CN112865080B - 一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法 - Google Patents

一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法 Download PDF

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CN112865080B CN202110054615.2A CN202110054615A CN112865080B CN 112865080 B CN112865080 B CN 112865080B CN 202110054615 A CN202110054615 A CN 202110054615A CN 112865080 B CN112865080 B CN 112865080B
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Abstract

本发明公开了一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，包括以下步骤：首先，分析电池储能参与电网调压辅助服务的成本构成，建立成本模型；其次，划分电池储能参与电网调压辅助服务补偿区域，确定各区域的补偿标准；最后，制定电池储能参与电网调压辅助服务补偿方式以及补偿费用的分摊原则。本发明分析了电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，有利于促进电池储能积极参与电网调压，缓解电网的调压压力，促进电网资源优化配置；考虑将辅助服务补偿费用传导至用户侧，完善辅助服务补偿机制，由发电侧与用户侧共同分摊辅助服务补偿费用更具合理性。

Description

一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法
技术领域
本发明涉及电力市场调压辅助服务，尤其涉及一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法。
背景技术
在新一轮电改快速推进的形势下，调压辅助服务建设已经是重中之重。传统发电机调压已经无法满足电网的发展需求。
随着特高压直流输电工程的建设推进和风光新能源接入占比的不断提升，特高压交直流受端电网的电压稳定面临严峻挑战。大容量电力馈入需求和本地新能源接入挤占了受端电网传统发电机组的并网容量，且其波动性、间歇性和难以准确预测的特点使得电网对调压的需求大幅增加，需要挖掘多类型无功电压调节资源的潜力以提高电网电压稳定性。
因此，本发明考虑电池储能参与电网调压的情况，通过建立调压辅助服务补偿机制，调动电池储能参与电网调压辅助服务的积极性，以缓解电网压力。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，以促使电池储能积极参与调压，缓解电网调压压力。
技术方案：本发明所述的一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分析电池储能参与电网调压辅助服务的成本构成，建立相应的成本模型；
步骤2：划分电池储能参与电网调压辅助服务补偿区域，确定补偿标准；
步骤3：制定电池储能参与电网调压辅助服务补偿方式，采用发电侧与用户侧共同分摊的原则。
进一步的，步骤1包括如下内容：
步骤1-1：电池储能通过变流器与电网相连接，参与电网无功电压控制，增加无功会导致电流的增加，从而产生损耗成本，因此电池储能参与调压辅助服务需对损耗成本进行补偿。
变流器的损耗取决于流经变流器的视在功率。当变流器注入无功功率时，视在功率会增加，在变流器中引起额外的有功功率损耗。因此，变流器的功率损耗成本是额外的有功功率损耗乘以电价。
电池储能的变流器功率损耗PL,BESS为：
Figure BDA0002900159420000021
式中cs，cV，cR分别为电池储能变流器的自损耗(空载损耗)、电压相关损耗(与电流I成比例)和电流相关损耗(与电流的平方I2成比例)，这些损耗系数由变流器的效率曲线决定，SBESS为电池储能视在功率。
电池储能发出无功而导致的有功功率额外损耗可以由变流器发出无功和不发出无功时的损耗差得到。当电池储能既发出有功又发出无功，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,abs＝PL,BESS,1-PL,BESS,0 (2)
式中，PL,BESS,1为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,0为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于0时的功率损耗；
当电池储能变流器有功为0但是吸收无功时，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,gen＝PL,BESS,3-PL,BESS,2 (3)
