CN113193577A - 一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，涉及用户侧储能优化运行技术领域，包括如下步骤：步骤1、获取用户侧储能系统的电站信息、电价信息以及功能组合参数；步骤2、建立用户侧储能系统辅助决策评价方法，并对储能系统的弹性空间裕度、可调节负荷能力以及储能损耗程度进行评价；步骤3、建立考虑需求侧响应的用户侧储能复合功能运行优化模型；步骤4、构建用户侧储能复合功能运行优化问题，以混合整数线性规划方法获得用户侧储能复合功能日前计划曲线；步骤5、采用滚动优化算法对用户侧储能复合功能日前计划曲线进行日内滚动更新。本申请具有为合理设置用户侧储能运行曲线提供指导和帮助的效果。

Description

一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法
技术领域
本申请涉及用户侧储能优化运行技术领域，特别涉及一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法。
背景技术
随着经济的快速发展和工业化水平的逐渐提高，储能技术得以广泛应用，用户侧储能是指在电力系统用户端安装的储能系统，能够实现用户负荷的削峰填谷，降低用户需量，此外能够参与需求侧响应，优化电网运行。用户侧储能可有效促进绿色电力消纳、推进高弹性电网建设以及电力市场建设，其应用得到了广泛的关注。
用户侧储能的优化运行是用户侧储能重要的日常工作，是用户侧储能经济可靠运行的基础。用户侧储能的优化运行涉及到用户侧储能多种功能的耦合性，尤其是需求侧响应功能，需要满足一定的考核指标，对用户侧储能系统的复合功能运行计划提出了新的要求。同时，在用户侧储能优化运行的日前计划制定时要对可再生能源分布式发电和负荷的功率进行预测，但由于风、光等可再生能源和负荷具有较强的间歇性和波动性，会影响系统的经济性和可靠性，因此应充分考虑日内实时运行与日前计划的差异与耦合。
现有的研究方法大多数未合理考虑用户侧储能的复合功能运行模式，通常工作在简单的削峰填谷方式，采用固定时刻充放计划，且未考虑到储能充放电过程给储能寿命带来的影响。因此需要在采用合理方式计及用户侧储能复合功能运行对用户侧储能优化运行以及储能寿命损耗的影响，并且充分考虑日前计划与日内计划的耦合及差异进行用户侧储能优化运行，有待改进。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，以实现兼顾用户侧储能弹性需求、复合功能、储能寿命以及日内实时优化要求的用户侧储能优化运行的目的。
其具体方案如下：
一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，包括如下步骤：
步骤1、获取用户侧储能系统的电站信息、电价信息以及功能组合参数；
步骤2、建立用户侧储能系统辅助决策评价方法，并对储能系统的弹性空间裕度、可调节负荷能力以及储能损耗程度进行评价；
步骤3、建立考虑需求侧响应的用户侧储能复合功能运行优化模型；
步骤4、构建用户侧储能复合功能运行优化问题，以混合整数线性规划方法获得用户侧储能复合功能日前计划曲线；
步骤5、采用滚动优化算法对用户侧储能复合功能日前计划曲线进行日内滚动更新；
其中：
所述优化模型包括目标函数和系统、设备的运行约束条件；
所述用户侧储能复合功能日前计划曲线的日内滚动更新包括获取日前计划曲线的用户侧储能动作情况和结合用户侧储能日内实际运行情况。
优选地：在步骤1中，所述电站信息包括用户侧储能系统的容量、功率和SOC；所述电价信息为用户侧储能系统所在地的用电电价信息；所述供能组合参数用户侧储能系统的执行需求侧响应功能参数。
优选地：在步骤2中，所述用户侧储能系统辅助决策评价方法为：
Figure BDA0003052046380000021
Figure BDA0003052046380000022
Figure BDA0003052046380000031
Figure BDA0003052046380000032
其中：
K1为储能系统的弹性空间裕度指标，用于表示联络线功率的潜在动作空间的大小；
K2为储能系统的可调节负荷能力指标，用于表示负荷功率中可调节负荷功率的占比；
K3为储能系统的储能损耗程度指标；
t为时刻，
Figure BDA0003052046380000033
为时刻t时的联络线功率，Plinemax为联络线功率的最大值，
Figure BDA0003052046380000034
为时刻t时的用户侧储能系统参与的需求侧响应的容量，Pload为时刻t时的负荷功率，
Figure BDA0003052046380000035
为时刻t时的储能系统的损耗系数，
Figure BDA0003052046380000036
为时刻t时的用户侧储能系统的充电功率，
Figure BDA0003052046380000037
为时刻t时的用户侧储能系统的放电功率，Elife为用户侧储能系统的初始容量，c1、c2、ks均为常数。
优选地：在步骤3中，用户侧储能复合功能运行优化模型为：
Figure BDA0003052046380000038
其中：Δt为时间步长，T为优化周期，ρt表示t时刻的电价信息，
Figure BDA0003052046380000039
为时刻t时的用户侧储能功率，ρ1表示用户侧储能弹性空间裕度的惩罚系数，ρ2为用户侧储能可调节负荷能力的惩罚系数，ρ3为用户侧储能损耗程度的惩罚系数，
Figure BDA00030520463800000310
为时刻t时的储能系统的弹性空间裕度指标，
