CN109004642A - 用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法 - Google Patents

Abstract

一种用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法：根据选定的配电系统，输入配电网结构及参数；设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标；建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束和储能系统运行约束；将得到的用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型采用内点法进行求解，并计算评价指标；输出求解结果。本发明能够为评价配网分布式储能平抑分布式电源功率波动能力提供一个合理的方案。

Description

用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法

技术领域

本发明涉及一种配网分布式储能评价方法。特别是涉及一种用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法。

背景技术

近年来，分布式电源技术取得了飞速的发展，其在配电系统中的应用越来越广泛。由于分布式电源的功率输出具有间歇性和波动性等特点，分布式电源的大量接入将会给配电网的电压、电能质量、运行控制等带来一系列的影响。为了解决上述问题，将分布式储能系统与分布式电源相结合，利用储能系统的快速充放电特性平抑分布式电源输出功率的快速波动性，可有效提升分布式电源的功率输出品质，改善电能质量，降低其对配电系统的影响。随着储能技术的不断发展，分布式储能在性能上能够更好地胜任平抑分布式电源功率波动的任务，如何对用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能进行合理的评价具有重要的现实意义。

分布式储能的运行策略是影响其平抑分布式电源功率波动效果的重要因素。传统的分布式储能电站往往以一充一放或两充两放作为调度周期内的运行策略，但是由于分布式电源出力的波动性，储能在调度周期内可能需要多次的充放电以平滑分布式电源的输出。另一方面，储能系统的量化特征也影响储能平抑分布式电源功率波动的能力。低循环寿命的储能将在频繁切换充、放电状态过程中快速耗尽寿命；较低的最大放电深度会减少储能有效存储电能的容量，从而影响储能系统长时间平抑分布式电源功率波动的能力。故在评价分布式储能平抑分布式电源功率波动能力时必须考虑储能系统多种量化特征造成的影响。

因此，急需一种用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，为评价分布式储能平抑分布式电源功率波动的能力提供一个合理的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对分布式储能平抑分布式电源功率波动的能力作出评价的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，包括如下步骤：

1)根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源接入位置与容量，分布式储能的位置、容量、循环寿命、充放电效率及最大放电深度，系统节点电压和支路电流限制，系统基准电压和基准功率初值；

2)设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标；

3)建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束和储能系统运行约束；

4)将步骤3)得到的用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型采用内点法进行求解，并计算评价指标；

5)输出步骤4)的求解结果，包括目标函数和评价指标。

步骤2)所述的评价指标表示为：

h＝αC^FLU+βC^INV

式中，α和β分别为分布式电源与储能集成系统的功率波动的权重系数和分布式储能投资成本的权重系数；C^FLU为分布式电源与储能集成系统的功率波动系数，C^INV为分布式储能折算到每天的投资成本，分别表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率；y为分布式储能的使用年限；d为贴现率；分布式储能的投资成本包括储能变流器投资成本和储能电池投资成本，C^POW为储能变流器的单位功率投资成本，C^ENE为储能电池的单位能量投资成本；S_i为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量。

步骤3)所述的分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率。

步骤3)所述的储能系统运行约束表示为

式中，为t时段节点i上储能的能量；为t时段节点i上储能的功率损耗；A^ESS为储能的损耗系数；S_i为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量；SOC^max、SOC^min分别为储能荷电状态的上下限；DoD^max为储能的最大放电深度；N^M为储能的循环寿命，即最大充放电次数；SOC₀为储能每天初始时段的荷电状态，为节点i上储能每天结束时段的储能量；和分别为t时刻节点i上储能注入的有功功率和无功功率；Δt为时间间隔；y为分布式储能的使用年限；N_T为优化计算时段数。

本发明的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，立足于解决分布式储能平抑分布式电源功率能力评价问题，设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标，建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，并采用内点法进行求解，得到用于平抑分布式电源功率波动的配电网分布式储能评价结果。能够为评价配网分布式储能平抑分布式电源功率波动能力提供一个合理的方案。

附图说明

图1是本发明的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法的流程图；

图2是接入分布式储能的IEEE 33节点算例结构图；

图3是负荷需求系数的日预测曲线；

图4是光伏出力系数的日预测曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法做出详细说明。

本发明的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，立足于解决分布式储能平抑分布式电源功率能力评价问题，将分布式储能和分布式电源集成为统一的系统，设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标，建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，综合考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束和储能系统运行约束，采用内点法进行求解，得到用于平抑分布式电源功率波动的配电网分布式储能评价结果。

如图1所示，本发明的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，包括如下步骤：

1)根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源接入位置与容量，分布式储能的位置、容量、循环寿命、充放电效率及最大放电深度，系统节点电压和支路电流限制，系统基准电压和基准功率初值；

2)设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标；所述的评价指标表示为：

h＝αC^FLU+βC^INV (1)

式中，α和β分别为分布式电源与储能集成系统的功率波动的权重系数和分布式储能投资成本的权重系数；C^FLU为分布式电源与储能集成系统的功率波动系数，C^INV为分布式储能折算到每天的投资成本，分别表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率；y为分布式储能的使用年限；d为贴现率；分布式储能的投资成本包括储能变流器投资成本和储能电池投资成本，C^POW为储能变流器的单位功率投资成本，C^ENE为储能电池的单位能量投资成本；S_i为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量。

