CN111864770B - 一种基于云储能的储能辅助调频调度方法 - Google Patents

一种基于云储能的储能辅助调频调度方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于云储能的储能辅助调频调度方法，包括以下步骤：步骤10，提出储能电站与云储能的AGC调频功率分配策略；步骤20，以电网储能参与AGC调频成本最小建立目标函数；步骤30，确立基于云储能的储能辅助调频的约束条件。本发明的有益效果是：首先提出储能电站和云储能的AGC调频功率分配策略；找到成本最低的调频方案；最后确立云储能和储能电站的约束条件；针对目前储能辅助调频盈利困难和储能电池寿命问题，提出了基于云储能的储能辅助调频调度策略，即由云储能提供商和储能电站共同承担电力系统AGC调频任务，以更低的成本完成调频服务，可以降低电力系统调频成本，提高了资源的利用率，同时也提高了储能电池的使用寿命。

Description

一种基于云储能的储能辅助调频调度方法
技术领域
本申请属于储能辅助调频领域，尤其是涉及一种基于云储能的储能辅助调频调度方法。
背景技术
随着大规模具有间歇性和波动性的输出特征的风电、光伏并网。电网对快速调节服务的需求大幅增加。如果仅依靠火电机组调频，会加重机组的磨损，降低发电机组的使用寿命，且其响应速度慢、调节精度有限。
储能具有快速、精准、瞬间吞吐量大等特点，随着储能技术的发展，其成本大幅度下降，日渐成为电力系统自动发电控制(AGC)中优质的调频资源。储能参与调频应用在国内外都得到了政策支持。我国现在已经投运多个电源侧储能调频项目，随着电源侧调频性能逐步完善，华北能监局将调频申报价格拟定为不设底线的0-12元/MW，储能越来越难盈利。
在未来的电力系统发展趋势下大量分布式电源与分布式储能协同运行，大量分布式储能下必然存在储能容量的空置率。而云储能提供商能够聚合这部分闲置储能容量并投资一部分集中式储能装置来提供储能租赁服务，将成为电力系统的新态势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的难以满足电网对快速调节服务需求的不足，从而提供一种降低了AGC调频的成本的基于云储能的储能辅助调频调度方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于云储能的储能辅助调频调度方法，包括以下步骤：
步骤10，提出储能电站与云储能的AGC调频功率分配策略；
步骤20，以电网储能参与AGC调频成本最小建立目标函数；
步骤30，确立基于云储能的储能辅助调频的约束条件。
在其中一个实施例中，所述步骤10中，所述分配策略包括：
电网分配给储能的AGC调频任务由储能电站和云储能共同承担，某一时刻储能电站和云储能的AGC调频功率平衡关系为：
PAGC(t)＝Pown(t)+Prent(t)
式中：PAGC为t时刻电网需要的AGC调频功率；Pown和Prent分别为储能电站和云储能的调频出力。
在其中一个实施例中，所述步骤10中，储能电站与云储能联合调频系统的充放电过程能量变化如下：
充电过程
Figure BDA0002640077930000021
Figure BDA0002640077930000022
放电过程
Figure BDA0002640077930000031
Figure BDA0002640077930000032
式中：Δt为采样间隔；Eown(t)和Erent(t)分别为t时刻储能电站和云储能系统的剩余能量；
Figure BDA0002640077930000033
和
Figure BDA0002640077930000034
分别为自建储能系统的充电和放电效率；
Figure BDA0002640077930000035
和
Figure BDA0002640077930000036
分别为云储能系统的充电和放电效率。
在其中一个实施例中，所述步骤20中，
AGC调频成本最小为
min(Cown+Crent+Ccom)，
式中：Cown为自建储能的全寿命周期成本；Crent为租赁云储能的成本；Ccom为储能容量补偿成本；并应满足下式
Figure BDA0002640077930000037
Figure BDA0002640077930000038
Cown＝Cinv+Com，
