CN107959302A - 多属性多目标储能工况适用性对比分析方法 - Google Patents

多属性多目标储能工况适用性对比分析方法 Download PDF

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Abstract

一种多属性多目标储能工况适用性对比分析方法，其特点是：针对电力系统各个环节的不同应用场景及应用目标所构造出的不同工况条件对储能系统提出的不同技术需求，分别在电力系统运行的发电侧建立结合储能系统和低通滤波原理的风电功率平抑模型；在输电侧建立基于储能系统的输电线路效益评估模型以及在对于电网源网矛盾分析方面建立用于松弛调峰瓶颈的储能系统容量配置模型，再结合不同的储能类型来得到各自的最优储能配置，最后建立储能工况适用性对比综合评价指标，通过综合分析平抑效能指标、储能容量配置、储能系统投资成本以及储能寿命参数来对每一种储能类型进行评估，得到多属性多目标储能工况适用性对比方案，以此来选取最优的储能类型。

Description

多属性多目标储能工况适用性对比分析方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，是一种多属性多目标储能工况适用性对比分析方法。
背景技术
截止至2015年底，我国累计风电装机容量145.1GW，占全球累计风电装机总量的31％。但是由于风电功率的随机性和间歇性以及输电通道容量的不足，制约了系统接纳风电的能力，情况严重时会导致“弃风”现象的产生。2011～2015年我国弃风导致的电量损失累计达到959亿kWh，年平均弃风率达到13.4％。所以解决“弃风”问题对于我国风电行业的继续发展具有重要意义。而储能系统由于其动态吸收能量并适时释放的特点，实现风电在时间轴上的平移，成为解决“弃风”现象的有效手段。
但在实际的应用中，储能技术有很多的种类可供选择，并且在电力系统的不同应用场景下，对储能技术也有着不同的技术需求。不同储能技术类型在投资成本、运行维护费用、充放电效率和使用寿命等方面存在明显的区别。在储能选型的过程中要综合考虑各种技术的优劣势，结合具体需求选择合适的类型，做到扬长避短。因此设定提供一个用于分析不同工况下的储能系统适用性对比分析方法显得尤为重要，也是本领域技术人员一直渴望解决，但迄今尚未解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是，从多属性多目标的角度出发，针对电力系统各个环节的不同应用场景及应用目标所构造出的不同工况条件对储能系统提出的不同技术需求，以及不同储能类型在技术层面和经济层面有着明显区别的问题，提出一种科学合理，适用性强，综合考虑应用场景、工况条件、经济性等因素，以便得到最优的储能选型方案的多属性多目标储能工况适用性对比分析方法。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种多属性多目标储能工况适用性对比分析方法，其特征是，它包含以下步骤：
1)不同应用场景下储能技术的设定
应用场景一：
在电力系统运行的发电侧，采用储能系统结合低通滤波原理的风电功率平抑策略来平滑注入电网的风电功率并得到相应的储能系统配置，选取一定的截止频率fc和平抑控制周期Tc，其经过平抑后注入电网的平均功率为：
其中Pout，k为第k个控制周期注入电网的平均功率；Pw，k为第k个控制周期风电场输出的平均功率；τ为滤波时间常数，τ＝1/2πfc；
第k个控制周期的储能系统充放电功率Pbk为：
第k个控制周期结束时储能系统的能量Ek为：
其中E0为储能系统的初始能量；该截止频率下需要给风电场配置的储能容量W为：
其中maxEk和minEk分别为储能系统累计容量的最大值和最小值；上述所求得的储能容量W和储能充放电功率Pbk的最大值，就是储能系统所需的储能配置；
应用场景二：
在电力系统运行的输电侧，通过储能系统来提高风电外送的能力，综合考虑风电的输送需求、输电工程成本、弃风损失量、输电运行效益以及储能投资成本因素，构建能够反映输电工程和储能的综合收益的目标函数为：
f(Be,Ce)＝max[R+B(Be,Ce)-Cs-Cc(Be,Ce)] (5)
其中f(Be,Ce)为风电外送输电工程和储能全寿命周期的综合收益；R为电网输电工程收益；Cs为输电工程成本；Cc(Be,Ce)为储能系统投资成本；B(Be,Ce)为储能系统收益；Be为储能配置的容量；Ce为储能配置的功率；满足(5)式的Be和Ce即为综合收益最优的储能容量和功率，也是储能系统所需的储能配置；
