CN111313441A - 一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于通过对储能系统在调峰调频场景下的工况特性进行分析，构建储能系统选型决策指标体系，其中决策指标体系考虑三层：目标层、决策层和方案层。目标层为调峰调频对储能工况适应性要求，通过对调峰调频的工况特征进行分析，确定决策层需要考虑的技术指标。决策层分为两层，第一层决策指标包括：储能系统的安全性指标、技术性指标、经济性指标和环境性指标，并基于专家经验，利用层次分析法确定一层指标的权重；在第一层决策指标下设第二层决策子指标，利用CRITIC法确定二层决策指标的权重。在方案层基于决策层指标权重对各储能系统进行综合评分，得出最佳储能系统选型。

Description

一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法

技术领域

本发明属于储能技术领域，特别涉及一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法。

背景技术

随着能源互联网的提出，储能系统作为能源互联网的关键支撑已经成为了能源互联网系统中的重要组成部分，已被视为电网运行过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的重要组成部分。虽然储能已经得到了广泛的应用，但是目前对于储能系统的关注点主要集中在控制策略和容量配置方面，却鲜有对储能系统选型进行研究。由于各类型储能系统的技术特点各不相同，各应用场景下对储能也有着不同的技术需求。通过对各应用场景下储能的工况特性进行分析，选取合适的储能类型，充分发挥储能系统的技术优势，不但有利于提高储能在该应用场景下的工况适应性，还能提高系统的经济性。

随着大规模新能源的并网，加剧了电网调峰调频的压力。储能系统作为一种可调度资源，并且响应速度快，是解决新能源并网过程中对电网调峰调频能力不足的有效途径，调峰调频将成为储能最具潜力的发展方向。通过研究调峰调频应用场景下的储能系统选型，是储能规划的重要环节，对于推动储能参与电网调峰调频具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，该方法通过分析调峰调频工况下对储能系统的技术要求，构建了用于储能技术选型的决策指标体系，给出一种储能对调峰调频工况适应性的综合评价指标。其中，决策指标体系包括目标层、决策层和方案层。目标层是调峰调频对储能工况适应性需求，通过分析调峰调频的工况特征，确定决策层技术指标。决策层分为两层，第一层决策指标包括：储能系统的安全性指标、技术性指标、经济性指标和环境性指标，并基于专家经验，利用层次分析法确定一层指标的权重。在第一层决策指标下设第二层决策子指标，利用CRITIC法确定二层决策指标的权重。在方案层基于综合决策层指标权重对各储能技术进行综合评分，得出最佳储能技术选型。其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：根据调峰调频的工况特性，分析在该工况下对储能系统的各指标技术需求；

步骤2：根据决策指标体系，汇集各类型储能系统的相应指标参数；

步骤3：对上述储能系统的技术指标进行量化处理，若不能量化的指标，则根据其对工况的重要性进行打分将其量化，对量化后的数据进行无量纲化处理；

步骤4：基于专家经验，利用层次分析法对一层决策指标的权重进行赋值；

步骤5：利用CRITIC法对二层决策指标的权重进行赋值；

步骤6：结合各指标的权重，计算各类型储能系统的综合评分，根据综合评分，给出最佳储能系统选型。

所述步骤1中，在调峰调频工况下对储能系统的各指标技术需求如下：

1)在安全性评价指标方面：储能系统越成熟越好、安全性越高越好；

2)在技术性评价指标方面：能量转化效率、循环寿命和充放电深度越大越好；功率等级大于 10MW可满足要求；响应时间越快越好，一般取s级或ms级；储能持续时间以达到小时级为最佳；

3)在经济性评价指标方面：功率成本、容量成本和运维成本越小越好；

4)在环境影响方面：功率密度和能量密度越大越好，对环境的影响越小越好。

所述步骤3中，对电网调峰调频工况下所需的储能系统的技术指标进行量化，如安全性“高”、“低”等不能量化的指标，通过对工况的重要性进行评分将其量化，评分等级分为差 (1分)、中(2分)、良(3分)和优(4分)。对量化后的数据进行无量纲化处理，计算公式如下：

若对于第i种储能系统，第j个指标越高越好，则采用下式：

若对于第i种储能系统，第j个指标越低越好，则采用下式：

式中，max_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最大值；min_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最小值。

