CN110556846B - 实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，包括步骤：在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；及在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；在所述储能装置中的能量全部释放后，电网的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

Description

实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法和装置

技术领域

本发明涉及电力及电气工程技术领域，尤其涉及一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法及装置。

背景技术

风电、光伏能源等可再生能源接入电网的容量规模，与电网的调峰能力密切相关。目前，电网实施调峰时，因火电、水电等不便调节，会优先针对风电或光电实施调峰操作，造成弃风或弃光现象，造成了能源流失。

利用大规模储能装置对负荷“削峰填谷”，实现负荷的时空平移，能够有效降低电网的负荷调峰需求，在电网现有的调峰能力保持不变的条件下，可以接入更多的可再生能源，实现减少弃风、弃光，消纳更多可再生能源的目的。

为了充分发挥电网内储能装置保障电网的日用电计划的作用，减小电网的负荷调峰容量需求，提升电网的安全性和灵活性，需要实施优化后的储能装置调度策略。

发明内容

本发明提供一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法及装置，以克服目前针对储能装置的调度策略对减小电网调峰容量需求的贡献不足的问题。

第一方面，本发明提供一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，包括以下步骤：

在检测到电网的日负荷值下降至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；及

在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；

其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；

在所述储能装置中的能量全部释放后，在一个典型日内，电网的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、所述储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

进一步地，

所述储能装置充电指令包括充电功率或充电时长；

所述储能装置放电指令包括放电功率或放电时长；

相应地，该方法还包括：

在以该充电功率从电网中充电至达到该充电时长时，或

在以该充电功率从电网中吸收电能达到储能装置的最大容量时，

生成充电状态切换指令，所述充电状态切换指令用于控制储能装置从充电状态切换为停运状态；

在以该放电功率向电网中放电至达到该放电时长时，或

在以该放电功率向电网中释放电能至储能装置的容量为零时，

生成放电状态切换指令，所述放电状态切换指令用于控制储能装置从放电状态切换为停运状态。

进一步地，还包括：

确定预先获取的电网日负荷曲线的基本参数的步骤：

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最高时刻t_p及其对应的日负荷峰值Load(t_p)，及

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最低时刻t_v及其对应的日负荷谷值Load(t_v)；

确定预先获取的电网日负荷曲线Load(t)对应的调峰容量需求为：

Cap₀＝Load(t_p)-Load(t_v)。

进一步地，还包括：

确定储能装置的基本参数的步骤：

记所述储能装置包括M个可调度储能设备i，1<i<M；

储能装置的可调度最大容量E_max＝ΣE_i，其中，E_i为各可调度储能设备的最大容量，1<i<M；

记各储能设备在充电状态下的最大功率为P_INmax,i，充电能量效率为λ_IN,i；

确定最大充电时间为T_INmax＝max{E_i/(λ_IN,iP_INmax,i)}；

基于最大充电时间T_INmax，确定所述储能装置在充电状态下的最大功率P_INmax＝Σ(E_i/λ_IN,iT_INmax)，及充电能量效率λ_IN＝E_max/(T_INmaxP_INmax)；

记各储能设备在放电状态下的最大功率为P_OUTmax,i，放电能量效率为λ_OUT,i；

确定最大放电时间为T_OUTmax＝max{(E_iλ_OUT,i)/P_OUTmax,i}；

基于最大放电时间T_OUTmax，确定所述储能装置在放电状态下的最大功率P_OUTmax＝Σ(E_iλ_OUT,i)/T_OUTmax，及放电能量效率λ_OUT＝(T_OUTmaxP_OUTmax)/E_max。

进一步地，还包括：

初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、储能装置的充电功率P_IN、及储能装置的累计充电时长T_ch的步骤：

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初值设为日负荷谷值Load(t_v)，并增大触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch；

当触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初选值：

第一充电条件：P_ch-Load(t_v)＝P_INmax；

第二充电条件：λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max；

其中，储能装置的充电功率P_IN＝P_ch-Load(t_v)；

充电时长T_ch为触发充电后，电网的日负荷值Load_(t)小于触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的累计时间。

进一步地，还包括：

初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、储能装置的放电功率P_OUT、及储能装置的累计放电时长T_dis的步骤：

将触发储能装置放电的放电日负荷阈值P_dis的初值设为日负荷峰值Load(t_p)，并减小触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；当触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的初选值：

第一放电条件：Load(t_p)-P_dis＝P_OUTmax；

第二放电条件：T_dis×[Load(t_p)-P_dis]＝λ_OUT×E_max；

其中，储能装置的放电功率P_OUT＝Load(t_p)-P_dis；

放电时长T_dis为触发放电后，电网的日负荷Load_(t)大于触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的累计时间。