电网的输电工程收益R正比于储能提高的风电量和风电基地原发电总量之和，其计算公式为：
R＝Kr(GW+GL) (6)
其中Kr为输电企业外送单位风电电量的价格；GW为输电工程每年送出的风力发电电量；GL为提高的风电输电电量；
储能系统收益B(Be,Ce)正比于储能寿命期限内提高的风电接纳电量，其计算公式为：
B(Be,Ce)＝KLGL (7)
其中KL为电网因输电容量不足造成弃风损失的补偿单价；
输电工程建设投资成本Cs的计算公式为：
Cs＝KsPlineL/Ts (8)
其中Pline为输电通道容量；L为输电距离；Ks为单位容量、单位长度下的输电工程造价；Ts为输电工程投资静态回收期；
储能系统投资成本Cc的计算公式为：
Cc＝(C1Be+C2Ce)/Tc (9)
其中C1为储能系统容量价格；C2为储能系统功率价格；
应用场景三：
针对电网的源网矛盾问题，将储能系统用于电网的松弛调峰之中，并建立储能容量配置优化目标函数为：
S(E)＝max{R(E)+T(E)+W(E)-EQ} (10)
其中S(E)为储能系统的最大收益；R(E)为储能系统的电量效益；T(E)为储能系统的环境效益；W(E)为储能系统的运行效益；E为储能系统配置容量；Q为储能系统容量价格；满足式(10)的储能系统配置容量就是所需的最优配置容量，具体计算公式为：
储能系统的电量效益R(E)为：
R(E)＝CWEPwind (11)
其中CW为风电电价；EPwind为储能系统所带来的电网多接纳风电电量；
储能系统的环境效益T(E)为：
其中Cf为火电机组生产单位电能的排放成本；Pmetali为金属i的价格；ηmetali为单位重量储能电池中金属i的含量；ηenergy为储能系统能重比；Phandle为处理单位重量废电池所需生产性支出；
储能系统运行收益W(E)为：
W(E)＝CdischargeEηdischarge-CchargeE/ηcharge (13)
其中Ccharge、Cdischarge分别为电网低谷、高峰时段的电价；ηcharge、ηdischarge分别为储能系统充电效率和放电效率；
2)储能工况适用性对比综合评价指标
储能工况适用性对比综合评价指标的主要功能就是通过不同工况条件下获得的储能配置，结合不同储能类型的特征参数来得到一个综合评价指标，以此来方便的选取最优的储能类型，储能工况适用性对比综合评价指标包含的储能类型有：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、钠硫电池、钒液流电池、胶体电池、铅炭电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、氢储能、超导储能以及超级电容在内的12种储能类型，涉及的参数包括平抑效能指标、储能容量配置、储能容量价格、储能功率价格、循环寿命和储能系统投资成本：
平抑效能指标η为：
其中α为平抑前的1min最大功率变化量；β为平抑后的1min最大功率变化量；
储能容量配置指标CW为：
其中Wmax为在同一应用场景下12种储能类型中的最大储能系统容量；W为所选储能类型的储能系统容量；
储能系统投资成本指标CS为：
其中C1、C2分别为所选储能类型的容量价格和功率价格；P为所选储能类型的储能系统功率；max(C1×W)、max(C2×P)分别为12种储能类型中最高的容量价格和功率价格；
储能循环寿命指标CL为：
其中L为所选储能类型的储能循环寿命；Lmax为12种储能类型中的最大储能循环寿命；
构建完各储能类型参数的评价指标模型后，采用将主观赋权法中的层次分析法(AHP)和客观赋权法中的熵值赋权法相结合的主客观组合赋权法来确定各评价指标的权重；由于储能系统在电力系统运行发电侧的使用中，采用的是滤波器来对风电功率进行平抑控制，在控制的过程中涉及到使平抑效能指标来，所以建立发电侧的储能工况适用性对比综合评价指标λ1为：
λ1＝0.12η+0.45CW+0.32CS+0.11CL (18)
由于储能系统在电网源网矛盾以及电力系统运行的输电侧不涉及风电功率的平抑效能指标，所以建立其储能工况适用性对比综合评价指标λ2为：
λ2＝0.49CW+0.34CS+0.17CL (19)
在选定应用场景的情况下，通过式(14)或式(15)得到每一种储能类型的综合评价指标，在通过图形进行比较，给出最优的储能选型方案。