所述步骤4中，根据层次分析法对一层决策指标的权重进行赋值，其步骤包括：

1)针对一层决策的四个指标，根据专家经验利用9级标度法构建指标的对比矩阵：

2)对比矩阵的一致性检验

其中，CI为一致性指标，由下式计算得到，RI为平均随机一致性指标。

其中，λ_max为矩阵的最大特征值。

一般而言，当CR<0.1时，则认为对比矩阵满足一致性；当CR≥0.1时，则需要对矩阵进行修正，直到满足条件为止。

3)层次总排序及权重计算在对矩阵的一致性进行检验之后，计算数据的权重：

进行归一化处理后，计算各指标权重：

所述步骤5中，利用CRITIC法对二层决策指标的权重进行赋值，其步骤包括：

1)计算各指标之间的系数：

式中，Cov(x，y)为指标x和y之间的协方差；Var[x]为x的方差；Var[y]为y的方差。

2)计算第j个指标与其它指标的冲突性的量化指标：

3)计算第j个指标的标准差：

式中，

为第j个指标的平均值。

4)计算第j个评价指标所包含的信息量c_j为：

5)计算第j个评价指标的权重为：

所述步骤6中，结合各指标的权重，根据下式计算各类型储能系统的综合评分，根据综合评分，得出最佳储能系统选型。

式中，SCORE_i为第i种储能系统的综合得分，γ_j为第j个指标的一层权重，w_j为第j个指标的二层权重，X_{stmdard_ij}为第i种储能系统的第j个指标在步骤3中经过无量纲化处理后的值。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

本发明综合考虑了储能技术在参与调峰调频的工况下对安全性、技术性、经济性和环境性等方面的技术指标要求。构建了面向参与调峰调频的储能技术选型决策体系，其中在决策层考虑了两层，对于第一层决策指标，基于专家经验，利用层次分析法确定其权重。在第一层决策指标下设第二层决策子指标，利用CRITIC法确定二层决策指标的权重。结合两层决策指标的权重，对各储能技术进行综合评分，得出最佳的储能技术选型。

附图说明

图1用于面向电网调峰调频的储能系统选型决策指标体系

具体实施方式

本发明提出一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，该方法通过分析调峰调频工况下对储能系统的技术要求，构建了用于储能系统选型的决策指标体系，给出一种储能对调峰调频工况适应性的综合评价指标。其中决策指标体系考虑三层：目标层、决策层和方案层。目标层为调峰调频对储能工况适应性要求，通过对调峰调频的工况特征进行分析，确定决策层需要考虑的技术指标。决策层分为两类，第一层决策指标包括：储能系统的安全性指标、技术性指标、经济性指标和环境性指标，并基于专家经验，利用层次分析法确定一层决策指标的权重。在第一层决策指标下设第二层决策子指标，利用CRITIC法确定二层决策指标的权重。在方案层基于综合决策层指标权重对各储能系统进行综合评分，得出最佳储能系统选型。以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1所示为用于面向电网调峰调频的储能系统选型决策指标体系。综合考虑了储能系统在参与调峰调频的工况下对安全性、技术性、经济性和环境性等方面的技术指标要求，在安全性、技术性、经济性和环境性下设决策子指标。通过对各指标的权重进行赋值，根据权重对各储能技术进行综合评分，最后得出最佳储能系统选型。具体步骤如下：

步骤1：根据调峰调频的工况特性，分析在该工况下对储能系统的各指标技术要求如下：

1)在安全性评价指标方面：储能系统越成熟越好、安全性越高越好；

2)在技术性评价指标方面：能量转化效率、循环寿命和充放电深度越大越好；功率等级大于 10MW可满足要求；响应时间越快越好，一般取s级或ms级；储能持续时间以达到小时级为最佳；

3)在经济性评价指标方面：功率成本、容量成本和运维成本越小越好；

4)在环境影响方面：功率密度和能量密度越大越好，对环境的影响越小越好。

步骤2：根据决策指标体系，汇集各类型储能系统的相应指标参数；

步骤3：对上述储能系统指标进行量化处理，若不能量化的指标，则根据其对工况的重要性进行打分将其量化，对量化后的数据进行无量纲化处理；

对电网调峰调频工况下所需的储能系统指标进行量化，如安全性“高”、“低”等不能量化的指标，通过对工况的重要性进行评分将其量化，评分等级分为差(1分)、中(2分)、良(3分)和优(4分)。具体评分标准参见表1-1，对量化后的数据进行无量纲化处理，计算公式如下：

若对于第i种储能系统，第j个指标越高越好，则采用下式：

若对于第i种储能系统，第j个指标越低越好，则采用下式：

式中，max_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最大值；min_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最小值。

