CN113937799B - 最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，包括：根据储能系统循环充放电深度，计算多功能组合下储能系统的实际运行寿命；建立储能系统全寿命周期平准化成本模型，计算储能系统整个寿命周期内投资、运行、维护、回收过程产生的成本；根据全寿命周期平准化成本模型，结合储能系统典型功能划分理论，计算多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案。本发明基于储能系统运行时的循环充放电深度，获得储能系统实际的运行寿命；考虑储能系统寿命衰减建立全寿命周期平准化成本模型，实现储能系统成本的精细化度量，优化得到平准化成本最低的容量分配方案。

Description

最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法
技术领域
本发明涉及储能系统容量分配领域，特别是一种最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法。
背景技术
全球环境污染的加重以及化石能源的不断枯竭致使以传统化石能源为核心的能源发展方式举步维艰，未来以风电、光伏等可再生能源为代表的清洁能源将成为能源发展的主流趋势。但风电、光伏等可再生能源的出力具有间歇性和随机性，接入电网后会加剧系统的电压、频率波动，影响系统的安全稳定运行，这些不利影响极大地限制了清洁能源的有效利用。配置灵活、响应迅速的储能电站能够打破电能传输在时间和空间上的约束，与风电、光伏等可再生能源联合应用，是解决可再生能源接入电网的有效措施之一，其规模化应用将对能源转型、电网格局、电源结构产生重大影响。储能成本是影响储能技术发展的重要因素之一，合理并准确地对储能系统进行成本评估是电力系统正确配置储能电站的关键；另一方面，为了最大化部署效益，储能系统往往会提供多种功能与服务，比如能量套利、削峰填谷、一次响应等，称之为多功能组合下储能系统，简称多功能储能系统。
在考虑多功能储能系统接入电网的规划与运行问题时，有以下几个技术难点：1)如何计算考虑多功能组合下储能系统的实际运行寿命；2)如何计算考虑多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本；3)如何对储能系统参与多个功能、服务的容量进行划分，可以最小化其平准化成本，获得最优的容量分配方案。但现有技术均无法有效解决这些问题。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其基于储能系统运行中的充放电深度，可获得参与多功能储能系统实际的运行寿命；同时，考虑储能系统寿命衰减建立全寿命周期平准化成本模型，实现参与多功能储能系统成本的精细化度量；对参与多功能储能系统的容量进行最优分配使储能系统在整个寿命周期内的平准化成本最小。
本发明通过如下的技术方案实现：最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其包括步骤：
S1：根据储能系统循环充放电深度，计算多功能组合下储能系统的实际运行寿命；
S2：建立储能系统全寿命周期平准化成本模型，计算储能系统整个寿命周期内投资、运行、维护、回收过程产生的成本；
S3：根据全寿命周期平准化成本模型，结合储能系统典型功能划分理论，计算多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案。
进一步地，所述步骤S1，在已知储能系统循环充放电深度时，储能系统的实际运行寿命具体为：
循环寿命是指在一定的充放电策略(如充放电深度、放电电流、放电环境温度、放电截止电压等)下，储能容量衰减到最低允许工作容量之前的工作年限，多功能组合下储能系统的循环寿命计算公式为：
Figure BDA0003315474400000021
式中，Ncyc为储能系统的循环寿命，ns为功能数，αi为第i个功能分配储能系统容量的系数，DoDi,t为储能系统在第i个功能下t时刻的循环充放电深度，Cyclife(DoD)为储能系统循环充放电次数关于放电深度的函数；
日历寿命是指储能系统自投入运行之日起，经过搁置、老化、高低温、循环、工况模拟环节后容量衰减至最低允许工作容量的这段时间；储能系统自投入使用后的实际运行寿命由日历寿命和循环寿命中较小的值决定，即满足：
N＝min[Ncalen,Ncyc]，
式中，N为储能系统的实际运行寿命，Ncalen为储能系统的日历寿命。
进一步地，所述步骤S2中考虑储能系统寿命衰减的全寿命周期成本，具体构成为：
储能系统全寿命周期成本由投资成本、固定运行维护成本、可变运行维护成本以及报废成本构成，即：