式中：Cinv和Com分别为储能电站投资成本和运维成本；δ为贴现率；y为储能使用寿命；ρpinv和ρeinv分别为单位储能功率容量和能量容量投资费用；Pown和Eown分别为储能电站的功率容量和能量容量；ρeom为单位储能容量维护费用。
在其中一个实施例中，所述步骤20中还应满足下式
Crent＝λ1Prent+λ2Erent，
式中：λ1和λ2分别为单位云储能功率容量和能量容量的租赁价格；Prent和Erent分别为租赁云储能的功率容量和能量容量。
在其中一个实施例中，所述步骤20中还应满足下式
Figure BDA0002640077930000041
式中：n为储能电站调频交易周期数；Di为第i个交易周期提供的调频里程；ρi为第i个交易周期的里程出清价格；Ki为第i个交易周期AGC综合性能指标平均值。
在其中一个实施例中，所述步骤30中，储能电站与云储能充放电功率约束应满足下式
0≤Pown(t)≤PownMAX
0≤Prent(t)≤PrentMAX，
储能电站和云储能荷电状态约束应满足下式
Figure BDA0002640077930000042
Figure BDA0002640077930000043
式中：
Figure BDA0002640077930000044
和
Figure BDA0002640077930000045
分别为储能电站荷电状态上下限；
Figure BDA0002640077930000046
和
Figure BDA0002640077930000047
分别为租赁云储能荷电状态上下限。
在其中一个实施例中，电网AGC调频需求由储能电站和云储能共同提供。
在其中一个实施例中，由云储能优先提供调频服务，剩余的调频需求由储能电站提供。
在其中一个实施例中，单位云储能价格为动态价格。
本发明的有益效果是：本发明基于云储能的储能辅助调频调度方法，首先提出储能电站和云储能的AGC调频功率分配策略，即云储能优先参与调频，剩余调频功率再由储能电站负责；然后以储能电站全寿命周期成本、云储能租赁费用和储能调频补偿费用最小建立目标函数，找到成本最低的调频方案；最后确立云储能和储能电站的约束条件；针对目前储能辅助调频盈利困难和储能电池寿命问题，提出了基于云储能的储能辅助调频调度策略，即由云储能提供商和储能电站共同承担电力系统AGC调频任务，以更低的成本完成调频服务，可以降低电力系统调频成本，提高了资源的利用率，同时也提高了储能电池的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的基于云储能的储能辅助调频调度方法流程步骤示意图；
图2是本申请实施例的储能电站与云储能联合调频系统构架示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的目的是针对现有储能调频盈利越来越困难的问题，提出利用云储能平台将AGC调频需求合理分配给储能电站和云储能，并以储能电站的全寿命周期成本、云储能租赁费用、储能调频补偿费用最小为目标函数，构建基于云储能的储能辅助调频调度策略，既能降低AGC调频成本，也提高资源的利用率。
下面将参考附图1、2并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
一种基于云储能3的储能辅助调频调度方法，包括以下步骤：
步骤10，提出储能电站2与云储能3的AGC调频功率分配策略；
步骤20，以电网1储能参与AGC调频成本最小建立目标函数，以即储能电站2的全寿命周期成本、云储能3租赁费用和储能调频补偿费用最小建立目标函数；
步骤30，确立基于云储能3的储能辅助调频的约束条件。
在其中一个实施例中，步骤10中，分配策略包括：
电网1分配给储能的AGC调频任务由储能电站2和云储能3共同承担，某一时刻储能电站2和云储能3的AGC调频功率平衡关系为：
PAGC(t)＝Pown(t)+Prent(t)
式中：PAGC为t时刻电网1需要的AGC调频功率；Pown和Prent分别为储能电站2和云储能3的调频出力。
在其中一个实施例中，步骤10中，储能电站2与云储能3联合调频系统的充放电过程能量变化如下：
充电过程
Figure BDA0002640077930000071
Figure BDA0002640077930000072
放电过程
Figure BDA0002640077930000073
Figure BDA0002640077930000074
式中：Δt为采样间隔；Eown(t)和Erent(t)分别为t时刻储能电站2和云储能3系统的剩余能量；