进一步地，还包括：

再次确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、充电功率P_IN、和充电时长T_ch及触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、放电功率P_OUT和放电时长T_dis的步骤：

(1)若触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis由第一放电条件确定，触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch由第一充电条件确定，则

比较待放电能量T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT与待充电能量λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]的大小：

若待放电能量大于待充电能量，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

若待放电能量小于待充电能量，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

(2)若P_dis由第一放电条件确定，P_ch由第二充电条件确定，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝E_max；

(3)若P_dis由第二放电条件确定，P_ch由第一充电条件确定，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max。

第二方面，本发明还提供了一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度装置，包括：

储能装置充电控制单元，用于在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；

储能装置放电控制单元，用于在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；

其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；

在所述储能装置中的能量全部释放后，电网的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、所述储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

进一步地，

所述储能装置充电指令包括充电功率或充电时长；

所述储能装置放电指令包括放电功率或放电时长；

相应地，所述装置还包括：

充电状态切换控制单元，用于在以该充电功率从电网中充电至达到该充电时长时，或

在以该充电功率从电网中吸收电能达到储能装置的最大容量时，

生成充电状态切换指令，所述充电状态切换指令用于控制储能装置从充电状态切换为停运状态；

放电状态切换控制单元，用于在以该放电功率向电网中放电至达到该放电时长时，或

在以该放电功率向电网中释放电能至储能装置的容量为零时，

生成放电状态切换指令，所述放电状态切换指令用于控制储能装置从放电状态切换为停运状态。

进一步地，还包括：

电网日负荷曲线参数确定单元，用于确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最高时刻t_p及其对应的日负荷峰值Load(t_p)，及

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最低时刻t_v及其对应的日负荷谷值Load(t_v)；

确定预先获取的电网日负荷曲线Load(t)对应的调峰容量需求为：

Cap₀＝Load(t_p)-Load(t_v)。

本发明提供的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法中，不管储能装置是工作在充电状态，还是工作在放电状态，均以储能装置中，单个储能设备连续工作的最长时间来计算储能装置整体对外(以下称为等效后的储能装置)的工作功率及工作效率，从而保证各储能设备均以低于其最大功率的恒定功率运行，保证了各储能装置安全稳定、可持续地循环运行。

本发明提供的储能调度方法，以减小典型日负荷曲线对应的调峰需求为目标，在储能调度原则约束下，通过优化储能装置的工作参数，将电网调峰容量需求降至最小，从而最大化地发挥可调度储能提供的辅助调峰作用。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法的流程示意图；

图2为本发明优选实施方式的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度装置的组成示意图；

图3是本发明优选实施方式中储能装置调度方法的流程示意图；

图4是本发明优选实施方式中的电网的日发电计划曲线。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

如图1所示，本发明一个实施例的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，包括以下步骤：

步骤S10：在检测到电网的日负荷值下降至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；

步骤S20：在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；

其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；

在所述储能装置中的能量全部释放后，在一个典型日内，电网的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

应该理解为，电网的日负荷值即目标电网的用电典型日负荷曲线中各采样时刻点的负荷值。

本发明提供的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法中，不管储能装置是工作在充电状态，还是工作在放电状态，均以储能装置中，单个储能设备连续工作的最长时间来计算储能装置整体对外(以下称为等效后的储能装置)的工作功率及工作效率，从而保证各储能设备均以低于其最大功率的恒定功率运行，保证了各储能装置安全稳定、可持续地循环运行。

本发明提供的储能调度方法，以减小典型日负荷曲线对应的调峰需求为目标，在储能调度原则约束下，通过优化储能装置的工作参数，将电网调峰容量需求降至最小，从而最大化地发挥可调度储能提供的辅助调峰作用。

该储能调度原则包括：

(1)触发充电前，储能装置的可用容量为0；充电阶段，储能装置从电网吸收到的全部能量E^*不大于储能装置的最大容量E_max；

放电结束后，储能装置的可用容量为0；放电阶段，储能装置释放的全部能量E^**不大于储能装置的最大容量E_max，且与从电网吸收到的全部能量E^*相匹配；

(2)触发充电后，储能装置从可用容量为零切换为从电网内吸收电能的充电状态；处于充电状态时，充电功率恒定；

(3)触发放电后，储能装置切换为向电网释放电能的放电状态；处于放电状态时，放电功率恒定；放电结束后，整体上储能装置内的容量为零；

(4)在每个日负荷曲线周期内，日负荷先单调下降至最低负荷，再单调上升至最高负荷，再从最高负荷单调下降；

也即，在每一个日负荷曲线周期内，储能装置按照先充电再放电的顺序，完成一轮工作循环。

应该理解为，以上描述中，是以单个储能装置作为被调度的对象的。在此之前，还包括将全部的可调度储能设备等效为单个储能装置的步骤。

如图3所示，一个实施例的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，包括以下步骤：

步骤1：根据获取的目标电网的典型日负荷曲线Load(t)，确定日负荷最高时刻t_p及其对应的最高负荷Load(t_p)，和日负荷最低时刻t_v及其对应的最低负荷Load(t_v)；