Figure BDA00030520463800000311
为时刻t时的储能系统的可调节负荷能力指标，
Figure BDA00030520463800000312
为时刻t时的储能系统的储能损耗程度指标。
优选地：在步骤3中，还包括确定用户侧储能复合功能运行优化模型的约束条件，所述约束条件包括：
Figure BDA00030520463800000313
Figure BDA00030520463800000314
Figure BDA0003052046380000041
Ic+Id≤1； (9)
Figure BDA0003052046380000042
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (11)
其中：Pmax为用户侧储能系统的最大功率，Ic为用户侧储能系统的充电标志位，Id为用户侧储能系统的放电标志位，SOC(t)为时刻t时的用户侧储能系统的容量状态，SOC(t-1)为时刻t-1时的用户侧储能系统的容量状态，η为用户侧储能系统的效率，SOCmin为用户侧储能系统的容量状态的下限，SOCmax为用户侧储能系统的容量状态的上限。
优选地：还包括如下约束条件：
Figure BDA0003052046380000043
Figure BDA0003052046380000044
Figure BDA0003052046380000045
Figure BDA0003052046380000046
其中：
Figure BDA0003052046380000047
为时刻t时的需求响应功率；Ps t为时刻t时的约定响应功率；且+代表需求侧响应的调峰出力，-代表需求侧响应的调谷出力；I+为调峰标志位；I-为调谷标志位。
优选地：还包括如下考核条件：
Figure BDA0003052046380000048
Figure BDA0003052046380000049
Figure BDA00030520463800000410
Figure BDA00030520463800000411
Figure BDA00030520463800000412
其中：
Figure BDA00030520463800000413
为时刻t时的基线负荷最小值，
Figure BDA00030520463800000414
为时刻t时的基线负荷最大值，
Figure BDA00030520463800000415
为时刻t时的联络线平均功率，ΔCdm为需求响应指标，
Figure BDA00030520463800000416
为时刻t时的基线负荷平均值。
优选地：在步骤4中，所述用户侧储能复合功能运行优化问题的构建包括目标函数和约束条件；
所述目标函数为:
Figure BDA0003052046380000051
所述约束条件为：
Figure BDA0003052046380000052
Figure BDA0003052046380000053
Figure BDA0003052046380000054
Ic+Id≤1； (25)
Figure BDA0003052046380000055
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (27)
Figure BDA0003052046380000056
Figure BDA0003052046380000057
Figure BDA0003052046380000058
Figure BDA0003052046380000059
Figure BDA00030520463800000510
Figure BDA00030520463800000511
Figure BDA00030520463800000512
Figure BDA00030520463800000513
Figure BDA00030520463800000514
优选地：在步骤5中，还包括获取用户侧储能系统的启停计划以及用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态。
优选地：在步骤5中，通过输入用户侧储能系统的启停计划和用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态，优化获得实时计划曲线。
通过以上方案可知，本申请提供了一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，该增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法具有以下有益效果：通过考虑用户侧储能复合功能的协同运行方式，实现兼顾用户侧储能复合功能以及日内实时优化要求的用户侧储能优化运行，为合理设置用户侧储能运行曲线提供指导和帮助。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的辅助决策方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，包括如下步骤：
步骤1、获取用户侧储能系统的电站信息、电价信息以及功能组合参数；
其中电站信息包括用户侧储能系统的容量、功率和SOC；电价信息为用户侧储能系统所在地的用电电价信息；供能组合参数用户侧储能系统的执行需求侧响应功能参数。
步骤2、建立用户侧储能系统辅助决策评价方法，并对储能系统的弹性空间裕度、可调节负荷能力以及储能损耗程度进行评价；
用户侧储能系统辅助决策评价方法为：