式中，PL,BESS,3为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,2为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于0时的功率损耗；
因此电池储能参与调压辅助服务变流器损耗成本CL,BESS为：
CL,BESS＝ρ0·t·ΔPL,BESS (4)
式中ρ0为电池储能的购电价格，t为储能参与无功辅助服务的时间。
步骤1-2：若电池储能参与电网调压辅助服务时需通过减少其有功功率以提供更多的无功功率支持，需对损失的有功辅助服务机会成本进行补偿。
电池储能参与电网调压辅助服务减少的有功出力ΔPOpp,BESS为：
Figure BDA0002900159420000031
式中PEXP,BESS为电池储能的期望有功功率，SBESS,max为电池储能额定视在功率。
电池储能参与调压辅助服务损失的机会成本COpp,BESS为：
COpp,BESS＝ρ1·t·ΔPOpp,BESS (6)
式中ρ1为电池储能的上网电价。
步骤1-3：电池储能参与调压辅助服务的总成本为：
CBESS＝CL,BESS+COpp,BESS (7)
进一步的，步骤2包括如下内容：
电池储能吸收或发出无功功率时，将无功支持服务划分为2个区域进行补偿：
区域1：0≤QBESS≤QBESS,lim
式中，QBESS,lim为电池储能当前无功功率限值，
Figure BDA0002900159420000032
电池储能吸收或发出的无功功率未达到当前无功功率限值，需对电池储能的逆变器损耗成本进行补偿。
在此区域内无功功率出力导致有功功率可用容量减少，因此还需补偿有功备用的机会成本。电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率可用容量为：
Figure BDA0002900159420000033
设电池储能购电价格为R1，此区域需对变流器损耗成本进行补偿，因此损耗的有功功率价格采用R1/M进行计算；设电池储能单位有功功率备用辅助服务价格为Rres，此区域需补偿有功功率备用容量的机会成本，因此有功功率备用价格采用Rres/N进行计算。电池储能参与电网调压辅助服务区域1的无功功率补偿标准为：
Figure BDA0002900159420000041
式中，QBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始无功功率，λBESS,1为电池储能在区域1吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh。
区域2：QBESS,lim≤QBESS≤QBESS,max
式中QBESS,max为电池储能最多可吸收或发出的无功功率。
电池储能吸收或发出的无功功率已达到当前无功功率限值，此时电网调度机构仍然要求吸收或发出更多无功功率，则需减少有功出力来实现。需在区域1的基础上增加对电池储能有功功率减少的机会成本补偿。
电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率为：
Figure BDA0002900159420000042
式中，PBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始有功功率。
设电池储能售电价格为R2，此区域需增加对有功功率机会成本的补偿，因此有功功率价格采用R2/K进行计算。电池储能参与电网调压辅助服务时区域2的无功功率补偿标准为：
Figure BDA0002900159420000043
式中λBESS,2为电池储能在区域2吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh。
进一步的，步骤3包括如下内容：
步骤3-1：提出电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方式。
电池储能参与电网调压辅助服务的补偿费用按月统计和结算，采用电量的形式进行补偿，将补偿费用转化为电池储能的充电电量。
步骤3-2：提出电池储能参与电网调压辅助服务的分摊原则。
调压辅助服务费用采用发电侧和用户侧按一定的比例共同分摊的原则。
发电侧的分摊对象为发电商，按上网电量比例进行分摊；用户侧分摊对象则为全体电力用户，按负荷比例(用电量)进行分摊。
发电商i分摊的调压辅助服务费用BG,i为：
Figure BDA0002900159420000051
电力用户j分摊的调压辅助服务费用BL,j为：
Figure BDA0002900159420000052
式中BBESS为电池储能参与电网电压调节辅助服务的总补偿费用，α为发电侧分摊比例，FG,i，FL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量，NG，NL分别为发电商和电力用户的总数。