根据目标电网内可调度储能装置的基本参数，将全部的可调度储能设备等效为单个储能装置；等效后，储能装置的最大容量记为E_max；储能装置处于充电状态下的最大功率记为P_INmax，充电能量效率记为λ_IN；放电状态下的最大功率记为P_OUTmax，放电能量效率记为λ_OUT。

步骤2：初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch，当检测到电网的负荷水平减小至该触发储能装置充电的日负荷阈值时，即，Load(t)≤P_ch时，控制储能装置以P_IN＝P_ch-Load(t_v)的功率充电，充电时长T_ch为日负荷曲线中满足Load(t)≤P_ch的总时长或根据第二充电条件确定的充电时长；

初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；当检测到电网的负荷水平增大至触发储能装置放电的日负荷阈值时，即，Load(t)≥P_dis，控制储能装置以P_OUT＝Load(t_p)-P_dis的功率放电，放电时长T_dis为日负荷曲线中满足Load(t)≥P_dis的总时长或根据第二放电条件确定的放电时长；

步骤3：根据初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch和初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_ch时满足的充电约束条件或放电约束条件，对触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis和触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的值进行再次调整，确定最优的触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis ^*和最优的触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch ^*，以进一步减少调峰容量需求。

所述步骤1中，目标电网的用电典型日负荷曲线Load(t)，一般由电网调度运行部门根据电网的实际情况预先确定并发布。在不同季节或特定时间段时，电网负荷特性可能会有较大差异。电网调度运行部门则会预先确定并发布多个典型日负荷曲线Load(t)。针对这些典型日负荷曲线Load(t)，需要分别制订相应的实现最小调峰容量的储能装置调度策略。如图4所示，典型日负荷曲线Load(t)具有一个日负荷最低时刻t_v和一个日负荷最高时刻t_p，且日负荷最高时刻t_p出现在日负荷最低时刻t_v之后；在日负荷最低时刻t_v和日负荷最高时刻t_p之间，负荷水平呈现单调增长趋势；日负荷最高时刻t_p对应的负荷水平为Load(t_p)，日负荷最低时刻t_v对应的负荷水平为Load(t_v)；日负荷的峰谷差为Load(t_p)-Load(t_v)。

图4中，日负荷曲线的起始点取在从前一个日负荷曲线的峰值向本日日负荷曲线的谷值下降过程中(如，峰值和谷值的平均值附近的位置)，时间一般为晚上21～22点，终点取为下一天中与起点相同的时刻，从而使Load(t)包括完整一天的负荷，也即24个小时。

所述步骤1中，根据目标电网内多个可调度储能设备的基本参数，将全部的可调度储能设备等效为单个储能装置包括：

记电网内共有M个可调度储能设备i，1<i<M，则电网内可调度储能装置的最大容量E_max＝ΣE_i，其中，E_i为各储能设备的最大容量；各储能设备在充电状态下的最大功率记为P_INmax,i，充电能量效率记为λ_IN,i；

确定最大充电时间为T_INmax＝max{E_i/(λ_IN,iP_INmax,i)}，即全部储能设备分别以其最大充电功率P_INmax,i将能量从0充能至E_i所需要的时间中的最大值；

根据最大充电时间T_INmax，确定充电状态下储能装置的最大功率P_INmax＝ΣE_i/(λ_{IN, i}T_INmax)，及储能装置的充电能量效率λ_IN＝E_max/(T_INmaxP_INmax)；

各储能设备在放电状态下的最大功率记为P_OUTmax,i，放电能量效率记为λ_OUT,i；

确定最大放电时间为T_OUTmax＝max{(λ_OUT,iE_i)/P_OUTmax,i}，即全部储能设备分别以其最大放电功率P_OUTmax,i将能量从E_i释放至0所需要的时间中的最大值；根据最大放电时间T_OUTmax，确定放电状态下储能装置的最大功率P_OUTmax＝Σ(λ_OUT,iE_i)/T_OUTmax，及储能装置的放电能量效率λ_OUT＝(T_OUTmaxP_OUTmax)/E_max。

至此，已经完成了将全部的可调度储能设备等效为单个储能装置的工作。

应该理解为，储能装置或储能设备在响应日负荷曲线时，第一阶段为充电阶段，第二阶段为放电阶段。在充电阶段，各储能设备受控地从电网获取能量；在放电阶段，各储能设备受控地将能量注入电网。