3)建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束和储能系统运行约束；其中，

(1)所述的分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率。

(2)所述的配电系统潮流约束表示为

式中，Ω_b表示所有支路的集合；r_ij为支路ij的电阻，x_ij为支路ij的电抗；P_t，ij、Q_t，ij分别为t时刻支路ij上流过的有功功率和无功功率；P_t，i、Q_t，i分别为t时刻节点i上注入的有功功率和无功功率之和；分别为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率和无功功率； 分别为t时刻节点i上储能注入的有功功率和无功功率；分别为节点i上负荷消耗的有功功率和无功功率；I_t，ij为t时刻节点i流向节点j的电流幅值；U_t，i为t时刻节点i的电压幅值。

(3)所述的配电系统安全运行约束表示为

式中，和分别为节点i的电压幅值上下限；为支路ij的电流幅值上限。

(4)所述的储能系统运行约束表示为

式中，为t时段节点i上储能的能量；为t时段节点i上储能的功率损耗；A^ESS为储能的损耗系数；为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量；SOC^max、SOC^min分别为储能荷电状态的上下限；DoD^max为储能的最大放电深度；N^M为储能的循环寿命，即最大充放电次数；SOC₀为储能每天初始时段的荷电状态，为节点i上储能每天结束时段的储能量；和分别为t时刻节点i上储能注入的有功功率和无功功率；Δt为时间间隔；y为分布式储能的使用年限；N_T为优化计算时段数。

4)将步骤3)得到的用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型采用内点法进行求解，并计算评价指标；

5)输出步骤4)的求解结果，包括目标函数和评价指标。

下面给出具体实施例：

对于本实施例，首先输入IEEE 33节点系统中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，算例结构如图2所示，详细参数见表1和表2；节点10处接入容量为500kVA的光伏系统；优化时间选取一天24小时，以1小时为时间间隔，采用负荷预测的方法来模拟负荷和光伏的日运行曲线，负荷需求和光伏出力系数的日预测曲线分别如图3、图4所示；采用层次分析法确定权重系数α＝0.54，β＝0.46；节点10处分别接入250kVA/1MWh的铅酸电池、锂离子电池和全钒液流电池三类分布式储能并计算各自的目标函数及评价指标，储能具体参数见表3；贴现率为0.08；最后设定系统的基准电压为12.66kV、基准功率为1MVA。

三类分布式储能的优化结果如表4所示。由结果可以看出，在无储能接入时，由于光伏发电具有波动性的特点，光伏的功率波动系数高达0.245。分布式储能的接入极大改善了光伏出力的平滑程度，其中锂离子电池储能平抑分布式电源功率波动效果最好，使功率波动系数降低了51.8％；液流电池储能的平抑波动能力稍差于锂离子电池；而铅酸电池由于寿命短、效率低，平抑功率波动能力最差。而在综合考虑集成系统功率波动系数和分布式储能投资成本时，全钒液流电池储能的评价指标最优。本发明方法综合考虑了集成系统功率波动和分布式储能投资成本，通过建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，能够对不同种类分布式储能平抑分布式电源功率波动能力做出定量的计算分析，该模型大幅提高了分布式电源出力的平滑程度，有利于提升光伏等分布式电源的消纳水平。

执行优化计算的计算机硬件环境为Intel(R)Core(TM)i5-3470 CPU，主频为3.20GHz，内存为4GB；软件环境为Windows 10操作系统。

表1 IEEE 33节点算例负荷接入位置及功率

表2 IEEE33节点算例线路参数

表3不同类型储能系统参数

表4三类储能接入优化结果对比

Claims (4)

1.一种用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据选定的配电系统，输入线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，分布式电源接入位置与容量，分布式储能的位置、容量、循环寿命、充放电效率及最大放电深度，系统节点电压和支路电流限制，系统基准电压和基准功率初值；

2)设定综合考虑分布式电源与储能集成系统的功率波动和分布式储能投资成本的评价指标；

3)建立用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束和储能系统运行约束；

4)将步骤3)得到的用于平抑分布式电源功率波动的分布式储能运行调度模型采用内点法进行求解，并计算评价指标；

5)输出步骤4)的求解结果，包括目标函数和评价指标。

2.根据权利要求1所述的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，其特征在于，步骤2)所述的评价指标表示为：

h＝αC^FLU+βC^INV

式中，α和β分别为分布式电源与储能集成系统的功率波动的权重系数和分布式储能投资成本的权重系数；C^FLU为分布式电源与储能集成系统的功率波动系数，C^INV为分布式储能折算到每天的投资成本，分别表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率；y为分布式储能的使用年限；d为贴现率；分布式储能的投资成本包括储能变流器投资成本和储能电池投资成本，C^POW为储能变流器的单位功率投资成本，C^ENE为储能电池的单位能量投资成本；S_i为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量。

3.根据权利要求1所述的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，其特征在于，步骤3)所述的分布式电源与储能集成系统功率波动的平方和最小为目标函数表示为：

式中，N_N为系统节点数；N_T为优化计算时段数；为t时刻节点i上分布式电源注入的有功功率；为t时刻节点i上储能注入的有功功率。

4.根据权利要求1所述的用于平抑分布式电源功率波动的配网分布式储能评价方法，其特征在于，步骤3)所述的储能系统运行约束表示为

式中，为t时段节点i上储能的能量；为t时段节点i上储能的功率损耗；A^ESS为储能的损耗系数；S_i为节点i上储能变流器的安装容量，E_i为节点i上储能电池的安装容量；SOC^max、SOC^min分别为储能荷电状态的上下限；DoD^max为储能的最大放电深度；N^M为储能的循环寿命，即最大充放电次数；SOC₀为储能每天初始时段的荷电状态，为节点i上储能每天结束时段的储能量；和分别为t时刻节点i上储能注入的有功功率和无功功率；Δt为时间间隔；y为分布式储能的使用年限；N_T为优化计算时段数。