表1-1指标评分标准

步骤4：基于专家经验，利用层次分析法对一层决策指标的权重进行赋值；

1)针对一层决策的四个指标，基于专家经验根据9级标度法构建指标的对比矩阵；

2)对比矩阵的一致性检验；

其中，CI为一致性指标，由下式计算得到，RI为平均随机一致性指标。当n＝1～9时RI可以根据表1-2得到。

其中，λ_max为矩阵的最大特征值。

表1-2平均随机一致性指标RI

一般而言，当CR<0.1时，则认为对比矩阵满足一致性，若CR≥0.1时，则需要对矩阵进行修正，直到满足条件为止。

3)层次总排序及权重计算。

在对矩阵的一致性进行检验之后，计算数据的权重为：

进行归一化处理后，得到各指标权重为：

步骤5：利用CRITIC法对二层决策指标的权重进行赋值；

1)计算各指标之间的系数：

式中，Cov(x,y)为指标x和y之间的协方差；Var[x]为x的方差；Var[y]为y的方差。

2)计算第j个指标与其它指标的冲突性的量化指标：

3)计算第j个指标的标准差：

式中，

为第j个指标的平均值。

4)计算第j个评价指标所包含的信息量c_j为：

5)计算第j个评价指标的权重为：

步骤6：结合各指标的权重，根据下式计算各类型储能系统的综合评分，根据综合评分，得出最佳储能系统选型。

式中，SCORE_i为第i种储能系统的综合得分，γ_j为第j个指标的一层权重，w_j为第j个指标的二层权重，X_{standard_ij}为第i种储能系统的第j个指标在步骤3中经过无量纲化处理后的值。

Claims (6)

1.一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据调峰调频的工况特性，分析在该工况下对储能系统的各指标技术需求；

步骤2：根据决策指标体系，汇集各类型储能系统的相应指标参数；

步骤3：对上述储能系统的技术指标进行量化处理，若不能量化的指标，则根据其对工况的重要性进行打分将其量化，对量化后的数据进行无量纲化处理；

步骤4：基于专家经验，利用层次分析法对一层决策指标的权重进行赋值；

步骤5：利用CRITIC法对二层决策指标的权重进行赋值；

步骤6：结合各指标的权重，计算各类型储能系统的综合评分，根据综合评分，给出最佳储能系统选型。

2.如权利要求1所述的一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于所述步骤1中，在调峰调频工况下对储能系统的各指标技术需求如下：

1)在安全性评价指标方面：储能技术越成熟越好、安全性越高越好；

2)在技术性评价指标方面：能量转化效率、循环寿命和充放电深度越大越好；功率等级大于10MW可满足要求；响应时间越快越好，一般取s级或ms级；储能持续时间以达到小时级为最佳；

3)在经济性评价指标方面：功率成本、容量成本和运维成本越小越好；

4)在环境影响方面：功率密度和能量密度越大越好，对环境的影响越小越好。

3.如权利要求1所述的一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于所述步骤3中，对电网调峰调频工况下所需的储能技术指标进行量化，如安全性“高”、“低”等不能量化的指标，通过对工况的重要性进行评分将其量化，评分等级分为差(1分)、中(2分)、良(3分)和优(4分)。

对量化后的数据进行无量纲化处理，计算公式如下：

若对于第i种储能系统，第j个指标越高越好，则采用下式：

若对于第i种储能系统，第j个指标越低越好，则采用下式：

式中，max_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最大值；min_jX_ij为所有储能系统第j个指标中的最小值。

4.如权利要求1所述的一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于所述步骤4中，根据层次分析法对一层决策指标的权重进行赋值，其步骤包括：

1)针对一层决策的四个指标，根据专家经验利用9级标度法构建指标的对比矩阵：

2)对比矩阵的一致性检验

其中，CI为一致性指标，由下式计算得到，RI为平均随机一致性指标。

其中，λ_max为矩阵的最大特征值。

一般而言，当CR<0.1时，则认为对比矩阵满足一致性；当CR≥0.1时，则需要对矩阵进行修正，直到满足条件为止。

3)层次总排序及权重计算

在对矩阵的一致性进行检验之后，计算数据的权重：

进行归一化处理后，计算各指标权重：

5.如权利要求1所述的一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于所述步骤5中，利用CRITIC法对二层决策指标的权重进行赋值，其步骤包括：

1)计算各指标之间的系数：

式中，Cov(x，y)为指标x和y之间的协方差；Var[x]为x的方差；Var[y]为y的方差。

2)计算第j个指标与其它指标的冲突性的量化指标：

3)计算第j个指标的标准差：

式中，

为第j个指标的平均值。

4)计算第j个评价指标所包含的信息量c_j为：

5)计算第j个评价指标的权重为：

6.如权利要求1所述的一种面向电网调峰调频的储能系统选型方法，其特征在于所述步骤6中，结合各指标的权重，根据下式计算各类型储能系统的综合评分，根据综合评分，得出最佳储能系统选型。

式中，SCORE_i为第i种储能系统的综合得分；γ_j为第j个指标的一层权重；w_j为第j个指标的二层权重；X_{srandard_ij}为第i种储能系统的第j个指标在步骤3中经过无量纲化处理后的值。

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