所述步骤2中，首先将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的初值设定为日负荷峰值Load(t_p)，然后将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的值逐渐减小；

当满足以下条件中的任意一项时，停止继续减小，确定当前值为初步确定的值：

第一放电条件，也即储能装置最大放电功率约束：Load(t_p)-P_dis＝P_OUTmax

第二放电条件，也即，储能装置放电容量约束：

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]＝λ_OUT×E_max

第三放电条件，也即，日负荷曲线下移幅度约束：

P_dis＝Load(t_p)-[Load(t_p)-Load(t_v)]/3

其中，第二放电条件的含义为，在检测到日负荷曲线上升至触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis时，控制储能装置以[Load(t_p)-P_dis]恒功率持续放电T_dis，直到将之前在充电阶段从0开始吸收到的全部能量E^*释放。

应该理解为，鉴于放电效率不大于1，放电电阶段向电网注入或释放的能量E^**不大于在充电节点从电网吸收到的全部能量E^*。

因此，如果触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis由第二放电条件确定，而触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch由第一充电条件确定，则需要进一步对触发储能装置充电的日负荷阈值进行调整，以满足放电阶段的放电能量不大于在先的充电阶段的充电能量的约束。

第三放电条件约束如下：触发储能装置放电的日负荷阈值不能过低，否则可能造成储能装置在放电阶段造成的调整后电网日负荷曲线的最低点低于充电阶段或停运阶段的日负荷曲线的最低点，反而削弱了储能装置降低系统备用容量需求的作用。

鉴于目前实际电网中，配置的储能装置的容量相对较小，放电状态下的最大功率P_OUTmax、电网内可调度储能装置的最大容量E_max的数值与电网的日负荷峰谷差Load(t_p)-Load(t_v)的数值相比很小，因此，在从日负荷峰值这个起点开始，逐渐减小数值来搜索触发储能装置放电的日负荷阈值的过程中，将优先满足第一放电条件或第三放电条件。

因此，为节省搜索时间，则可以不校验确定的触发储能装置放电的日负荷阈值是否满足第三放电条件约束。

从优化步骤执行的角度，可以直接排除第三放电约束条件；减少一个约束条件，将较大地减小优化时的搜索空间，提高搜索速度。

所述步骤2中，首先，将触发储能装置的充电的日负荷阈值P_ch的初值设定为日负荷谷值Load(t_v)，然后将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的值逐渐增大，当满足以下条件中的任意一项时，停止继续增大P_ch的值。

第一充电条件，也即储能装置最大充电功率约束：P_ch-Load(t_v)＝P_INmax

第二充电条件，也即，储能装置充电能量约束：

λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max

第三充电条件，也即负荷曲线上移幅度约束：

P_ch＝Load(t_v)+[Load(t_p)-Load(t_v)]/3

其中，第二充电条件的含义为，在检测到日负荷曲线下降至触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch时，控制储能装置以[P_ch-Load(t_v)]恒功率持续充电T_ch，直到从电网中吸收到总量为E^*的电能。

应该理解为，在充电阶段，从0开始吸收到的全部能量E^*不大于储能装置的最大容量E_max。

第三充电条件约束如下：触发充电日负荷不能过高，否则可能造成储能装置在充电阶段时，日负荷曲线的最高点高于放电阶段或停运阶段的负荷曲线最高点，反而削弱了储能装置减少系统备用容量需求的作用。

由于目前的实际电网中，配置的储能装置容量较小，充电状态下的最大功率P_INmax、电网内可调度储能装置的最大容量E_max的数值与电网的日负荷峰谷差[Load(t_p)-Load(t_v)]的数值相比很小，因此，在从日负荷谷值这个起点开始，逐渐增加数值来搜索触发储能装置充电的日负荷阈值的过程中，P_ch的值将优先满足第一充电条件或第二充电条件。

因此，将触发储能装置充电的日负荷阈值的第三充电条件或触发储能装置放电的日负荷阈值的第三放电条件作为优化过程中的约束条件之一后，则在搜索过程中，将会出现3*3＝9种组合方式，比只考虑第一充电或放电条件和第二充电或放电条件时的4种组合多出一倍以上；这时，搜索空间将显著扩大，从而导致搜索效率显著降低。

为提高搜索效率，可以仅搜索充电或放电过程中的第一条件和第二条件。

所述步骤3中，根据步骤2中确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的放电条件和触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的充电条件的不同组合情况，进一步调整，具体为：

(1)若P_dis由第一放电条件确定，而P_ch由第一充电条件确定，则

比较待放电能量T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT与待充电能量λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]的大小：

第一种情形：待放电能量大于待充电能量，即

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT>λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]，

