充电功率Pcharge和放电功率Pdischarge。计算方法如下：
式中，ηcharge和ηdischarge分别为充电效率和放电效，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
e、经过以上步骤计算，可以得到该配网区域内投建储能站容量为Emax，充电功率为Pcharge，放电功率为Pdischarge时，容量能满足该区域的负荷需求，并具有削峰填谷效果。
本发明具有以下优点：填补了储能站前期投建无规划计算方法的空白，计算方法简单，能准确计算出储能站投建前，待建区域设置储能站的合理容量，避免了人为干预的主观因素，增加了储能站配置的合理性，节约了投资资金，避免了资源浪费，对储能站的规划定容具有指导意义。
附图说明
图1储能站待建配网区域的典型负荷特性曲线。
图2储能站配置前后区域负荷特性的变化。
具体实施例
以下结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例一
一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法，该方法包含下列步骤：
a、通过电力运行部门取得储能站待建区域的24小时典型负荷特性曲线；
b、确定储能站的充放电状态量为Scharge，Scharge＝1表示储能站处于充电状态，Scharge＝0表示储能站处于浮充状态，Scharge＝-1表示储能站处于放电状态，可用下面数学公式描述：
式中，Pload为负荷功率，Pav为负荷平均功率，Soc为负荷的荷电状态，Soc·min和Soc·max分别指储能站的最大和最小荷电状态；
c、确定待建储能站的容量Emax，计算方法如下：
其中：
式中，αESS为储能站的容量裕度系数，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
d、确定待建储能站的充电功率Pcharge和放电功率Pdischarge。计算方法如下：
式中，ηcharge和ηdischarge分别为充电效率和放电效，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
e、经过以上步骤计算，可以得到该配网区域内投建储能站容量为Emax，充电功率为Pcharge，放电功率为Pdischarge时，容量能满足该区域的负荷需求，并具有削峰填谷效果。
实施例二
一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法，该方法包含下列步骤：
步骤一：获取储能站待建区域的负荷特性数据。通过当地电力部门，取得24点制的典型负荷特性曲线如图1所示。
步骤二：确定待建储能站的充放电状态。根据步骤一区域的24小时负荷特性，以小时为单位，计算24小时的负荷平均功率，记为Pav，易于求得Pav＝106.08kW，数据已标于图1中。
为了达到储能站削峰填谷的目的，定义储能站的充放电时刻为：当负荷水平高于负荷平均功率时，储能站作为电源在配网中放电；当负荷水平低于负荷平均功率时，储能站作为负荷在配网中充电。这样可以得到储能站在24小时中各个时刻的充放电状态。数学描述如下：定义储能站的充放电状态量为Scharge，1表示储能站处于充电状态，0表示储能站处于浮充状态，-1表示储能站处于放电状态；
式中，Pload为负荷功率，Pav为负荷平均功率，Soc为负荷的荷电状态，Soc·min和Soc·max分别指储能站的最大和最小荷电状态，这两项参数一般由生产厂家进行标定，以钠硫电池为例，最大和最小荷电状态厂家标定为0.9和0.2。
通过上述公式计算易于得到待建储能站24小时的充放电状态：09:30-23:00为放电状态，其余时刻均为充电状态。
步骤三：确定待建储能站的容量。根据步骤二确定的储能站在各个时刻的充放电状态，即09:30-23:00为放电状态，其余时刻均为充电状态。分别对充电时刻的负荷进行累加的到单日运行的最大充放电容量。除此之外，储能站容量要有一定的裕度，用以满足电网稳定运行、以及负荷未来增长随机性变化的要求。裕度按照待建区域夏季的变压器容载裕度取值，本次实施例在计算中取1.5。
首先计算储能站单日运行的最大充放电容量。计算公式如下：
式中，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间。因为充放电时间在步骤二已知，这里容易得到Tcharge＝13.5小时，Tdischarge＝10.5小时。经过积分计算后，
进一步，使用下面数学公式计算储能站的充放电容量：
式中，αESS为储能站的容量裕度系数，即1.5，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，取其中较大的充电容量乘以裕度系数1.5得到最终的储能站容量Emax＝473.30kW·h。
步骤四：确定待建储能站的充放电功率。储能站的充电电量要和放电电量保持平衡，设置储能站每24小时完成一次充放电循环。于是，24小时之内储能站的充放电功率可以通过下面公式进行计算：
式中，ηcharge和ηdischarge分别为充电效率和放电效率，同样如步骤三取钠硫电池标定的充放电效率，本次算例充放电效率取值均为0.9。其余变量已在步骤二、三中求得，代入计算后最终得到充放电功率Pcharge和Pdischarge分别为33.39kW和19.09kW。
通过以上步骤，最终得到该区域储能站配置容量为473.30kW·h，充放电功率为33.39kW和19.09kW。
下面是对该配置方案削峰填谷效果的验证：图2中虚线为步骤一中获取的未接入储能站的区域负荷特性，粗实线为按本发明方法配置接入储能站后的负荷特性，明显可以看出，配置储能站后，按本发明内容配置接入储能站后负荷峰值及持续时间明显降低，说明了在本发明下储能站的配置方法具有明显的削峰填谷作用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种适应削峰填谷的储能站容量及充放电功率的配置方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：
a、通过电力运行部门取得储能站待建区域的24小时典型负荷特性曲线；
b、确定储能站的充放电状态量为Scharge，Scharge＝1表示储能站处于充电状态，Scharge＝0表示储能站处于浮充状态，Scharge＝-1表示储能站处于放电状态，可用下面数学公式描述：
式中，Pload为负荷功率，Pav为负荷平均功率，Soc为负荷的荷电状态，Soc·min和Soc·max分别指储能站的最大和最小荷电状态；
c、确定待建储能站的容量Emax，计算方法如下：
其中：
式中，αESS为储能站的容量裕度系数，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
d、确定待建储能站的充电功率Pcharge和放电功率Pdischarge， 计算方法如下：
式中，ηcharge和ηdischarge分别为充电效率和放电效率，和分别为储能站单日运行最大充电容量和储能站单日运行最大放电容量，Tcharge和Tdischarge分别为充电状态的单日最大持续时间和放电状态的单日最大持续时间；
e、经过以上步骤计算，可以得到该区域内投建储能站容量为Emax，充电功率为Pcharge，放电功率为Pdischarge时，容量能满足该区域的负荷需求，并具有削峰填谷效果。
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