CN106786684A - 基于高坡机车的高坡储能装置及储能方法 - Google Patents

Abstract

一种基于高坡机车的高坡储能装置，包括机车、高坡轨道和控制器；所述机车在所述高坡轨道上运行，所述机车的通讯信号端与控制器的输出信号端相连，所述机车的动力电源端与电网线路相连，所述控制器的输入信号端与电网的调度通信的输出信号端相连。及储能方法，上坡轨道配置机车储能且与电网线路相连，当用电低谷或电价便宜的时候，通过电能将机车推至山上，当用电高峰或供电不足时，释放机车下山，产生的电能反馈电网；当电网调频困难时，根据电网指令，对机车进行上下坡控制，参与电网调频。充分发挥轨道机车的储能功能，参与电网调峰，并对参与电网的频率调节方法进行了优化，有效地解决了电网峰谷差大、调频困难等问题。

Description

基于高坡机车的高坡储能装置及储能方法

技术领域

本发明涉及储能领域，特别是与电网储能相关的领域，具体是一种基于高坡机车的高坡储能装置及储能方法。

背景技术

为了解决化石类资源的短缺以及燃煤等带来的环境污染问题，大力发展清洁环保的风电等可再生能源是我国乃至世界其他国家的必然选择。为实现低碳、环保、绿色以及可持续发展的能源战略，我国近几年大力发展新能源，针对新能源出台了一系列的标准和政策，新能源得到了长足发展。

不同于常规电源，风电、光伏发电等新能源出力的随机波动性，使得新能源大规模接入对电网安全运行产生了较大影响。目前，由于电网调峰、调频等能力不足，缺少灵活调节功率平衡的能力，造成弃风、弃光问题严重，局部地区弃风、弃光比例超过30％。造成接纳困难的因素很多，其中一个主要问题是电网的调频能力不足。此外，我国电网规模不断增大，电网负荷“峰谷差”幅值逐年增长，某些地区由于高峰供电缺额的存在，被迫采取强制性拉闸限电的措施。这不仅阻碍了经济的发展，而且可能会引发社会问题。

而储能技术可以有效地解决如上问题，是实现电网“削峰填谷”，解决风电、光伏等波动性新能源消纳问题的有效手段，未来将是支撑智能电网和能源互联网建设的重要组成部分。

利用储能系统可以有效平衡间歇性新能源的非可控功率波动，有效降低功率的不平衡。储能技术的应用是在传统电力系统发电-输电-配电-用电的生产模式上增加-存储环节，使得原来几乎完全“刚性”的系统变得“柔性”起来，电网运行的安全性、经济性、灵活性也会因此得到大幅提高。随着新能源发电规模的日益扩大，储能系统在电力系统的重要性被再次确认。

抽水蓄能电站具有很好的调频能力，但制约于水资源，大规模化学储能等由于成本高、使用寿命短等问题，没有得到很好的发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于高坡机车的储能技术，充分发挥高坡机车储能技术受地理资源限制较少的特点，解决电网储能不足的问题，可以有效解决电网调频、调峰困难、峰谷差大问题；同时对高坡机车储能进行优化，提高系统的经济效益。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于高坡机车的高坡储能装置，包括机车、高坡轨道和控制器；

所述机车在所述高坡轨道上运行，所述机车的通讯信号端与控制器的输出信号端相连，所述机车的动力电源端与电网线路相连，所述控制器的输入信号端与电网的调度通信的输出信号端相连。

利用所述的基于高坡机车的储能装置的储能方法，其中控制器的控制单元由下列步骤实现优化控制：

步骤1、计算高坡储能装置运行的年度总成本C_sum，公式如下：

C_sum＝C_t+C_r

其中，C_t、C_r分别为机车运行、高坡轨道的年度总成本，皆为预设值；

步骤2、计算高坡储能装置的年度收益：

步骤21、计算高坡储能装置调峰的年度总收益p_p，公式如下：

其中，p_pi为高坡储能装置调峰的单次收益，n为年度调峰总次数；

步骤22、计算高坡储能装置调谷的年度总收益p_v，公式如下：

其中，p_vi为高坡储能装置调谷的单次收益，n为年度调谷总次数；

步骤23、计算高坡储能装置调频的年度总收益p_f，公式如下：

其中，p_fi为高坡储能装置调频的单次收益，m为年度调频总次数；

步骤3、构建优化模型函数F：

F＝Max(γ₁p_w+γ₂p_v+γ₃p_f-βC_sum)

其中，γ₁、γ₂、γ₃、β分别为p_w、p_v、p_f、C_sum的惩罚系数，0＜γ₁＜＜1，0＜γ₂＜＜1、0＜γ₃＜＜1，0＜β＜＜1，控制器接受到电网的通讯指令后，根据上述模型效益的最优化，决定参与电网的调峰、调谷、调频程度；