则保持待放电能量不变，将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大，通过延长充电时间使得T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×P_INmax，也即待充电能量增加至与待放电能量相匹配；在T_ch期间，储能装置的充电功率保持为P_INmax。

这时，不调整触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；在T_dis期间，储能装置的放电功率保持为P_OUT＝Load(t_p)-P_dis。

第二种情形：待放电能量小于待充电能量，即

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT<λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]，

则保持待充电能量不变，将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis继续减小，通过延长放电时间使得T_dis×P_OUTmax/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]，使得待充电能量增加至与待放电能量相匹配；在T_dis期间，储能装置的放电功率保持为P_OUTmax。

这时，不调整触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch；T_ch期间，储能装置的充电功率保持为P_IN＝P_ch-Load(t_v)。

在上述步骤中，通过选择待充电能量或待放电能量值的较大值作为储能装置先电网调节的能量，可以充分发挥储能装置减少系统备用容量需求的作用。

(2)若P_dis由第一放电条件确定，P_ch由第二充电条件确定，

则将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis继续减小，通过提前触发储能装置放电，使得T_dis×P_OUTmax/λ_OUT＝E_max，也即使得待放电能量增加至与储能装置的最大容量相同；在T_dis期间，储能装置的放电功率保持为P_OUTmax。

这时，不调整触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch；在T_ch期间，储能装置的充电功率保持P_IN＝P_ch-Load(t_v)。

在上述步骤中，因为充电过程由第二充电条件确定，其储存的能量为E_max；为保证每次触发充电时，储能装置的容量均为零，需要跟随地调整放电过程，将从电网吸收到的能量在满足放电效率的约束下全部释放或注入电网。

另一方面，因为已经满足最大放电功率约束，放电功率已经达到上限P_outmax不能再增大，因此，所以只能继续降低P_dis，通过提前触发放电来放电时间T_dis延长。

(3)若P_dis由第二放电条件确定，P_ch由第一充电条件确定，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch继续增大，通过提前触发储能装置充电，使得λ_IN×T_ch×P_INmax＝E_max，也即使得T_ch期间，储能装置储存的能量达到E_max。

这时，不调整触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；在T_dis期间，储能装置的放电功率保持为P_OUT＝Load(t_p)-P_dis。

在上述步骤中，因为放电过程由第二放电条件确定，其放电能量为E_max；为保证充电能量与放电能量相匹配，需要跟随地调整充电过程，将从电网吸收到的能量满足放电阶段的能量需求。

另一方面，因为已经满足最大充电功率约束，充电功率已经达到上限P_inmax，因此，所以只能继续增加P_ch，通过提前触发充电来延长充电时间T_ch。

(4)P_dis由第二放电条件确定，P_ch由第二充电条件确定

这时，P_dis不调整，T_dis期间，储能装置的放电功率为P_OUT＝Load(t_p)-P_dis。

这时，P_ch不调整，T_ch期间，储能装置的充电功率为P_IN＝P_ch-Load(t_v)。

这时，放电过程与充电过程相匹配，且储能装置的出力容量最大。

应该理解为，以上步骤中，计算放电时间时，可以采用在日负荷曲线上的负荷为[Load(tp)-Pdis]的位置画一条水平线，负荷曲线在该水平线以上的时间长度就是该P_dis对应的T_dis；计算充电时间的方法与之类似，这里不再赘述。

应该理解为，以上步骤中，得到的放电功率或充电功率均对应于等效后的储能装置。针对各储能设备，其各自的工作功率按照等效前各自的最大工作功率的比例进行分配即可。

经过储能装置调度策略调整后，实现的电网日负荷曲线Load_sm(t)的表达式如下：

其中，在当日的T_ch时段，储能装置以P_in的恒功率充电；

在当日的T_dis时段，储能装置以P_out的恒功率放电；

在当日的其他时段，储能装置处于停运状态，不参与到电网中，既不充电、也不放电。

经过储能装置调度策略调整后，电网日负荷曲线的调峰容量需求为：

Cap＝max{Load_sm(t)}-min{Load_sm(t)}。

由于步骤2中，P_dis和P_ch的值一般应由第一充电或放电条件或第二充电或放电条件确定，即使在步骤3中进行再次调整也不会达到第三充电或放电条件的限制，因此可以确定：

Load_sm(t)的最高点就是储能装置或储能装置放电阶段中负荷曲线的最高点；

Load_sm(t)的最低点就是储能装置或储能装置充电阶段中负荷曲线的最低点；

即：

max{Load_sm(t)}＝Load(t_p)-P_OUT，min{Load_sm(t)}＝Load(t_v)+P_IN，即

Cap＝Load(t_p)-P_OUT-[Load(t_v)+P_IN]＝[Load(t_p)-Load(t_v)]-(P_OUT+P_IN)。

而作为对比，原负荷曲线Load(t)对应的调峰容量需求为：

Cap₀＝max{Load(t)}-min{Load(t)}＝Load(t_p)-Load(t_v)