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有以下显著技术效果：1、本发明设计的调压辅助服务主体考虑了电池储能，有利于提高电网的调压能力，满足电网调压需求。2、本发明提出了电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方式，以参与调压的成本为补偿依据，有利于调动多类型资源参与调压的积极性。3、本发明采用了引发调压辅助服务需求的发电侧与用户侧共同分摊的方法，弥补了传统发电厂分摊补偿机制的不足，促进辅助服务补偿机制的合理化。
附图说明
附图1为电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，考虑了电池储能参与电网调压辅助服务的变流器损耗成本及机会成本，建立了成本模型；划分电池储能参与调压辅助服务补偿区域，确定各区域的补偿标准；提出了电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方式及分摊原则。
具体步骤如下：
步骤1：分析电池储能参与电网调压辅助服务的成本构成，建立相应的成本模型；该步骤1包括如下内容：
步骤1-1：电池储能通过变流器与电网相连接，参与电网无功电压控制，增加无功会导致电流的增加，从而产生损耗成本，因此电池储能参与调压辅助服务需对损耗成本进行补偿。
变流器的损耗取决于流经变流器的视在功率。当变流器注入无功功率时，视在功率会增加，在变流器中引起额外的有功功率损耗。因此，变流器的功率损耗成本是额外的有功功率损耗乘以电价。
电池储能的变流器功率损耗PL,BESS为：
Figure BDA0002900159420000061
式中，cs，cV，cR分别为电池储能变流器的自损耗(空载损耗)、电压相关损耗(与电流I成比例)和电流相关损耗(与电流的平方I2成比例)，这些损耗系数由变流器的效率曲线决定，SBESS为电池储能视在功率。
电池储能发出无功而导致的有功功率额外损耗可以由变流器发出无功和不发出无功时的损耗差得到。当电池储能既发出有功又发出无功，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,abs＝PL,BESS,1-PL,BESS,0 (2)
式中，PL,BESS,1为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,0为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于0时的功率损耗；
当电池储能变流器有功为0但是吸收无功时，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,gen＝PL,BESS,3-PL,BESS,2 (3)
式中，PL,BESS,3为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,2为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于0时的功率损耗；
因此电池储能参与电网调压辅助服务变流器损耗成本CL,BESS为：
CL,BESS＝ρ0·t·ΔPL,BESS (4)
式中，ρ0为电池储能的购电价格，t为储能参与无功辅助服务的时间。
步骤1-2：若电池储能参与电网调压辅助服务时需通过减少其有功功率以提供更多的无功功率支持，需对损失的有功辅助服务机会成本进行补偿。
电池储能参与电网调压辅助服务减少的有功出力ΔPOpp,BESS为：
Figure BDA0002900159420000071
式中，PEXP,BESS为电池储能的期望有功功率，SBESS,max为电池储能额定视在功率。
电池储能参与调压辅助服务损失的机会成本COpp,BESS为：
COpp,BESS＝ρ1·t·ΔPOpp,BESS (6)
式中，ρ1为电池储能的上网电价。
步骤1-3：电池储能参与电网调压辅助服务的总成本为：
CBESS＝CL,BESS+COpp,BESS (7)
步骤2：划分电池储能参与调压辅助服务补偿区域，确定补偿标准；该步骤2包括如下内容：
电池储能吸收或发出无功功率时，将无功支持服务划分为2个区域进行补偿：
区域1：0≤QBESS≤QBESS,lim
式中，QBESS,lim为电池储能当前无功功率限值，
Figure BDA0002900159420000072
电池储能吸收或发出的无功功率未达到当前无功功率限值，需对电池储能的逆变器损耗成本进行补偿。
在此区域内无功功率出力导致有功功率可用容量减少，因此还需补偿有功备用的机会成本。电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率可用容量为：
Figure BDA0002900159420000073
设电池储能购电价格为R1，此区域需对变流器损耗成本进行补偿，因此损耗的有功功率价格采用R1/M进行计算；设电池储能单位有功功率备用辅助服务价格为Rres，此区域需补偿有功功率备用容量的机会成本，因此有功功率备用价格采用Rres/N进行计算。例如，M取值为2，表明按照50％的比例来补偿变流器损耗成本；N取值为5，表明按照20％的比例来补偿有功功率备用容量成本。电池储能参与电网调压辅助服务区域1的无功功率补偿标准为：