LCC＝IC+FOMC+VOMC+SC；
式中，LCC为储能系统全寿命周期成本，IC为储能系统投资成本，FOMC为储能系统固定运行维护成本，VOMC为储能系统可变运行维护成本，SC为储能系统报废成本。
进一步地，若已知储能系统的额定充放电功率和额定持续充放电时间，在计及储能系统循环充放电损耗和自放电损耗的情况下，保证储能系统不会过充和过放，则储能系统的额定容量Enom表示为：
Figure BDA0003315474400000031
式中，Pnom为储能系统的额定充放电功率，tnom为储能系统的额定持续充放电时间，ηRT为储能系统的充放电循环效率，ηself为储能系统的自放电率，DoDnom为储能系统额定放电深度。
进一步地，在全寿命周期内，储能系统能够正常工作，则不考虑更换设备产生的费用，储能系统的投资成本由功率成本和能量成本两部分组成，即：
IC＝CP·Pnom+CE·Enom；
式中，CP为储能系统能量转换系统的功率成本，CE为储能系统每单位储存能量的成本，Pnom为储能系统的额定功率，Enom为储能系统的额定容量。
进一步地，多功能组合下储能系统在整个寿命周期内的放电电量折现后表示为：
Figure BDA0003315474400000032
式中，Elecdischar,n为储能系统第n年的放电电量，Tc为储能系统的建设时间，bi和ei分别为第i个功能的运行起始和终止年份，Cycs,i为第i个功能每天的循环次数，Ps,i为第i个功能的充放电功率，ts,i为第i个功能的充放电时间，Degday为储能系统的日老化率，ηself为储能系统的自放电率，ηRT为储能系统的充放电循环效率，r为资金折现率，ns为功能数，N为储能系统的实际运行寿命；
储能系统投入使用后会产生包括人力成本和管理成本在内的固定运行维护成本，其与储能的技术类型、额定功率以及额定容量有关，考虑资金折现后其计算公式为：
Figure BDA0003315474400000033
式中，CP-OM为储能系统能量转换系统运行和维护的功率成本，CE-OM为储能系统每单位储存能量的运行和维护成本，r为折现率，Pnom为储能系统的额定功率。
更进一步地，储能系统可变运行维护成本随系统的运行状态和外部条件发生，包括电费、燃料费、可再生能源补贴、CO2排放成本，仅考虑储能系统在运行中的电费，即充电成本，考虑资金折现后其表示为：
Figure BDA0003315474400000041
式中，CC为储能系统的充电成本，λelec为储能系统的充电电价。
进一步地，储能系统的使用达到一定的期限后，认为其无法正常工作且无回收价值，需对其进行报废处理，这个过程中设备的拆卸和废弃会产生一定的费用，统称为报废成本，考虑折现率后其表示为：
Figure BDA0003315474400000042
式中，FEOL为储能系统相对于一次性投资成本的比例系数，CP为储能系统能量转换系统的功率成本，CE为储能系统每单位储存能量的成本，Pnom为储能系统的额定功率，Enom为储能系统的额定容量，r为折现率，Tc为储能系统的建设时间。
进一步地，所述步骤S2中储能系统的全寿命周期平准化成本模型具体为：
用设备的折旧率和折现率计及资金和发电量的时间价值，将储能系统全寿命周期成本除以全寿命周期内的总放电量得到全寿命周期平准化成本，即：
Figure BDA0003315474400000043
式中，LCOS为储能系统全寿命周期平准化成本，IC为储能系统投资成本，FOMC为储能系统固定运行维护成本，SC为储能系统报废成本，CC表示储能系统的充电成本，Elecdischar,n为储能系统第n年的放电电量。
进一步地，所述步骤S3中多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案，具体为：
假设储能系统在整个寿命周期内同时参与ns个功能，则多功能组合下储能系统的容量最优分配问题表示为储能系统的全寿命周期平准化成本最小，即：
Figure BDA0003315474400000044
式中，Pnom为储能系统的额定充放电功率，tnom为储能系统的额定持续充放电时间，DoDnom为储能系统额定放电深度，ns为功能数，αi为第i个功能分配储能系统容量的系数；
多功能组合储能系统最小化全寿命周期平准化成本需要满足以下约束条件：
1)储能系统额定充放电功率约束：
Figure BDA0003315474400000051
式中，Ps,i为第i个功能的充放电功率；
2)储能系统额定持续充放电时间约束：
Figure BDA0003315474400000052
式中，ts,i为第i个功能的充放电时间；
3)储能系统额定放电深度约束：