因此，经过储能调度策略调整后，调峰容量需求减少了(P_OUT+P_IN)。

综上，本发明提供的储能调度策略，充分利用了电网内储能装置的充电能力和放电能力，实现了电网日发电计划安排中调峰容量需求的最小化；减小的调峰容量需求，提高了电网运行的灵活性；减小的调峰容量需求，还可以增加对新能源发电设备的消纳能力，减少弃风弃光现象，提高了电网运行的和经济性。

以下以具体的一个算例系统为例，说明该实施例的方法。

如图4所示，某电网的某一典型日负荷特性曲线中，其最高负荷水平Load(t_p)＝5000MW，最低负荷水平Load(t_v)＝3500MW。该负荷曲线Load(t)对应的调峰容量需求为：

Cap₀＝Load(t_p)-Load(t_v)＝1500MW。

该电网内共有3台可调度储能装置，最大储能容量分别为E₁＝120MWh，E₂＝160MWh，E₃＝400MWh；充电状态下的最大功率分别为P_INmax,1＝40MW，P_INmax,2＝50MW，P_INmax,3＝100MW，充电效率分别为λ_IN,1＝0.75，λ_IN,2＝0.8，λ_IN,3＝0.8；放电状态下的最大功率分别为P_OUTmax,1＝40MW，P_OUTmax,2＝50MW，P_OUTmax,3＝80MW，放电能量效率分别为λ_OUT,1＝0.8，λ_OUT,2＝0.8，λ_OUT,3＝0.8。则该算例系统中，该电网内可调度储能装置等效后单个储能装置的最大容量E_max：

E_max＝E₁+E₂+E₃＝680MWh。

最长累计充电时间T_INmax＝E₃/(λ_IN,3P_INmax,3)＝5小时；最长累计放电时间T_OUTmax＝(E₃λ_OUT,3)/P_OUTmax,3＝4小时。

按照最长累计充电时间充电时，各储能装置的调整后功率E_i/(λ_IN,iT_INmax)分别为：32MW、40MW和100MW；相应地，等效后储能装置的最大充电功率P_INmax＝ΣE_i/(λ_IN,iT_INmax)＝32+40+100＝172MW；这时，等效后储能装置的充电能量效率λ_IN＝E_max/(P_INmaxT_INmax)＝0.79。

按照最长累计放电时间放电时，各储能装置的调整后功率(E_iλ_OUT,i)/T_OUTmax分别为：24MW、32MW和80MW；相应地，等效后储能装置的最大放电功率P_OUTmax＝Σ(E_iλ_OUT,i)/T_OUTmax＝24+32+80＝136MW；等效后储能装置的放电能量效率λ_OUT＝0.8。

以上策略，保证等效后的储能装置的充放电功率满足各储能装置的充放电功率约束。

下一步，令触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的初值为最高负荷水平5000MW；并逐渐减小触发储能装置放电的日负荷阈值的值；

当日负荷阈值P_dis减小至4901MW时，

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝680MWh；

满足第二放电条件，这时，放电功率[Load(t_p)-P_dis]＝99MW，不大于等效后储能装置的最大放电功率136MW，放电累计时间T_dis＝5.495小时。至此，初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis＝4901MW。应该理解为，鉴于放电效率，储能装置向电网内注入的能量小于680MWh。

同时地，令触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初值为3500MW；并逐渐增大触发储能装置放电的日负荷阈值的值；

当触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至3643MW时，

λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝680MWh，满足第二充电条件；这时，可调度储能装置的充电功率为P_IN＝P_ch-Load(t_v)＝143MW，不大于等效后储能装置的最大充电功率172MW，充电累计时间T_ch＝6.019小时；至此，初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch＝3643MW。

应该理解为，鉴于充电效率，储能装置从电网内吸收的能量大于680MWh。

再下一步，由于确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis和触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的条件分别为第二充电条件和第二放电条件，因此不需要再继续调整P_dis和P_ch的值。

至此，确定储能调度策略中触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis＝4901MW，触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch＝3643MW。

执行上述调度策略，在触发充电后，可调度储能装置以143MW的充电功率，累计充电约6.019小时后，从电网内吸收的能量将储能装置充满，达到最大容量680MWh；在触发放电后，可调度储能装置以99MW的放电功率，累计放电约5.495小时后，释放出储能装置内的全部能量，并注入到电网中。

最终，通过执行上述储能调度策略，调整后电网日负荷曲线Load_sm(t)对应的调峰容量需求为：

Cap＝[Load(t_p)-P_OUT]-[Load(t_v)+P_IN]＝1258MW。

因此，接入储能装置之后，电网的调峰容量需求减小了242MW，为未接入储能装置时的调峰容量需求的83.87％。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (5)