Figure BDA0002900159420000081
式中，QBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始无功功率，λBESS,1为电池储能在区域1吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh。
区域2：QBESS,lim≤QBESS≤QBESS,max
式中QBESS,max为电池储能最多可吸收或发出的无功功率。
电池储能吸收或发出的无功功率已达到当前无功功率限值，此时电网调度机构仍然要求吸收或发出更多无功功率，则需减少有功出力来实现。需在区域1的基础上增加对电池储能有功功率减少的机会成本补偿。
电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率为：
Figure BDA0002900159420000082
式中，PBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始有功功率。
设电池储能售电价格为R2，此区域需增加对有功功率机会成本的补偿，因此有功功率价格采用R2/K进行计算。例如，K取值为4，表明按照25％的比例来补偿有功功率机会成本。电池储能参与电网调压辅助服务时区域2的无功功率补偿标准为：
Figure BDA0002900159420000083
式中，λBESS,2为电池储能在区域2吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh。
步骤3：制定电池储能参与电网调压辅助服务补偿方式，采用发电侧与用户侧共同分摊的原则；该步骤3包括如下内容：
步骤3-1：提出电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方式。
电池储能参与电网调压辅助服务的补偿费用按月统计和结算，采用电量的形式进行补偿，将补偿费用转化为电池储能的充电电量。
步骤3-2：提出电池储能参与电网调压辅助服务的分摊原则。
目前，辅助服务费用大多采用发电侧上网电量分摊的方式，但是“谁引发，谁承担”的用户侧分摊机制实则更为合理。由于调压引发责任的认定较为困难，用户侧分摊机制会增加调度和交易的复杂度。因此本发明中调压辅助服务费用采用发电侧和用户侧按一定的比例共同分摊的原则。
发电侧的分摊对象为发电商，按上网电量比例进行分摊；用户侧分摊对象则为全体电力用户，按负荷比例(用电量)进行分摊。
发电商i分摊的调压辅助服务费用BG,i为：
Figure BDA0002900159420000091
电力用户j分摊的调压辅助服务费用BL,j为：
Figure BDA0002900159420000092
式中BBESS为电池储能参与电网电压调节辅助服务的总补偿费用，α为发电侧分摊比例，FG,i，FL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量，NG，NL分别为发电商和电力用户的总数。

Claims (4)

1.一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分析电池储能参与电网调压辅助服务的成本构成，建立相应的成本模型；步骤1包括如下内容：
步骤1-1：电池储能通过变流器与电网相连接，参与电网无功电压控制，针对损耗成本进行补偿；
变流器的损耗取决于流经变流器的视在功率；当变流器注入无功功率时，视在功率增加，在变流器中引起额外的有功功率损耗；因此，变流器的功率损耗成本是额外的有功功率损耗乘以电价；
电池储能的变流器功率损耗PL,BESS为：
Figure FDA0003890301220000011
式中，cs，cV，cR分别为电池储能变流器的自损耗、电压相关损耗和电流相关损耗，这些损耗系数由变流器的效率曲线决定，SBESS为电池储能视在功率；
电池储能发出无功而导致的有功功率额外损耗由变流器发出无功和不发出无功时的损耗差得到；当储能既发出有功又发出无功，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,abs＝PL,BESS,1-PL,BESS,0 (2)
式中，PL,BESS,1为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,0为电池储能变流器发出有功功率等于PBESS、发出无功功率等于0时的功率损耗；
当电池储能变流器有功为0但是吸收无功时，产生的有功损耗增量为：
ΔPL,BESS,gen＝PL,BESS,3-PL,BESS,2 (3)
式中，PL,BESS,3为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于QBESS时的功率损耗，PL,BESS,2为电池储能变流器发出有功功率等于0、吸收无功功率等于0时的功率损耗；