0<DoDnom≤(SOCmax-SOCmin)
其中，SOCmax和SOCmin分别为储能系统运行中允许的最大、最小荷电状态；
4)储能系统容量分配系数上下限约束：
0≤αi≤1，(i＝1,…,ns)
5)储能系统容量分配系数总和约束：
Figure BDA0003315474400000053
6)各功能下储能系统放电深度约束：
Figure BDA0003315474400000054
式中，Enom为储能系统的额定容量。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
(1)计及储能系统充放电深度与循环老化对储能系统寿命的影响，可准确描述多功能组合下储能系统的寿命模型；
(2)考虑储能系统的寿命衰减，在全寿命周期内更全面地分析多功能组合下储能系统的成本构成；
(3)多功能进行组合，实现了储能系统容量的最优分配，降低储能系统全寿命周期内的平准化成本。
附图说明
图1为本发明最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中磷酸锂铁电池循环充放电次数图；
图3为本发明实施例中储能系统容量分配结果图；
图4为本发明实施例中不同功能下储能系统全寿命周期平准化成本图。
具体实施方式
下面结合附图、附表和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：如图1至图4所示；一种最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，它包括有：
S1：根据储能系统循环充放电深度，计算出多功能组合下储能系统的实际运行寿命；
S2：建立全寿命周期平准化成本模型，计算储能系统整个寿命周期内投资、运行、维护、回收等过程产生的成本；
S3：根据全寿命周期平准化成本模型，结合储能系统典型功能划分理论，计算出多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案。
更具体地，步骤1)在储能系统寿命建模问题中，有：
S11：循环寿命是指在一定的充放电策略(如充放电深度、放电电流、放电环境温度、放电截止电压等)下，储能容量衰减到最低允许工作容量之前的工作年限，多功能组合下储能系统的循环寿命计算公式为
Figure BDA0003315474400000061
式中，Ncyc为储能系统的循环寿命，ns为功能数，αi为第i个功能分配储能系统容量的系数，DoDi,t为储能系统在第i个功能下t时刻的循环充放电深度。
日历寿命是指储能系统自投入运行之日起，经过搁置、老化、高低温、循环、工况模拟等不同环节后容量衰减至最低允许工作容量的这段时间。实际应用中，储能系统自投入使用后的实际运行寿命由日历寿命和循环寿命中较小的值决定，即满足
N＝min[Ncalen,Ncyc]。   (2)
式中，Ncalen为储能系统的日历寿命。
步骤2)考虑储能系统寿命衰减推导出储能系统的全寿命周期平准化成本模型。
S21：储能系统全寿命周期成本由投资成本、固定运行维护成本、可变运行维护成本以及报废成本构成，即
LCC＝IC+FOMC+VOMC+SC；   (3)
式中，LCC为储能系统全寿命周期成本，IC为储能系统投资成本，FOMC为储能系统固定运行维护成本，VOMC为储能系统可变运行维护成本，SC为储能系统报废成本。
S22：若已知储能系统的额定充放电功率和额定持续充放电时间，在计及储能系统循环充放电损耗和自放电损耗的情况下，保证储能系统不会过充和过放，则储能系统的额定容量可以表示为：
Figure BDA0003315474400000071
式中，Pnom为储能系统的额定充放电功率，tnom为储能系统的额定持续充放电时间，ηRT为储能系统的充放电循环效率，ηself为储能系统的自放电率，DoDnom为储能系统额定放电深度。
S23：在全寿命周期内，储能系统能够正常工作，则不考虑更换设备产生的费用，储能系统的投资成本由功率成本和能量成本两部分组成，即
IC＝CP·Pnom+CE·Enom；   (5)
式中，IC为储能系统的投资成本，CP为储能系统能量转换系统的功率成本，CE为储能系统每单位储存能量的成本，Pnom为储能系统的额定功率，Enom为储能系统的额定容量。
S24：在多功能组合下储能系统在整个寿命周期内的放电电量折现后可表示为
Figure BDA0003315474400000072
式中，Elecdischar,n为储能系统第n年的放电电量，Tc为储能系统的建设时间，bi和ei分别为第i个功能的运行起始和终止年份，Cycs,i为第i个功能每天的循环次数，Ps,i为第i个功能的充放电功率，ts,i为第i个功能的充放电时间，Degday为储能系统的日老化率。