本发明的多属性多目标储能工况适用性对比分析方法，首先对电力系统不同应用场景下所产生的不同工况来选取合适的储能技术并建立相应的储能系统应用模型，来得到不同储能类型条件下的最优储能配置，其应用场景包括电网的源网矛盾以及电力系统运行的发电侧和输电侧，然后建立储能工况适用性对比综合评价指标，通过结合平抑效能指标、储能容量配置、储能系统投资成本以及储能寿命来对每一种储能类型进行评估，得到多属性多目标储能工况适用性对比方案，以此来选取最优的储能类型，具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。
附图说明
图1平抑前风电输出功率Pw和平抑后注入电网功率Pout的局部放大对比示意图；
图2储能类型在用于低通滤波平抑风电功率波动策略中的综合评价指标对比图；
图3配置储能系统前后风电场风电接纳量的对比图；
图4各储能类型在用于提高风电接纳量中的综合评价指标对比图；
图5储能容量配置、储能功率配置与储能系统运行效益的三维对比图；
图6各储能类型在用于电力系统松弛调峰中的综合评价指标对比图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的多属性多目标储能工况适用性对比分析方法作进一步说明。
应用场景一：
本实施例对电力系统运行的发电侧进行分析，采用某风电场单台风电机组日出力情况进行分析，其装机容量为1.5MW。设定截止频率fc＝1/300Hz，平抑控制周期为5s，然后对该风电机组一天的风电功率进行平抑控制处理，来平滑注入电网的风电功率，得到所需的储能配置，采用的储能类型为抽水蓄能，其循环寿命为15000/次，能量转换效率75％，储能容量价格400元/kW·h，储能功率价格7800元/kW，具体的计算过程为：
其中Pout，k为第k个控制周期注入电网的平均功率；Pw，k为第k个控制周期风电场输出的平均功率；τ为滤波时间常数，τ＝1/2πfc；
第k个控制周期的储能系统充放电功率Pbk为：
第k个控制周期结束时储能系统的能量量Ek为：
其中E0为储能系统的初始能量；该截止频率下需要给风电场配置的储能容量W为：
通过计算得到在用抽水蓄能这一储能类型所需的储能系统容量为120.95kW·h，储能系统功率为253.25kW，图1给出了该储能类型下平抑前风电输出功率Pw和平抑后注入电网功率Pout的局部放大对比示意图，从图中可以看到基于低通滤波原理的储能平抑策略能有效的平滑风电场输出功率。随后将12种储能类型逐一应用到该风电功率平抑策略中，得出每一种储能类型所需的储能系统配置。然后得出每种储能类型的储能工况适用性对比评价指标，具体的计算过程为：
平抑效能指标η为：
其中α为平抑前的1min最大功率变化量；β为平抑后的1min最大功率变化量；
储能容量配置指标CW为：
其中Wmax为在同一应用场景下12种储能类型中的最大储能系统容量；W为所选储能类型的储能系统容量；
储能系统投资成本指标CS为：
其中C1、C2分别为所选储能类型的容量价格和功率价格；P为所选储能类型的储能系统功率；max(C1×W)、max(C2×P)分别为12种储能类型中最高的容量价格和功率价格；
储能循环寿命指标CL为：
其中L为所选储能类型的储能循环寿命；Lmax为12种储能类型中的最大储能循环寿命；
构建完各储能类型参数的评价指标模型后，采用将主观赋权法中的层次分析法(AHP)和客观赋权法中的熵值赋权法相结合的主客观组合赋权法来确定各评价指标的权重，建立发电侧的储能工况适用性对比综合评价指标λ1为：
λ1＝0.12η+0.45CW+0.32CS+0.11CL (9)
表1给出了12种储能类型各自的平抑效能指标、储能系统容量配置、储能系统投资成本以及储能寿命。
表1
图2为12种储能类型的储能工况适用性对比综合评价指标对比图，从图中可在看出，在电力系统的发电侧，储能系统结合低通滤波原理的风电功率平抑策略中，钛酸锂电池综合评价指标最高，为77.52分。
应用场景二：
本实施例对电力系统运行的输电侧进行分析，采用某省2016年全年的风电出力进行分析，该省的风电总装机容量为5320MW，采用的储能类型为抽水蓄能，其循环寿命为15000/次，能量转换效率75％，储能容量价格400元/kW·h，储能功率价格7800元/kW。
实施例计算条件说明如下：
(1)输送电企业单位风电量的外送价格Kr＝0.06元/(kW·h)；
(2)输电工程单位综合造价Ks＝100万元/(MW/100km)；
(3)输电通道容量Pline＝750MW，输电线路长度L＝200km；
(4)输电投资静态回收期Ts＝20a；
(5)电网因输电容量不足而阻塞弃风损失补偿单价KL＝0.6元/(kW·h)；
通过储能系统来提高风电外送的能力，综合考虑风电的输送需求、输电工程成本、弃风损失量、输电运行效益以及储能投资成本因素，构建能够反映输电工程和储能的综合收益的目标函数为：