Figure BDA0002640077930000081
和
Figure BDA0002640077930000082
分别为自建储能系统的充电和放电效率；
Figure BDA0002640077930000083
和
Figure BDA0002640077930000084
分别为云储能3系统的充电和放电效率。
储能电池的使用寿命主要由其工作环境温度、充放电深度、充放电次数影响，减少储能电池的充放电深度和充放电次数可以有效地提高储能电池的使用寿命，从而减少自建储能的全寿命周期成本。因此本发明提出了云储能3优先参与AGC调频的策略，当云储能3无法满足AGC调频需求时，再由储能电站2来满足剩余的调频需求。
储能电站2与云储能3联合调频系统的目标在于降低系统AGC调频的总成本，总成本包括储能电站2成本、租赁云储能3成本、储能容量补偿成本、储能电站2运维成本。其中，储能电站2成本、租赁云储能3成本为投入成本；储能容量补偿成本、储能电站2运维成本为运行成本，以最低的成本完成储能辅助调频调度。
在其中一个实施例中，步骤20中，
AGC调频成本最小为
min(Cown+Crent+Ccom)，
式中：Cown为自建储能的全寿命周期成本；Crent为租赁云储能3的成本；Ccom为储能容量补偿成本；并应满足下式
Figure BDA0002640077930000085
Figure BDA0002640077930000086
Cown＝Cinv+Com，
式中：Cinv和Com分别为储能电站2投资成本和运维成本；δ为贴现率；y为储能使用寿命；ρpinv和ρeinv分别为单位储能功率容量和能量容量投资费用；Pown和Eown分别为储能电站2的功率容量和能量容量；ρeom为单位储能容量维护费用。上述计算储能电站2全寿命周期成本时，储能电站2的全寿命周期成本包括投资成本和运行维护成本。其中投资成本由储能的额定功率容量和能量容量构成，并考虑贴现率的影响，而运营维护成本主要与储能电池额定功率相关。
关于云储能3租赁成本。由云储能3平台决定单位储能功率容量、单位储能能量容量的价格，电力系统根据价格来决定租赁云储能3的功率容量和能量容量的大小。在其中一个实施例中，步骤20中还应满足下式，云储能3的租赁成本为：
Crent＝λ1Prent+λ2Erent，
式中：λ1和λ2分别为单位云储能3功率容量和能量容量的租赁价格；Prent和Erent分别为租赁云储能3的功率容量和能量容量。
关于储能容量补偿成本，调频市场补偿费用为储能电站2提供调频服务获得的相应的调频里程的补偿。在其中一个实施例中，步骤20中还应满足下式
Figure BDA0002640077930000091
式中：n为储能电站2调频交易周期数；Di为第i个交易周期提供的调频里程；ρi为第i个交易周期的里程出清价格；Ki为第i个交易周期AGC综合性能指标平均值。
在其中一个实施例中，为确立基于云储能3的储能辅助调频的约束条件，步骤30中，储能电站2与云储能3充放电功率约束应满足下式
0≤Pown(t)≤PownMAX
0≤Prent(t)≤PrentMAX，
储能电站2和云储能3荷电状态约束应满足下式
Figure BDA0002640077930000101
Figure BDA0002640077930000102
式中：
Figure BDA0002640077930000103
和
Figure BDA0002640077930000104
分别为储能电站2荷电状态上下限；
Figure BDA0002640077930000105
和
Figure BDA0002640077930000106
分别为租赁云储能3荷电状态上下限。
云储能3是由社会上大量分布式储能集合起来的，依靠电网进行能量传输，其传输速度几乎是实时的，云储能3使用效果几乎等于实体储能。储能参与AGC调频成本包括储能电站2的全寿命周期成本、云储能3租赁费用和储能调频补偿费用。约束条件包括储能电站2和云储能3的最大充放电功率约束，最大荷电状态约束和最小荷电状态约束。在其中一个实施例中，电网1AGC调频需求由储能电站2和云储能3共同提供。进一步的，由云储能3优先提供调频服务，剩余的调频需求由储能电站2提供。在其中一个实施例中，单位云储能3价格为动态价格，该价格由云储能3平台根据市场环境调整。。