S25：储能系统投入使用后会产生包括人力成本和管理成本等在内的固定运行维护成本，其与储能的技术类型、额定功率以及额定容量有关，考虑资金折现后其计算公式为
Figure BDA0003315474400000081
式中，CP-OM为储能系统能量转换系统运行和维护的功率成本，CE-OM为储能系统每单位储存能量的运行和维护成本，r为折现率。
S26：储能系统可变运行维护成本随系统的运行状态和外部条件发生，包括电费、燃料费、可再生能源补贴、CO2排放成本。仅考虑储能系统在运行中的电费，即充电成本，考虑资金折现后其可表示为
Figure BDA0003315474400000082
式中，CC为储能系统的充电成本，λelec为储能系统的充电电价。
S27：储能系统的使用达到一定的期限后，认为其无法正常工作且无回收价值，需对其进行报废处理。这个过程中设备的拆卸和废弃会产生一定的费用，统称为报废成本，考虑折现率后其可表示为
Figure BDA0003315474400000083
式中，FEOL为储能系统相对于一次性投资成本的比例系数。
S28：用设备的折旧率和折现率来计及资金和发电量的时间价值，将储能系统全寿命周期成本除以全寿命周期内的总放电量得到平准化储能成本，即
Figure BDA0003315474400000084
式中，LCOS为储能系统的平准化储能成本。
步骤3)根据全寿命周期平准化成本模型，结合储能系统典型功能划分理论，计算出多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案。
S31：假设储能系统在整个寿命周期内同时参与ns个功能，则多功能组合下储能系统的容量最优分配问题表示为储能系统的全寿命周期平准化成本最小，即：
Figure BDA0003315474400000091
储能系统多功能组合最小化全寿命周期平准化成本需要满足以下约束条件：
1)储能系统额定充放电功率约束：
Figure BDA0003315474400000092
2)储能系统额定持续充放电时间约束：
Figure BDA0003315474400000093
3)储能系统额定放电深度约束：
0<DoDnom≤(SOCmax-SOCmin)；   (14)
其中，SOCmax和SOCmin分别为储能系统运行中允许的最大、最小荷电状态，tnom为储能系统的额定充放电时间。
4)储能系统容量分配系数上下限约束：
0≤αi≤1(i＝1,…,ns)；   (15)
5)储能系统容量分配系数总和约束：
Figure BDA0003315474400000094
6)各功能下储能系统放电深度约束：
Figure BDA0003315474400000095
磷酸锂铁电池和钠硫电池在整个寿命周期内的循环充放电次数与放电深度两者之间的关系为：
Cyclife＝a×DoDb；   (18)
式中，a、b为经验公式的校核参数。
阀控式铅酸电池在整个寿命周期内的循环充放电次数与放电深度两者之间的关系为：
Figure BDA0003315474400000096
式中，a1,a2,b1,b2分别为经验公式的校核参数。
磷酸锂铁电池、钠硫电池和阀控式铅酸电池循环寿命经验系数如表1和表2所示。表3列举出了上述三种电化学储能系统的技术参数。
表1磷酸锂铁电池和钠硫电池循环寿命经验系数表
储能类别 a b
磷酸锂铁电池 4000 -1.63
钠硫电池 3142 -1.60
表2阀控式铅酸电池循环寿命经验系数表
储能类别 <![CDATA[a<sub>1</sub>]]> <![CDATA[b<sub>1</sub>]]> <![CDATA[a<sub>2</sub>]]> <![CDATA[b<sub>2</sub>]]>
阀控式铅酸电池 138200 3763 7.246 1.139
表3储能系统技术参数表
磷酸锂铁 钠硫电池 阀控铅酸
<![CDATA[η<sub>RT</sub>(％)]]> 92 80 80
<![CDATA[η<sub>self</sub>(％)]]> 0.1 20 0.3
<![CDATA[Deg<sub>day</sub>(％)]]> 0.0069 0.0054 0.0182
<![CDATA[F<sub>EOL</sub>(％)]]> 1 1 1
<![CDATA[T<sub>con</sub>(a)]]> 1 1 1
<![CDATA[N<sub>calen</sub>(a)]]> 12 17 9
<![CDATA[C<sub>P</sub>($/kW)]]> 678 657 675
<![CDATA[C<sub>E</sub>($/kWh)]]> 802 738 471