1.一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

在检测到电网的日负荷值下降至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；及

在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；

其中，所述步骤还包括：确定预先获取的电网日负荷曲基本参数的步骤：

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最高时刻t_p及其对应的日负荷峰值Load(t_p)，及

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最低时刻t_v及其对应的日负荷谷值Load(t_v)；

确定储能装置的基本参数的步骤：

记所述储能装置包括M个可调度储能设备i，1<i<M；

储能装置的可调度最大容量E_max＝ΣE_i，其中，E_i为各可调度储能设备的最大容量，1<i<M；

记各储能设备在充电状态下的最大功率为P_INmax,i，充电能量效率为λ_IN,i；

确定最大充电时间为T_INmax＝max{E_i/(λ_IN,iP_INmax,i)}；

基于最大充电时间T_INmax，确定所述储能装置在充电状态下的最大功率P_INmax＝Σ(E_i/λ_IN,iT_INmax)，及充电能量效率λ_IN＝E_max/(T_INmaxP_INmax)；

记各储能设备在放电状态下的最大功率为P_OUTmax,i，放电能量效率为λ_OUT,i；

确定最大放电时间为T_OUTmax＝max{(E_iλ_OUT,i)/P_OUTmax,i}；

基于最大放电时间T_OUTmax，确定所述储能装置在放电状态下的最大功率P_OUTmax＝Σ(E_iλ_OUT,i)/T_OUTmax，及放电能量效率λ_OUT＝(T_OUTmaxP_OUTmax)/E_max；

初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、储能装置的充电功率P_IN、及储能装置的累计充电时长T_ch的步骤：

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初值设为日负荷谷值Load(t_v)，并增大触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch；

当触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初选值：

第一充电条件：P_ch-Load(t_v)＝P_INmax；

第二充电条件：λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max；

其中，储能装置的充电功率P_IN＝P_ch-Load(t_v)；

累计充电时长T_ch为触发充电后，电网的日负荷值Load_(t)小于触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的累计时间；

初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、储能装置的放电功率P_OUT、及储能装置的累计放电时长T_dis的步骤：

将触发储能装置放电的放电日负荷阈值P_dis的初值设为日负荷峰值Load(t_p)，并减小触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；当触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的初选值：

第一放电条件：Load(t_p)-P_dis＝P_OUTmax；

第二放电条件：T_dis×[Load(t_p)-P_dis]＝λ_OUT×E_max；

其中，储能装置的放电功率P_OUT＝Load(t_p)-P_dis；

累计放电时长T_dis为触发放电后，电网的日负荷Load_(t)大于触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的累计时间；

再次确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、充电功率P_IN、和充电时长T_ch及触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、放电功率P_OUT和放电时长T_dis的步骤：

(1)若触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis由第一放电条件确定，触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch由第一充电条件确定，则

比较待放电能量T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT与待充电能量λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]的大小：

若待放电能量大于待充电能量，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

若待放电能量小于待充电能量，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

(2)若P_dis由第一放电条件确定，P_ch由第二充电条件确定，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝E_max；

(3)若P_dis由第二放电条件确定，P_ch由第一充电条件确定，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max；

其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；

在所述储能装置中的能量全部释放后，电网在一个典型日内的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、所述储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

2.根据权利要求1所述的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度方法，其特征在于，

所述储能装置充电指令包括充电功率或充电时长；

所述储能装置放电指令包括放电功率或放电时长；

相应地，该方法还包括：

在以该充电功率从电网中充电至达到该充电时长时，或

在以该充电功率从电网中吸收电能达到储能装置的最大容量时，

生成充电状态切换指令，所述充电状态切换指令用于控制储能装置从充电状态切换为停运状态；

在以该放电功率向电网中放电至达到该放电时长时，或

在以该放电功率向电网中释放电能至储能装置的容量为零时，

生成放电状态切换指令，所述放电状态切换指令用于控制储能装置从放电状态切换为停运状态。

3.一种实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度装置，其特征在于，包括：

储能装置充电控制单元，用于在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置充电的日负荷阈值时的第一时刻，生成储能装置充电指令，所述储能装置充电指令用于控制电网内的储能装置充电，以从电网中吸收电能；

储能装置放电控制单元，用于在检测到电网的日负荷值上升至触发储能装置放电的日负荷阈值时的第二时刻，生成储能装置放电指令，所述储能装置放电指令用于控制电网内的储能装置放电，以向电网中释放电能；

其中：储能装置充电控制单元还用于，确定预先获取的电网日负荷曲基本参数的步骤：

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最高时刻t_p及其对应的日负荷峰值Load(t_p)，及