Figure BDA0003052046380000061
Figure BDA0003052046380000071
Figure BDA0003052046380000072
Figure BDA0003052046380000073
其中：
K1为储能系统的弹性空间裕度指标，用于表示联络线功率的潜在动作空间的大小；
K2为储能系统的可调节负荷能力指标，用于表示负荷功率中可调节负荷功率的占比；
K3为储能系统的储能损耗程度指标；
t为时刻，
Figure BDA0003052046380000074
为时刻t时的联络线功率，Plinemax为联络线功率的最大值，
Figure BDA0003052046380000075
为时刻t时的用户侧储能系统参与的需求侧响应的容量，Pload为时刻t时的负荷功率，
Figure BDA0003052046380000076
为时刻t时的储能系统的损耗系数，
Figure BDA0003052046380000077
为时刻t时的用户侧储能系统的充电功率，
Figure BDA0003052046380000078
为时刻t时的用户侧储能系统的放电功率，Elife为用户侧储能系统的初始容量，c1、c2、ks均为常数。
步骤3、建立考虑需求侧响应的用户侧储能复合功能运行优化模型；
具体的，步骤3包括如下两个部分：
部分1、建立如下用户侧储能复合功能运行优化模型：
Figure BDA0003052046380000079
其中：Δt为时间步长，T为优化周期，ρt表示t时刻的电价信息，
Figure BDA00030520463800000710
为时刻t时的用户侧储能功率，ρ1表示用户侧储能弹性空间裕度的惩罚系数，ρ2为用户侧储能可调节负荷能力的惩罚系数，ρ3为用户侧储能损耗程度的惩罚系数，
Figure BDA00030520463800000711
为时刻t时的储能系统的弹性空间裕度指标，
Figure BDA00030520463800000712
为时刻t时的储能系统的可调节负荷能力指标，
Figure BDA00030520463800000713
为时刻t时的储能系统的储能损耗程度指标；
部分2、确定如下用户侧储能复合功能优化模型的约束条件以及用户侧储能系统在运行中需要满足系统及设备的运行约束条件：
如下为约束条件：
Figure BDA0003052046380000081
Figure BDA0003052046380000082
Figure BDA0003052046380000083
Ic+Id≤1； (9)
Figure BDA0003052046380000084
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (11)
其中：Pmax为用户侧储能系统的最大功率，Ic为用户侧储能系统的充电标志位，Id为用户侧储能系统的放电标志位，SOC(t)为时刻t时的用户侧储能系统的容量状态，SOC(t-1)为时刻t-1时的用户侧储能系统的容量状态，η为用户侧储能系统的效率，SOCmin为用户侧储能系统的容量状态的下限，SOCmax为用户侧储能系统的容量状态的上限，并当用户侧储能充电时Ic取1，Id为0，当用户侧储能放电时Ic取0，Id为1；
如下为运行约束条件：
Figure BDA0003052046380000085
Figure BDA0003052046380000086
Figure BDA0003052046380000087
Figure BDA0003052046380000088
其中：
Figure BDA0003052046380000089
为时刻t时的需求响应功率；Ps t为时刻t时的约定响应功率；且+代表需求侧响应的调峰出力，-代表需求侧响应的调谷出力；I+为调峰标志位；I-为调谷标志位。
优选地：还包括如下考核条件：
Figure BDA00030520463800000810
Figure BDA00030520463800000811
Figure BDA0003052046380000091
Figure BDA0003052046380000092
Figure BDA0003052046380000093
其中：
Figure BDA0003052046380000094
为时刻t时的基线负荷最小值，
Figure BDA0003052046380000095
为时刻t时的基线负荷最大值，
Figure BDA0003052046380000096
为时刻t时的联络线平均功率，ΔCdm为需求响应指标，
Figure BDA0003052046380000097
为时刻t时的基线负荷平均值。
步骤4、构建用户侧储能复合功能运行优化问题，以混合整数线性规划方法获得用户侧储能复合功能日前计划曲线；
具体的，步骤4通过基于步骤1-步骤3，建立如下优化问题的目标函数和约束条件；
如下为目标函数：
Figure BDA0003052046380000098
如下为约束条件：
Figure BDA0003052046380000099
Figure BDA00030520463800000910
Figure BDA00030520463800000911
Ic+Id≤1； (25)
Figure BDA00030520463800000912
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (27)
Figure BDA00030520463800000913
Figure BDA00030520463800000914