f(Be,Ce)＝max[R+B(Be,Ce)-Cs-Cc(Be,Ce)] (10)
其中f(Be,Ce)为风电外送输电工程和储能全寿命周期的综合收益；R为电网输电工程收益；Cs为输电工程成本；Cc(Be,Ce)为储能系统投资成本；B(Be,Ce)为储能系统收益；Be为储能配置的容量；Ce为储能配置的功率；满足(5)式的Be和Ce即为综合收益最优的储能容量和功率，也是储能系统所需的储能配置；
电网的输电工程收益R正比于储能提高的风电量和风电基地原发电总量之和，其计算公式为：
R＝Kr(GW+GL) (11)
其中Kr为输电企业外送单位风电电量的价格；GW为输电工程每年送出的风力发电电量；GL为提高的风电输电电量；
储能系统收益B(Be,Ce)正比于储能寿命期限内提高的风电接纳电量，其计算公式为：
B(Be,Ce)＝KLGL (12)
其中KL为电网因输电容量不足造成弃风损失的补偿单价；
输电工程建设投资成本Cs的计算公式为：
Cs＝KsPlineL/Ts (13)
其中Pline为输电通道容量；L为输电距离；Ks为单位容量、单位长度下的输电工程造价；Ts为输电工程投资静态回收期；
储能系统投资成本Cc的计算公式为：
Cc＝(C1Be+C2Ce)/Tc (14)
其中C1为储能系统容量价格；C2为储能系统功率价格；
通过计算得到在风电输送的过程中加入储能系统后其风电接纳量提高了32.386GW·h，图3给出了配置储能系统前后风电场风电接纳量的对比图，并且在配置抽水蓄能该储能类型情况下，系统的电网的输电工程收益R为1.571亿元，储能系统收益B为1943.7万元，输电工程建设投资成本Cs为5490万元，储能系统投资成本Cc为2280万元，则风电外送输电工程和储能全寿命周期的综合收益f为1.1836亿元，并且在储能系统收益最优的情况下得到的储能系统容量为224MW·h，储能系统功率为39MW。
随后将12种储能类型逐一应用到这一目标函数中，计算每一种储能类型所需的储能系统配置。然后得出每种储能类型的储能工况适用性对比评价指标，具体的计算过程为：
平抑效能指标η为：
其中α为平抑前的1min最大功率变化量；β为平抑后的1min最大功率变化量；
储能容量配置指标CW为：
其中Wmax为在同一应用场景下12种储能类型中的最大储能系统容量；W为所选储能类型的储能系统容量；
储能系统投资成本指标CS为：
其中C1、C2分别为所选储能类型的容量价格和功率价格；P为所选储能类型的储能系统功率；max(C1×W)、max(C2×P)分别为12种储能类型中最高的容量价格和功率价格；
储能循环寿命指标CL为：
其中L为所选储能类型的储能循环寿命；Lmax为12种储能类型中的最大储能循环寿命；
构建完各储能类型参数的评价指标模型后，采用将主观赋权法中的层次分析法(AHP)和客观赋权法中的熵值赋权法相结合的主客观组合赋权法来确定各评价指标的权重，建立发电侧的储能工况适用性对比综合评价指标λ2为：
λ2＝0.49CW+0.34CS+0.17CL (19)
表2给出了12种储能类型各自的平抑效能指标、储能系统容量配置、储能系统投资成本以及储能寿命。
表2
储能类型 储能容量配置(MWh) 储能系统投资成本(亿元) 储能循环寿命(次)
抽水蓄能 224 3.938 15000
压缩空气储能 107 0.842 10000
飞轮储能 300 13.375 50000
钠硫电池 288 18.480 1500
钒液流电池 115 11.265 13000
胶体电池 207 2.625 4000
铅炭电池 357 4.603 2500
磷酸铁锂电池 363 13.575 2000
钛酸锂电池 363 33.540 10000
氢储能 36 10.926 50000
超导储能 24.4 8.667 10000
超级电容 318 38.784 10000
图4为12种储能类型的储能工况适用性对比综合评价指标对比图，从图中可在看出，在电力系统的输电侧，在储能系统用于提高风电接纳量的过程中，采用氢储能的综合评价指标最高，为89.62分。
应用场景三：
本实施例对电网的源网矛盾进行分析，采用某省电网典型日进行分析，该典型日的负荷高峰为18500MW，负荷低估为15000MW，该省的风电总装机容量为2028.1MW，采用的储能类型为抽水蓄能，其循环寿命为15000/次，能量转换效率75％，储能容量价格400元/kW·h，储能功率价格7800元/kW。
实施例计算条件说明如下：
(1)风电上网价格CW＝600元/(MW·h)，火电机组生产单位电能的环境成本Cf＝230/(MW·h)；
