CN106712064A - 电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法 - Google Patents

电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法。包括如下过程：基于历史数据形成修正的火电厂出力数据；计算调峰的功率限值、容量限值；提取某一组合的储能系统功率、容量；优化储能系统充放电曲线；计算调峰收益、放电收益、净收益、投资回报率；形成净收益和投资回报率关于储能功率、容量的2个三维曲线，投资回报率、净收益最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。本发明实现电池储能系统储能功率、容量的优化配置，既实现了调峰，又有效地克服了电池储能高投资、低回报的缺陷。

Description

电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置 方法
技术领域：
本发明涉及一种电池储能系统，进一步涉及电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法。
背景技术：
为缓解东北地区电热矛盾，提高风电消纳能力，国家能源局东北监管局印发了《东北电力辅助服务市场运行规则(试行)》，该规则对电力辅助服务市场主体参与电网调峰辅助服务的辅助服务补偿、调峰补偿费用分摊机制做了详细说明，鼓励供热电厂(也可引进第三方)，投资建设储能调峰设施，并且同等条件下优先调用其调峰资源，火电企业或第三方在计量出口内建设的储能设施，视为深度调峰设施，在深度调峰交易中抵减机组发电出力进行费用计算及补偿，最多可抵减至出力为零，对抵减后出力为负部分不予补偿。储能调峰设施不影响机组最小运行方式核定，不影响机组上网电量合同执行。电池储能系统协同火电厂参与电网深度调峰，通过在调峰时段充电、非调峰时段放电，可以在保证机组出力的前提下，获得调峰补偿收益。
但现阶段电池储能技术成本较高，寿命有限，需结合实际调峰需求，优化储能容量配置，提高配置储能参与系统深度调峰的经济性。
发明内容：
本发明目的是基于火电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，解决如何优化配置储能功率、容量，满足投资的经济性。技术方案如下：
电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，包括如下过程：
步骤1：基于火电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，形成修正的火电厂出力数据；
步骤2：计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值、容量限值；
步骤3：基于功率限值、容量限值，进行等额划分，成为M×N的数组，遍历该数组，提取某一组合的储能系统功率、容量；
步骤4：基于典型日火电厂计划出力、电力调度机构调峰指令信号，以储能系统转移的能量最大为目标，优化储能系统充放电曲线；
步骤5：计算储能系统协同火电厂调峰收益；
步骤6：计算储能系统协同火电厂储能放电收益；
步骤7：计算储能系统协同火电厂配置储能的净收益；
步骤8：计算储能系统协同火电厂配置储能系统参与调峰的投资回报率；
步骤9：遍历M×N数组，形成净收益关于储能功率、容量的三维曲线，形成投资回报率关于储能功率、容量的三维曲线，投资回报率、净收益最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。
在步骤1中，基于火电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，可按下述方法形成计及调峰指令信号的火电厂出力数据：
当同期电力调度机构调峰指令数据中有调峰指令信号时，
p'(t)＝p(t)
当同期电力调度机构调峰指令数据中没有调峰指令信号时，
p'(t)＝0
其中，p'(t)为计及调峰指令信号的火电厂出力数据；p(t)为火电厂历史出力数据。
在步骤2中，可按下述方法计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值：
Pmax＝maxp'(t)
其中，Pmax为电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值。
在步骤2中，以T分钟为一个周期进行统计，可按下述方法计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的容量限值：
其中，Emax为电池储能系统协同火电厂调峰的容量限值；
i＝0，1，2，…，24*60/T；t＝0，1，2，…，24*60/T。