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最低时刻t_v及其对应的日负荷谷值Load(t_v)；

确定储能装置的基本参数的步骤：

记所述储能装置包括M个可调度储能设备i，1<i<M；

储能装置的可调度最大容量E_max＝ΣE_i，其中，E_i为各可调度储能设备的最大容量，1<i<M；

记各储能设备在充电状态下的最大功率为P_INmax,i，充电能量效率为λ_IN,i；

确定最大充电时间为T_INmax＝max{E_i/(λ_IN,iP_INmax,i)}；

基于最大充电时间T_INmax，确定所述储能装置在充电状态下的最大功率P_INmax＝Σ(E_i/λ_IN,iT_INmax)，及充电能量效率λ_IN＝E_max/(T_INmaxP_INmax)；

记各储能设备在放电状态下的最大功率为P_OUTmax,i，放电能量效率为λ_OUT,i；

确定最大放电时间为T_OUTmax＝max{(E_iλ_OUT,i)/P_OUTmax,i}；

基于最大放电时间T_OUTmax，确定所述储能装置在放电状态下的最大功率P_OUTmax＝Σ(E_iλ_OUT,i)/T_OUTmax，及放电能量效率λ_OUT＝(T_OUTmaxP_OUTmax)/E_max；

初步确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、储能装置的充电功率P_IN、及储能装置的累计充电时长T_ch的步骤：

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初值设为日负荷谷值Load(t_v)，并增大触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch；

当触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的初选值：

第一充电条件：P_ch-Load(t_v)＝P_INmax；

第二充电条件：λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max；

其中，储能装置的充电功率P_IN＝P_ch-Load(t_v)；

累计充电时长T_ch为触发充电后，电网的日负荷值Load_(t)小于触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch的累计时间；

初步确定触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、储能装置的放电功率P_OUT、及储能装置的累计放电时长T_dis的步骤：

将触发储能装置放电的放电日负荷阈值P_dis的初值设为日负荷峰值Load(t_p)，并减小触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis；当触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至满足以下条件中的任一项时，确定其当前值为触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的初选值：

第一放电条件：Load(t_p)-P_dis＝P_OUTmax；

第二放电条件：T_dis×[Load(t_p)-P_dis]＝λ_OUT×E_max；

其中，储能装置的放电功率P_OUT＝Load(t_p)-P_dis；

累计放电时长T_dis为触发放电后，电网的日负荷Load_(t)大于触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis的累计时间；

再次确定触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch、充电功率P_IN、和充电时长T_ch及触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis、放电功率P_OUT和放电时长T_dis的步骤：

(1)若触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis由第一放电条件确定，触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch由第一充电条件确定，则

比较待放电能量T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT与待充电能量λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]的大小：

若待放电能量大于待充电能量，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

若待放电能量小于待充电能量，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足

T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]；

(2)若P_dis由第一放电条件确定，P_ch由第二充电条件确定，则

将触发储能装置放电的日负荷阈值P_dis减小至使得T_dis增大而满足T_dis×[Load(t_p)-P_dis]/λ_OUT＝E_max；

(3)若P_dis由第二放电条件确定，P_ch由第一充电条件确定，则

将触发储能装置充电的日负荷阈值P_ch增大至使得T_ch增大而满足λ_IN×T_ch×[P_ch-Load(t_v)]＝E_max；

其中，所述第一时刻早于所述第二时刻；

在所述储能装置中的能量全部释放后，电网的调峰容量需求最小，为电网的日负荷峰值与电网的日负荷谷值、所述储能装置的放电功率、及储能装置的充电功率这三者之差。

4.根据权利要求3所述的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度装置，其特征在于，

所述储能装置充电指令包括充电功率或充电时长；

所述储能装置放电指令包括放电功率或放电时长；

相应地，所述装置还包括：

充电状态切换控制单元，用于在以该充电功率从电网中充电至达到该充电时长时，或

在以该充电功率从电网中吸收电能达到储能装置的最大容量时，

生成充电状态切换指令，所述充电状态切换指令用于控制储能装置从充电状态切换为停运状态；

放电状态切换控制单元，用于在以该放电功率向电网中放电至达到该放电时长时，或

在以该放电功率向电网中释放电能至储能装置的容量为零时，

生成放电状态切换指令，所述放电状态切换指令用于控制储能装置从放电状态切换为停运状态。

5.根据权利要求3所述的实现电网最小调峰容量需求的储能装置调度装置，其特征在于，还包括：

电网日负荷曲线参数确定单元，用于确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最高时刻t_p及其对应的日负荷峰值Load(t_p)，及

确定电网日负荷曲线Load(t)的日负荷最低时刻t_v及其对应的日负荷谷值Load(t_v)。

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