(2)本实施例进行合理假定，即在储能系统运行周期内，电网日负荷持续曲线不变，负荷低谷时段为3:00-5:00，高峰时段为17:21-18:07，设置储能系统在负荷低谷时段充电，负荷高峰时段放电，以减小等效负荷峰谷差；
(3)负荷低谷时段的电价为400元/(MW·h)，负荷高峰时段的电价为900元/(MW·h)；
我们将储能系统用于电力系统的松弛调峰之中，此来选取最优的储能系统配置，并建立储能容量配置优化目标函数为：
S(E)＝max{R(E)+T(E)+W(E)-EQ} (20)
其中S(E)为储能系统的最大收益；R(E)为储能系统的电量效益；T(E)为储能系统的环境效益；W(E)为储能系统的运行效益；E为储能系统配置容量；Q为储能系统容量价格；满足式(10)的储能系统配置容量就是我们所需的最优配置容量，上述各项收益的具体计算公式为：
储能系统的电量效益R(E)为：
R(E)＝CWEPwind (21)
其中CW为风电电价；EPwind为储能系统所带来的电网多接纳风电电量；
储能系统的环境效益T(E)为：
其中Cf为火电机组生产单位电能的排放成本；Pmetali为金属i的价格；ηmetali为单位重量储能电池中金属i的含量；ηenergy为储能系统能重比；Phandle为处理单位重量废电池所需生产性支出；
储能系统运行收益W(E)为：
W(E)＝CdischargeEηdischarge-CchargeE/ηcharge (23)
其中Ccharge、Cdischarge分别为电网低谷、高峰时段的电价；ηcharge、ηdischarge分别为储能系统充电效率和放电效率；
图5给出了储能容量配置、储能功率配置与储能系统运行效益的三维对比图，从图中可以看出，在储能类型为抽水蓄能的情况下，储能系统的最大收益为0.923亿元，在储能系统收益最大时，所对应的储能容量配置为272.58MW·h，储能功率配置为12.28MW。分别将12中储能类型运用到该储能系统中，得出每一种储能类型的最优配置，再得出每种储能类型的储能工况适用性对比评价指标，具体的计算过程为：
平抑效能指标η为：
其中α为平抑前的1min最大功率变化量；β为平抑后的1min最大功率变化量；
储能容量配置指标CW为：
其中Wmax为在同一应用场景下12种储能类型中的最大储能系统容量；W为所选储能类型的储能系统容量；
储能系统投资成本指标CS为：
其中C1、C2分别为所选储能类型的容量价格和功率价格；P为所选储能类型的储能系统功率；max(C1×W)、max(C2×P)分别为12种储能类型中最高的容量价格和功率价格；
储能循环寿命指标CL为：
其中L为所选储能类型的储能循环寿命；Lmax为12种储能类型中的最大储能循环寿命；
构建完各储能类型参数的评价指标模型后，采用将主观赋权法中的层次分析法(AHP)和客观赋权法中的熵值赋权法相结合的主客观组合赋权法来确定各评价指标的权重，建立发电侧的储能工况适用性对比综合评价指标λ2为：
λ2＝0.49CW+0.34CS+0.17CL (28)
表3给出了12种储能类型各自的平抑效能指标、储能系统容量配置、储能系统投资成本以及储能寿命。
表3
图6为12种储能类型的储能工况适用性对比综合评价指标对比图，从图中可在看出，在电力系统的输电侧，在储能系统用于提高风电接纳量的过程中，采用钠硫电池的综合评价指标最高，为79.16分。
本发明具体实施方式的实施例，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种多属性多目标储能工况适用性对比分析方法，其特征是，它包含以下步骤：
1)不同应用场景下储能技术的设定
应用场景一：
在电力系统运行的发电侧，采用储能系统结合低通滤波原理的风电功率平抑策略来平滑注入电网的风电功率并得到相应的储能系统配置，选取一定的截止频率fc和平抑控制周期Tc，其经过平抑后注入电网的平均功率为：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中Pout，k为第k个控制周期注入电网的平均功率；Pw，k为第k个控制周期风电场输出的平均功率；τ为滤波时间常数，τ＝1/2πfc；
第k个控制周期的储能系统充放电功率Pbk为：
<mrow> <msub> <mi>Pb</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
第k个控制周期结束时储能系统的能量Ek为：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <msub> <mi>Pb</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中E0为储能系统的初始能量；该截止频率下需要给风电场配置的储能容量W为：