在步骤3中，可分别以储能功率限值Pmax、容量限值Emax为端值构成数据区间(0,Pmax]、(0,Emax]，然后等额划分，成为M×N的数组，遍历该数组，计某一组合的储能系统功率、容量分别为PVRB、EVRB。
在步骤4中，可按下述方法优化储能系统充放电曲线：
目标函数：
约束条件：
其中：pe(t)为t时刻储能系统充放电功率；Δt为单位统计周期；E0为储能系统初始容量；ηch为电池储能系统充电效率；ηdis为电池储能系统放电效率。
在步骤5中，可按下述方法计算储能系统协同火电厂调峰收益：
步骤5.1：设定初始时刻t＝0、调峰收益I1＝0；
步骤5.2：判断t是否满足小于或等于24*60/T的条件，满足则转步骤5.3，否则结束；
步骤5.3：判断pe(t)<0是否成立，成立则转步骤5.4，否则转步骤5.8；
步骤5.4：判断pjh(t)+pe(t)<Pd2是否成立；成立则转步骤5.5，否则转步骤5.6；
步骤5.5：I1＝I1+[Pd2-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.6：判断Pd2≤pjh(t)+pe(t)<Pd1是否成立；成立转步骤5.7，否则转步骤5.8；
步骤5.7：I1＝I1+[Pd1-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.8：t＝t+1，然后转步骤5.2；
其中，Pd1为有偿调峰档位第一档，Pd2为有偿调峰档位第二档，γcq(t)火电厂参与有偿调峰的市场出清电价。
步骤6中，可按下述方法计算储能放电收益：
步骤6.1：设定初始时刻t＝0、储能放电收益I2＝0；
步骤6.2：判断t是否满足小于或等于24*60/T，满足转步骤6.3，否则结束；
步骤6.3：判断pe(t)>0是否成立，成立则转步骤6.4，否则转步骤6.5；
步骤6.4：I2＝I2+pe(t)Δtγsw(t)，然后转步骤6.5；
步骤6.5：t＝t+1，转步骤6.2；
其中，γsw(t)为火电厂上网电价。
在步骤7中，可按下述方法计算配置储能的净收益：
其中，i为设定的投资收益率；K为储能系统寿命年限；Com为储能系统运行维护成本；N'为储能系统调峰年计数天数；k表示第k年；λp为储能系统单位投资成本；λE为储能系统单位容量成本。
在步骤8中，可按下述方法计算火电厂配置储能系统参与调峰的投资回报率：
在步骤9中，遍历M×N数组，形成R与PVRB、EVRB的三维曲线，I与PVRB、EVRB的三维曲线，R、I最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明根据火电厂上网电价、历史出力数据、同期电力调度机构调峰指令数据、有偿调峰补偿基础，实现协同火电厂参与电网实时深度调峰的电池储能系统储能功率、容量的优化配置，既实现了调峰，又有效地克服了电池储能高投资、低回报的缺陷。
附图说明:
图1为本发明的经济配置方法的流程图。
图2为实施例中步骤5中，储能系统协同火电厂调峰收益计算方法的逻辑框图。
图3为实施例中步骤6中，储能系统放电收益计算方法的逻辑框图。
具体实施方式：
实施例：
对照图1、2、3，说明本发明的实施过程。
液流电池储能系统支持深度放电、高频充放等运行工况，满足协同火电厂参与电网深度调峰的技术需求，本实施例采用液流电池储能系统。过程如下：
步骤1：电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，形成修正的火电厂出力数据；具体过程为：
当同期电力调度机构调峰指令数据中有调峰指令信号时，
p'(t)＝p(t)
当同期电力调度机构调峰指令数据中没有调峰指令信号时，
p'(t)＝0
其中，p'(t)为计及调峰指令信号的火电厂出力数据；p(t)为火电厂历史出力数据。
步骤2：计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值、容量限值；具体过程为：
Pmax＝maxp'(t)
其中，Pmax为电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值；
以15分钟为一个周期进行统计，
其中，Emax为电池储能系统协同火电厂调峰的容量限值；
i＝0,1,2,…,96；t＝0,1,2,…,96。
步骤3：分别以储能功率限值Pmax、容量限值Emax为端值构成数据区间(0,Pmax]、(0,Emax]，然后等额划分，成为M×N的数组，遍历该数组，计某一组合的储能系统功率、容量分别为PVRB、EVRB。
步骤4：基于典型日火电厂计划出力、电力调度机构调峰指令信号，以储能系统转移的能量最大为目标，优化储能系统充放电曲线；储能系统充放电曲线优化方法：
目标函数：
约束条件：
其中：pe(t)为t时刻储能系统充放电功率；Δt为单位统计周期；E0为储能系统初始容量；ηch为电池储能系统充电效率；ηdis为电池储能系统放电效率。
步骤5：计算储能系统协同火电厂调峰收益；具体过程如下：
步骤5.1：设定初始时刻t＝0、调峰收益I1＝0；