因此电池储能参与调压辅助服务变流器损耗成本CL,BESS为：
CL,BESS＝ρ0·t·ΔPL,BESS (4)
式中，ρ0为电池储能的购电价格，t为电池储能参与无功辅助服务的时间；
步骤1-2：若电池储能参与电网调压辅助服务时需通过减少其有功功率以提供更多的无功功率支持，需对损失的有功辅助服务机会成本进行补偿；
电池储能参与电网调压辅助服务减少的有功出力ΔPOpp,BESS为：
Figure FDA0003890301220000021
式中，PEXP,BESS为电池储能的期望有功功率，SBESS,max为电池储能额定视在功率；
电池储能参与调压辅助服务损失的机会成本COpp,BESS为：
COpp,BESS＝ρ1·t·ΔPOpp,BESS (6)
式中，ρ1为电池储能的上网电价；
步骤1-3：电池储能参与调压辅助服务的总成本为：
CBESS＝CL,BESS+COpp,BESS (7)
步骤2：划分电池储能参与调压辅助服务补偿区域，确定补偿标准；
步骤3：制定电池储能参与电网调压辅助服务补偿方式，提出电池储能参与电网调压辅助服务的分摊原则。
2.根据权利要求1所述的一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，
其特征在于，步骤2包括如下内容：
电池储能吸收或发出无功功率时，将无功支持服务划分为2个区域进行补偿：
区域1：0≤QBESS≤QBESS,lim；
式中，QBESS,lim为电池储能当前无功功率限值，
Figure FDA0003890301220000022
电池储能吸收或发出的无功功率未达到当前无功功率限值，需对电池储能的变流器损耗成本进行补偿；
在此区域内无功功率出力导致有功功率可用容量减少，因此还需补偿有功备用的机会成本；电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率可用容量为：
Figure FDA0003890301220000031
设电池储能购电价格为R1，此区域需对变流器损耗成本进行补偿，因此损耗的有功功率价格采用R1/M进行计算；设电池储能单位有功功率备用辅助服务价格为Rres，此区域需补偿有功功率备用容量的机会成本，因此有功功率备用价格采用Rres/N进行计算；
电池储能参与电网调压辅助服务区域1的无功功率补偿标准为：
Figure FDA0003890301220000032
式中，QBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始无功功率，λBESS,1为电池储能在区域1吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh；
区域2：QBESS,lim≤QBESS≤QBESS,max；
式中，QBESS,max为电池储能最多可吸收或发出的无功功率；
电池储能吸收或发出的无功功率已达到当前无功功率限值，此时电网调度机构仍然要求吸收或发出更多无功功率，则需减少有功出力来实现；需在区域1的基础上增加对电池储能有功功率减少的机会成本补偿；
电池储能因吸收或发出无功功率而减少的有功功率为：
Figure FDA0003890301220000033
式中，PBESS,0为电池储能参与调压辅助服务的初始有功功率；
设电池储能售电价格为R2，此区域需增加对有功功率机会成本的补偿，因此有功功率价格采用R2/K进行计算；
电池储能参与电网调压辅助服务时区域2的无功功率补偿标准为：
Figure FDA0003890301220000034
式中，λBESS,2为电池储能在区域2吸收或发出单位无功电量的补偿价格，单位为元/MVarh。
3.根据权利要求1所述的一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，
其特征在于，步骤3中，所述电池储能参与电网调压辅助服务补偿方式为：
电池储能参与电网调压辅助服务的补偿费用按月统计和结算，采用电量的形式进行补偿，将补偿费用转化为电池储能的充电电量。
4.根据权利要求1所述的一种电池储能参与电网调压辅助服务的补偿方法，其特征在于，步骤3中，所述电池储能参与电网调压辅助服务的分摊原则为采用发电侧与用户侧共同分摊的原则，具体包括如下内容：
发电侧的分摊对象为发电商，按上网电量比例进行分摊；用户侧分摊对象则为全体电力用户，按负荷比例进行分摊；
发电商i分摊的调压辅助服务费用BG,i为：
Figure FDA0003890301220000041
电力用户j分摊的调压辅助服务费用BL,j为：
Figure FDA0003890301220000042
式中，BBESS为电池储能参与电网电压调节辅助服务的总补偿费用，α为发电侧分摊比例，FG,i，FL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量，NG，NL分别为发电商和电力用户的总数。
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