<mrow> <mi>W</mi> <mo>=</mo> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>...</mo> <mi>n</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>E</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>-</mo> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>...</mo> <mi>n</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>E</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中maxEk和minEk分别为储能系统累计容量的最大值和最小值；上述所求得的储能容量W和储能充放电功率Pbk的最大值，就是储能系统所需的储能配置；
应用场景二：
在电力系统运行的输电侧，通过储能系统来提高风电外送的能力，综合考虑风电的输送需求、输电工程成本、弃风损失量、输电运行效益以及储能投资成本因素，构建能够反映输电工程和储能的综合收益的目标函数为：
f(Be,Ce)＝max[R+B(Be,Ce)-Cs-Cc(Be,Ce)] (5)
其中f(Be,Ce)为风电外送输电工程和储能全寿命周期的综合收益；R为电网输电工程收益；Cs为输电工程成本；Cc(Be,Ce)为储能系统投资成本；B(Be,Ce)为储能系统收益；Be为储能配置的容量；Ce为储能配置的功率；满足(5)式的Be和Ce即为综合收益最优的储能容量和功率，也是储能系统所需的储能配置；
电网的输电工程收益R正比于储能提高的风电量和风电基地原发电总量之和，其计算公式为：
R＝Kr(GW+GL) (6)
其中Kr为输电企业外送单位风电电量的价格；GW为输电工程每年送出的风力发电电量；GL为提高的风电输电电量；
储能系统收益B(Be,Ce)正比于储能寿命期限内提高的风电接纳电量，其计算公式为：
B(Be,Ce)＝KLGL (7)
其中KL为电网因输电容量不足造成弃风损失的补偿单价；
输电工程建设投资成本Cs的计算公式为：
Cs＝KsPlineL/Ts (8)
其中Pline为输电通道容量；L为输电距离；Ks为单位容量、单位长度下的输电工程造价；Ts为输电工程投资静态回收期；
储能系统投资成本Cc的计算公式为：
Cc＝(C1Be+C2Ce)/Tc (9)
其中C1为储能系统容量价格；C2为储能系统功率价格；
应用场景三：
针对电网的源网矛盾问题，将储能系统用于电网的松弛调峰之中，并建立储能容量配置优化目标函数为：
S(E)＝max{R(E)+T(E)+W(E)-EQ} (10)
其中S(E)为储能系统的最大收益；R(E)为储能系统的电量效益；T(E)为储能系统的环境效益；W(E)为储能系统的运行效益；E为储能系统配置容量；Q为储能系统容量价格；满足式(10)的储能系统配置容量就是所需的最优配置容量，具体计算公式为：
储能系统的电量效益R(E)为：
R(E)＝CWEPwind (11)
其中CW为风电电价；EPwind为储能系统所带来的电网多接纳风电电量；
储能系统的环境效益T(E)为：
<mrow> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>E</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mi>l</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>g</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mi>E</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中Cf为火电机组生产单位电能的排放成本；Pmetali为金属i的价格；ηmetali为单位重量储能电池中金属i的含量；ηenergy为储能系统能重比；Phandle为处理单位重量废电池所需生产性支出；
储能系统运行收益W(E)为：
W(E)＝CdischargeEηdischarge-CchargeE/ηcharge (13)