步骤5.2：判断t是否满足小于或等于96的条件，满足则转步骤5.3，否则结束；
步骤5.3：判断pe(t)<0是否成立，成立则转步骤5.4，否则转步骤5.8；
步骤5.4：判断pjh(t)+pe(t)<Pd2是否成立；成立则转步骤5.5，否则转步骤5.6；
步骤5.5：I1＝I1+[Pd2-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.6：判断Pd2≤pjh(t)+pe(t)<Pd1是否成立；成立转步骤5.7，否则转步骤5.8；
步骤5.7：I1＝I1+[Pd1-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.8：t＝t+1，然后转步骤5.2；
根据国家能源局东北监管局关于《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》中对实时深度调峰交易中调峰档位的规定，发电企业实行两档浮动报价；Pd1为有偿调峰档位第一档，Pd2为有偿调峰档位第二档，γcq(t)火电厂参与有偿调峰的市场出清电价。
步骤6：计算储能系统协同火电厂储能放电收益；具体过程如下：
步骤6.1：设定初始时刻t＝0、储能放电收益I2＝0；
步骤6.2：判断t是否满足小于或等于96，满足转步骤6.3，否则结束；
步骤6.3：判断pe(t)>0是否成立，成立则转步骤6.4，否则转步骤6.5；
步骤6.4：I2＝I2+pe(t)Δtγsw(t)，然后转步骤6.5；
步骤6.5：t＝t+1，转步骤6.2；
其中，γsw(t)为火电厂上网电价。
步骤7：计算储能系统协同火电厂配置储能的净收益；
其中，i为设定的投资收益率；K为储能系统寿命年限；Com为储能系统运行维护成本；N'为储能系统调峰年计数天数；k表示第k年；λp为储能系统单位投资成本；λE为储能系统单位容量成本。
步骤8：计算储能系统协同火电厂配置储能系统参与调峰的投资回报率：
步骤9：遍历M×N数组，形成R与PVRB、EVRB的三维曲线，I与PVRB、EVRB的三维曲线，R、I最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤1：基于火电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，形成修正的火电厂出力数据；
步骤2：计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值、容量限值；
步骤3：基于功率限值、容量限值，进行等额划分，成为M×N的数组，遍历该数组，提取某一组合的储能系统功率、容量；
步骤4：基于典型日火电厂计划出力、电力调度机构调峰指令信号，以储能系统转移的能量最大为目标，优化储能系统充放电曲线；
步骤5：计算储能系统协同火电厂调峰收益；
步骤6：计算储能系统协同火电厂储能放电收益；
步骤7：计算储能系统协同火电厂配置储能的净收益；
步骤8：计算储能系统协同火电厂配置储能系统参与调峰的投资回报率；
步骤9：遍历M×N数组，形成净收益关于储能功率、容量的三维曲线，形成投资回报率关于储能功率、容量的三维曲线，投资回报率、净收益最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。
2.如权利要求1所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于：
在步骤1中，基于火电厂历史出力数据及同期电力调度机构调峰指令数据，按下述方法形成修正的火电厂出力数据：
当同期电力调度机构调峰指令数据中有调峰指令信号时，
p'(t)＝p(t)
当同期电力调度机构调峰指令数据中没有调峰指令信号时，
p'(t)＝0
其中，p'(t)为修正的火电厂出力数据；p(t)为火电厂历史出力数据。
3.如权利要求2所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤2中，按下述方法计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值：
Pmax＝max p'(t)
其中，Pmax为电池储能系统协同火电厂调峰的功率限值。
4.如权利要求3所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤2中，以T分钟为一个周期进行统计，按下述方法计算典型日电池储能系统协同火电厂调峰的容量限值：
E m a x = m a x { | &lsqb; 1 - s i g n ( p &prime; ( t ) ) &rsqb; P m a x - p &prime; ( t ) | , | &Sigma; t = 0 i &lsqb; 1 - s i g n ( p &prime; ( t ) ) &rsqb; P m a x - p &prime; ( t ) | }