本发明的有益效果是：本发明基于云储能的储能辅助调频调度方法，首先提出储能电站和云储能的AGC调频功率分配策略，即云储能优先参与调频，剩余调频功率再由储能电站负责；然后以储能电站全寿命周期成本、云储能租赁费用和储能调频补偿费用最小建立目标函数，找到成本最低的调频方案；最后确立云储能和储能电站的约束条件；针对目前储能辅助调频盈利困难和储能电池寿命问题，提出了基于云储能的储能辅助调频调度策略，即由云储能提供商和储能电站共同承担电力系统AGC调频任务，以更低的成本完成调频服务，可以降低电力系统调频成本，提高了资源的利用率，同时也提高了储能电池的使用寿命。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种基于云储能的储能辅助调频调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10，提出储能电站与云储能的AGC调频功率分配策略；
步骤20，以电网储能参与AGC调频成本最小建立目标函数；
步骤30，确立基于云储能的储能辅助调频的约束条件；
所述步骤10中，所述分配策略包括：
电网分配给储能的AGC调频任务由储能电站和云储能共同承担，某一时刻储能电站和云储能的AGC调频功率平衡关系为：
PAGC(t)＝Pown(t)+Prent(t)
式中：PAGC为t时刻电网需要的AGC调频功率；Pown和Prent分别为储能电站和云储能的调频出力；
所述步骤10中，储能电站与云储能联合调频系统的充放电过程能量变化如下：
充电过程
Figure FDA0003852300710000011
Figure FDA0003852300710000012
放电过程
Figure FDA0003852300710000013
Figure FDA0003852300710000014
式中：Δt为采样间隔；Eown(t)和Erent(t)分别为t时刻储能电站和云储能系统的剩余能量；
Figure FDA0003852300710000021
和
Figure FDA0003852300710000022
分别为自建储能系统的充电和放电效率；
Figure FDA0003852300710000023
和
Figure FDA0003852300710000024
分别为云储能系统的充电和放电效率；
所述步骤20中，
AGC调频成本最小为min(Cown+Crent+Ccom)，
式中：Cown为自建储能的全寿命周期成本；Crent为租赁云储能的成本；Ccom为储能容量补偿成本；并应满足下式
Figure FDA0003852300710000025
Figure FDA0003852300710000026
Cown＝Cinv+Com，
式中：Cinv和Com分别为储能电站投资成本和运维成本；δ为贴现率；y为储能使用寿命；ρpinv和ρeinv分别为单位储能功率容量和能量容量投资费用；Pown和Eown分别为储能电站的功率容量和能量容量；ρeom为单位储能容量维护费用；
所述步骤20中还应满足下式
Crent＝λ1Prent+λ2Erent，
式中：λ1和λ2分别为单位云储能功率容量和能量容量的租赁价格；Prent和Erent分别为租赁云储能的功率容量和能量容量；
所述步骤20中还应满足下式
Figure FDA0003852300710000027
式中：n为储能电站调频交易周期数；Di为第i个交易周期提供的调频里程；ρi为第i个交易周期的里程出清价格；Ki为第i个交易周期AGC综合性能指标平均值；
所述步骤30中，储能电站与云储能充放电功率约束应满足下式
0≤Pown(t)≤PownMAX
0≤Prent(t)≤PrentMAX，
储能电站和云储能荷电状态约束应满足下式
Figure FDA0003852300710000031
Figure FDA0003852300710000032
式中：
Figure FDA0003852300710000033
和
Figure FDA0003852300710000034
分别为储能电站荷电状态上下限；
Figure FDA0003852300710000035
和
Figure FDA0003852300710000036
分别为租赁云储能荷电状态上下限。
2.根据权利要求1所述的基于云储能的储能辅助调频调度方法，其特征在于，电网AGC调频需求由储能电站和云储能共同提供。
3.根据权利要求2所述的基于云储能的储能辅助调频调度方法，其特征在于，由云储能优先提供调频服务，剩余的调频需求由储能电站提供。
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