Figure BDA00030520463800000915
Figure BDA00030520463800000916
Figure BDA00030520463800000917
Figure BDA00030520463800000918
Figure BDA00030520463800000919
Figure BDA00030520463800000920
Figure BDA0003052046380000101
步骤5、采用滚动优化算法对用户侧储能复合功能日前计划曲线进行日内滚动更新；
其中，用户侧储能复合功能日前计划曲线的日内滚动更新包括获取日前计划曲线的用户侧储能动作情况和结合用户侧储能日内实际运行情况；
具体的，步骤5包括如下两个部分：
部分1、获得用户侧储能复合功能日前计划曲线、用户侧储能系统的启停计划以及用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态；
部分2、通过输入用户侧储能系统的启停计划和用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态，优化获得实时计划曲线。
需要说明的是，在步骤3中，选取用户在需求响应邀约日的前5个工作日，将其对应响应时段的平均负荷曲线作为基线。且基线中出现的最大负荷称为基线负荷最大值，出现的最小负荷作为基线负荷最小值。
在实施削峰需求响应时，用户在响应时段须同时满足以下两个条件：1)
Figure BDA0003052046380000102
低于相应的基线负荷最大值
Figure BDA0003052046380000103
2)平均负荷
Figure BDA0003052046380000104
应低于相应的基线负荷最小值
Figure BDA0003052046380000105
且其差值大于需求响应指标ΔCdm的80％。
在实施填谷需求响应时，用户在响应时段须同时满足以下两个条件：1)
Figure BDA0003052046380000106
高于相应的基线负荷最小值
Figure BDA0003052046380000107
2)平均负荷
Figure BDA0003052046380000108
应高于相应的基线负荷最大值
Figure BDA0003052046380000109
且其差值大于需求响应指标ΔCdm的80％。
综上，本申请通过考虑用户侧储能复合功能的协同运行方式，实现兼顾用户侧储能复合功能以及日内实时优化要求的用户侧储能优化运行，为合理设置用户侧储能运行曲线提供指导和帮助。
本申请涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获取用户侧储能系统的电站信息、电价信息以及功能组合参数；
步骤2、建立用户侧储能系统辅助决策评价方法，并对储能系统的弹性空间裕度、可调节负荷能力以及储能损耗程度进行评价；
步骤3、建立考虑需求侧响应的用户侧储能复合功能运行优化模型；
步骤4、构建用户侧储能复合功能运行优化问题，以混合整数线性规划方法获得用户侧储能复合功能日前计划曲线；
步骤5、采用滚动优化算法对用户侧储能复合功能日前计划曲线进行日内滚动更新；
其中：
所述优化模型包括目标函数和系统、设备的运行约束条件；
所述用户侧储能复合功能日前计划曲线的日内滚动更新包括获取日前计划曲线的用户侧储能动作情况和结合用户侧储能日内实际运行情况。
2.根据权利要求1所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于,在步骤1中，所述电站信息包括用户侧储能系统的容量、功率和SOC；所述电价信息为用户侧储能系统所在地的用电电价信息；所述供能组合参数用户侧储能系统的执行需求侧响应功能参数。
3.根据权利要求1所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于，在步骤2中，所述用户侧储能系统辅助决策评价方法为：
Figure FDA0003052046370000011
Figure FDA0003052046370000021
Figure FDA0003052046370000022
Figure FDA0003052046370000023
其中：
K1为储能系统的弹性空间裕度指标，用于表示联络线功率的潜在动作空间的大小；
K2为储能系统的可调节负荷能力指标，用于表示负荷功率中可调节负荷功率的占比；
K3为储能系统的储能损耗程度指标；
t为时刻，
Figure FDA0003052046370000024
为时刻t时的联络线功率，Plinemax为联络线功率的最大值，
Figure FDA0003052046370000025
为时刻t时的用户侧储能系统参与的需求侧响应的容量，Pload为时刻t时的负荷功率，
Figure FDA0003052046370000026
为时刻t时的储能系统的损耗系数，
Figure FDA0003052046370000027
为时刻t时的用户侧储能系统的充电功率，
Figure FDA0003052046370000028
为时刻t时的用户侧储能系统的放电功率，Elife为用户侧储能系统的初始容量，c1、c2、ks均为常数。
4.根据权利要求1所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于：在步骤3中，用户侧储能复合功能运行优化模型为：
Figure FDA0003052046370000029
其中：Δt为时间步长，T为优化周期，ρt表示t时刻的电价信息，
Figure FDA00030520463700000210