其中Ccharge、Cdischarge分别为电网低谷、高峰时段的电价；ηcharge、ηdischarge分别为储能系统充电效率和放电效率；
2)储能工况适用性对比综合评价指标
储能工况适用性对比综合评价指标的主要功能就是通过不同工况条件下获得的储能配置，结合不同储能类型的特征参数来得到一个综合评价指标，以此来方便的选取最优的储能类型，储能工况适用性对比综合评价指标包含的储能类型有：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、钠硫电池、钒液流电池、胶体电池、铅炭电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、氢储能、超导储能以及超级电容在内的12种储能类型，涉及的参数包括平抑效能指标、储能容量配置、储能容量价格、储能功率价格、循环寿命和储能系统投资成本：
平抑效能指标η为：
<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>100</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>-</mo> <mi>&amp;beta;</mi> </mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中α为平抑前的1min最大功率变化量；β为平抑后的1min最大功率变化量；
储能容量配置指标CW为：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>W</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>W</mi> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>15</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中Wmax为在同一应用场景下12种储能类型中的最大储能系统容量；W为所选储能类型的储能系统容量；
储能系统投资成本指标CS为：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>W</mi> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>W</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>P</mi> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中C1、C2分别为所选储能类型的容量价格和功率价格；P为所选储能类型的储能系统功率；max(C1×W)、max(C2×P)分别为12种储能类型中最高的容量价格和功率价格；
储能循环寿命指标CL为：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>L</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>max</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>17</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中L为所选储能类型的储能循环寿命；Lmax为12种储能类型中的最大储能循环寿命；
构建完各储能类型参数的评价指标模型后，采用将主观赋权法中的层次分析法(AHP)和客观赋权法中的熵值赋权法相结合的主客观组合赋权法来确定各评价指标的权重；由于储能系统在电力系统运行发电侧的使用中，采用的是滤波器来对风电功率进行平抑控制，在控制的过程中涉及到使平抑效能指标来，所以建立发电侧的储能工况适用性对比综合评价指标λ1为：
λ1＝0.12η+0.45CW+0.32CS+0.11CL (18)
由于储能系统在电网源网矛盾以及电力系统运行的输电侧不涉及风电功率的平抑效能指标，所以建立其储能工况适用性对比综合评价指标λ2为：
λ2＝0.49CW+0.34CS+0.17CL (19)
在选定应用场景的情况下，通过式(14)或式(15)得到每一种储能类型的综合评价指标，在通过图形进行比较，给出最优的储能选型方案。
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