步骤4、控制器根据电网的调峰、调谷、调频程度，控制机车的输出功率或吸收功率P_T，

P_T＝p_w，当参与调峰时；

P_T＝p_v，当参与调谷时；

P_T＝p_f，当参与调频时。

与现有技术相比，本发明的特点如下：

1.受地理资源限制较少，适应性强，推广范围大；

2.有效解决电网调频、调峰困难、峰谷差大问题，解决电网储能不足的问题。

附图说明

图1是本发明基于高坡机车的高坡储能装置的示意图。

图2是本发明基于高坡机车的高坡储能方法的简化流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1是本发明基于高坡机车的高坡储能装置的示意图，如图所示，包括机车1、高坡轨道2和控制器3；

所述机车1在所述高坡轨道2上运行，所述机车1的通讯信号端与控制器3的输出信号端相连，所述机车1的动力电源端与电网4线路相连，所述控制器3的输入信号端与电网的调度通信的输出信号端相连。

所述控制器3的控制单元由下列步骤实现优化控制：

步骤1、计算高坡储能装置运行的年度总成本C_sum，公式如下：

C_sum＝C_t+C_r

其中，C_t、C_r分别为机车运行、高坡轨道的年度总成本，皆为预设值；

步骤2、计算高坡储能装置的年度收益：

步骤21、计算高坡储能装置调峰的年度总收益p_p，公式如下：

其中，p_pi为高坡储能装置调峰的单次收益，n为年度调峰总次数；

步骤22、计算高坡储能装置调谷的年度总收益p_v，公式如下：

其中，p_vi为高坡储能装置调谷的单次收益，n为年度调谷总次数；

步骤23、计算高坡储能装置调频的年度总收益p_f，公式如下：

其中，p_fi为高坡储能装置调频的单次收益，m为年度调频总次数；

步骤3、构建优化模型函数F：

F＝Max(γ₁p_w+γ₂p_v+γ₃p_f-βC_sum)

其中，γ₁、γ₂、γ₃、β分别为p_w、p_v、p_f、C_sum的惩罚系数，0＜γ₁＜＜1，0＜γ₂＜＜1、0＜γ₃＜＜1，0＜β＜＜1，控制器3接受到电网的通讯指令后，根据上述模型效益的最优化，决定参与电网的调峰、调谷、调频程度；

步骤4、控制器根据电网的调峰、调谷、调频程度，控制机车的输出功率或吸收功率P_T，

P_T＝p_w，当参与调峰时；

P_T＝p_v，当参与调谷时；

P_T＝p_f，当参与调频时。

图2显示了根据优化模型，计算输出机车功率控制量：机车输出或吸收功率P_T。

经试验表明，本发明针对电网峰谷差大、调频困难等问题，通过机车储能技术，参与电网调峰、调频。在上坡轨道配置机车储能且与电网线路相连，当用电低谷或电价便宜的时候，通过电能将机车推至山上；当用电高峰或供电不足时，释放机车下山，产生的电能反馈电网；当电网调频困难时，根据电网指令，对机车进行上下坡控制，参与电网调频。充分发挥轨道机车的储能功能，参与电网调峰，并对参与电网的频率调节方法进行了优化，有效地解决了电网峰谷差大、调频困难等问题。

Claims (2)

1.一种基于高坡机车的高坡储能装置，其特征在于，包括机车(1)、高坡轨道(2)和控制器(3)；

所述机车(1)在所述高坡轨道(2)上运行，所述机车(1)的通讯信号端与控制器(3)的输出信号端相连，所述机车(1)的动力电源端与电网(4)线路相连，所述控制器(3)的输入信号端与电网的调度通信的输出信号端相连。

2.利用权利要求1所述的基于高坡机车的储能装置的储能方法，其特征在于，所述控制器(3)的控制单元由下列步骤实现优化控制：

步骤1、计算高坡储能装置运行的年度总成本C_sum，公式如下：

C_sum＝C_t+C_r

其中，C_t、C_r分别为机车运行、高坡轨道的年度总成本，皆为预设值；

步骤2、计算高坡储能装置的年度收益：

步骤21、计算高坡储能装置调峰的年度总收益p_p，公式如下：

$p_p=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{pi}$

其中，p_pi为高坡储能装置调峰的单次收益，n为年度调峰总次数；

步骤22、计算高坡储能装置调谷的年度总收益p_v，公式如下：

$p_v=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{vi}$

其中，p_vi为高坡储能装置调谷的单次收益，n为年度调谷总次数；

步骤23、计算高坡储能装置调频的年度总收益p_f，公式如下：

$p_f=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{p}_{fi}$

其中，p_fi为高坡储能装置调频的单次收益，m为年度调频总次数；

步骤3、构建优化模型函数F：

F＝Max(γ₁p_w+γ₂p_v+γ₃p_f-βC_sum)

其中，γ₁、γ₂、γ₃、β分别为p_w、p_v、p_f、C_sum的惩罚系数，0<γ₁＜＜1，0<γ₂＜＜1、0<γ₃＜＜1，0<β＜＜1，控制器(3)接受到电网的通讯指令后，根据上述模型效益的最优化，决定参与电网的调峰、调谷、调频程度；

步骤4、控制器根据电网的调峰、调谷、调频程度，控制机车的输出功率或吸收功率P_T，

P_T＝p_w，当参与调峰时；

P_T＝p_v，当参与调谷时；

P_T＝p_f，当参与调频时。