为时刻t时的用户侧储能功率，ρ1表示用户侧储能弹性空间裕度的惩罚系数，ρ2为用户侧储能可调节负荷能力的惩罚系数，ρ3为用户侧储能损耗程度的惩罚系数，
Figure FDA00030520463700000213
为时刻t时的储能系统的弹性空间裕度指标，
Figure FDA00030520463700000211
为时刻t时的储能系统的可调节负荷能力指标，
Figure FDA00030520463700000212
为时刻t时的储能系统的储能损耗程度指标。
5.根据权利要求4所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于，在步骤3中，还包括确定用户侧储能复合功能运行优化模型的约束条件，所述约束条件包括：
Figure FDA0003052046370000031
Figure FDA0003052046370000032
Figure FDA0003052046370000033
Ic+Id≤1； (9)
Figure FDA0003052046370000034
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (11)
其中：Pmax为用户侧储能系统的最大功率，Ic为用户侧储能系统的充电标志位，Id为用户侧储能系统的放电标志位，SOC(t)为时刻t时的用户侧储能系统的容量状态，SOC(t-1)为时刻t-1时的用户侧储能系统的容量状态，η为用户侧储能系统的效率，SOCmin为用户侧储能系统的容量状态的下限，SOCmax为用户侧储能系统的容量状态的上限。
6.根据权利要求5所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于，还包括如下约束条件：
Figure FDA0003052046370000035
Figure FDA0003052046370000036
Figure FDA0003052046370000037
Figure FDA0003052046370000038
其中：
Figure FDA0003052046370000039
为时刻t时的需求响应功率；
Figure FDA00030520463700000310
为时刻t时的约定响应功率；且+代表需求侧响应的调峰出力，-代表需求侧响应的调谷出力；I+为调峰标志位；I-为调谷标志位。
7.根据权利要求6所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于，还包括如下考核条件：
Figure FDA00030520463700000311
Figure FDA00030520463700000312
Figure FDA0003052046370000041
Figure FDA0003052046370000042
Figure FDA0003052046370000043
其中：
Figure FDA0003052046370000044
为时刻t时的基线负荷最小值，
Figure FDA0003052046370000045
为时刻t时的基线负荷最大值，
Figure FDA0003052046370000046
为时刻t时的联络线平均功率，ΔCdm为需求响应指标，
Figure FDA0003052046370000047
为时刻t时的基线负荷平均值。
8.根据权利要求1所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于：在步骤4中，所述用户侧储能复合功能运行优化问题的构建包括目标函数和约束条件；
所述目标函数为:
Figure FDA0003052046370000048
所述约束条件为：
Figure FDA0003052046370000049
Figure FDA00030520463700000410
Figure FDA00030520463700000411
Ic+Id≤1； (25)
Figure FDA00030520463700000412
SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax； (27)
Figure FDA00030520463700000413
Figure FDA00030520463700000414
Figure FDA00030520463700000415
Figure FDA00030520463700000416
Figure FDA00030520463700000417
Figure FDA00030520463700000418
Figure FDA00030520463700000419
Figure FDA00030520463700000420
Figure FDA00030520463700000421
9.根据权利要求1所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于：在步骤5中，还包括获取用户侧储能系统的启停计划以及用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态。
10.根据权利要求9所述的一种增强用户侧弹性裕度的储能复合功能辅助决策方法，其特征在于：在步骤5中，通过输入用户侧储能系统的启停计划和用户侧储能系统的实时运行的用户侧储能容量状态，优化获得实时计划曲线。
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