其中，Emax为电池储能系统协同火电厂调峰的容量限值；
i＝0，1，2，…，24*60/T；t＝0，1，2，…，24*60/T。
5.如权利要求4所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤3中，分别以储能功率限值Pmax、容量限值Emax为端值构成数据区间(0,Pmax]、(0,Emax]，然后等额划分，成为M×N的数组，遍历该数组，计某一组合的储能系统功率、容量分别为PVRB、EVRB。
6.如权利要求5所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤4中，按下述方法优化储能系统充放电曲线：
所述储能系统充放电曲线优化方法：
目标函数：
m a x &Sigma; t = 0 24 * 60 / T signP e ( t ) &CenterDot; p e ( t ) &eta; c h 1 - s i g n ( p e ( t ) ) 2 &eta; d i s - 1 - s i g n ( p e ( t ) ) 2 &Delta; t | ;
约束条件：
s . t . E 0 + p e ( t ) &eta; c h 1 - s i g n ( p e ( t ) ) 2 &eta; d i s - 1 - s i g n ( p e ( t ) ) 2 &Delta; t &le; E V R B | p e ( t ) | &le; P V R B ;
其中：pe(t)为t时刻储能系统充放电功率；Δt为单位统计周期；E0为储能系统初始容量；ηch为电池储能系统充电效率；ηdis为电池储能系统放电效率。
7.如权利要求6所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤5中，按下述方法计算储能系统协同火电厂调峰收益：
步骤5.1：设定初始时刻t＝0、调峰收益I1＝0；
步骤5.2：判断t是否满足小于或等于24*60/T的条件，满足则转步骤5.3，否则结束；
步骤5.3：判断pe(t)<0是否成立，成立则转步骤5.4，否则转步骤5.8；
步骤5.4：判断pjh(t)+pe(t)<Pd2是否成立；成立则转步骤5.5，否则转步骤5.6；
步骤5.5：I1＝I1+[Pd2-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.6：判断Pd2≤pjh(t)+pe(t)<Pd1是否成立；成立转步骤5.7，否则转步骤5.8；
步骤5.7：I1＝I1+[Pd1-(pjh(t)+pe(t))]Δtγcq(t)；然后转步骤5.8；
步骤5.8：t＝t+1，然后转步骤5.2；
其中，Pd1为有偿调峰档位第一档，Pd2为有偿调峰档位第二档，γcq(t)火电厂参与有偿调峰的市场出清电价。
8.如权利要求7所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤6中，按下述方法计算储能放电收益：
步骤6.1：设定初始时刻t＝0、储能放电收益I2＝0；
步骤6.2：判断t是否满足小于或等于24*60/T，满足转步骤6.3，否则结束；
步骤6.3：判断pe(t)>0是否成立，成立则转步骤6.4，否则转步骤6.5；
步骤6.4：I2＝I2+pe(t)Δtγsw(t)，然后转步骤6.5；
步骤6.5：t＝t+1，转步骤6.2；
其中，γsw(t)为火电厂上网电价。
9.如权利要求8所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤7中，按下述方法计算配置储能的净收益：
I = &Sigma; k = 1 K N &prime; I 1 + I 2 - C o m ( 1 + i ) k - P E &lambda; p - E&lambda; E
其中，i为设定的投资收益率；K为储能系统寿命年限；Com为储能系统运行维护成本；N'为储能系统调峰年计数天数；k表示第k年；λp为储能系统单位投资成本；λE为储能系统单位容量成本。
10.如权利要求9所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤8中，按下述方法计算火电厂配置储能系统参与调峰的投资回报率：
R = ( I 1 + I 2 - C o m ) N &prime; P E &lambda; p + E&lambda; E &times; 100 % .
11.如权利要求10所述电池储能系统协同火电厂参与电网实时深度调峰的经济配置方法，其特征在于，在步骤9中，遍历M×N数组，形成R与PVRB、EVRB的三维曲线，I与PVRB、EVRB的三维曲线，R、I最大时对应的储能功率、容量即为储能系统的经济配置。
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