<![CDATA[C<sub>P,OM</sub>($/kW)]]> 10 14 8
<![CDATA[C<sub>E,OM</sub>($/MWh)]]> 3 3 1
r(％) 8 8 8
<![CDATA[Power<sub>max</sub>(MW)]]> 100 35 50
<![CDATA[t<sub>resp</sub>(s)]]> <10 <10 <10
<![CDATA[h<sub>d</sub>(h)]]> ≤10 ≤5 ≤8
根据额定放电功率、放电持续时间、年平均循环充放电次数和响应时间划分出储能系统在电力系统中的十二种功能如表4所示。
表4储能系统典型功能参数表
<![CDATA[P<sub>app</sub>(MW)]]> <![CDATA[t<sub>dura</sub>(h)]]> <![CDATA[Cyc<sub>year</sub>(/a)]]> <![CDATA[t<sub>resp</sub>(s)]]> <![CDATA[C<sub>el</sub>($/kWh)]]>
能量套利 0.001-2000 1-24 50-400 >10 0.05
一次响应 1-2000 0.02-1 250-15000 <10 0.05
二次响应 10-2000 0.25-24 20-10500 >10 0.05
三次响应 5-1000 >1.5 20-50 >10 0.05
削峰填谷 1-500 2-6 5-100 >10 0.05
黑启动 0.1-400 0.25-4 1-20 >10 0.05
季节性储能 500-2000 24-2000 1-5 >10 0.05
改扩建延迟 1-500 2-8 10-500 >10 0.05
线路拥塞管理 1-500 1-4 50-500 >10 0.05
优化用电 0.001-10 1-6 50-500 >10 0.1
电能改善 0.05-10 0.003-0.5 10-200 <10 0.1
电能支撑 0.001-10 2-10 50-400 >10 0.1
以磷酸锂铁电池为例，其循环充放电次数与循环充放电深度的实验曲线如下图2所示。当磷酸锂铁电池参与配电网调度时，将其容量在能量套利、一次调频以及削峰填谷三个功能中进行分配，以降低其全寿命周期内的平准化成本。多功能组合后，磷酸锂铁电池的最优容量分配结果如图3所示。多功能组合后磷酸锂铁电池在全寿命周期内的平准化成本与磷酸锂铁电池参与单个功能的全寿命周期平准化成本的比较如图4所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，包括步骤：
S1：根据储能系统循环充放电深度，计算多功能组合下储能系统的实际运行寿命；
S2：建立储能系统全寿命周期平准化成本模型，计算储能系统整个寿命周期内投资、运行、维护、回收过程产生的成本；
S3：根据全寿命周期平准化成本模型，结合储能系统典型功能划分理论，计算多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案；
所述步骤S2中储能系统的全寿命周期平准化成本模型具体为：
用设备的折旧率和折现率计及资金和发电量的时间价值，将储能系统全寿命周期成本除以全寿命周期内的总放电量得到全寿命周期平准化成本，即：
Figure FDA0004047112360000011
式中，LCOS为储能系统全寿命周期平准化成本，IC为储能系统投资成本，FOMC为储能系统固定运行维护成本，SC为储能系统报废成本，CC表示储能系统的充电成本，Elecdischar,n为储能系统第n年的放电电量；N为储能系统的实际运行寿命；
所述步骤S3中多功能组合下储能系统全寿命周期平准化成本最小的容量分配方案，具体为：
假设储能系统在整个寿命周期内同时参与ns个功能，则多功能组合下储能系统的容量最优分配问题表示为储能系统的全寿命周期平准化成本最小，即：
Figure FDA0004047112360000012
式中，Pnom为储能系统的额定充放电功率，tnom为储能系统的额定持续充放电时间，DoDnom为储能系统额定放电深度，ns为功能数，αi为第i个功能分配储能系统容量的系数；
多功能组合储能系统最小化全寿命周期平准化成本需要满足以下约束条件：
1)储能系统额定充放电功率约束：
Figure FDA0004047112360000013
式中，Ps,i为第i个功能的充放电功率；
2)储能系统额定持续充放电时间约束：
Figure FDA0004047112360000021
式中，ts,i为第i个功能的充放电时间；
3)储能系统额定放电深度约束：
0＜DoDnom≤(SOCmax-SOCmin)
其中，SOCmax和SOCmin分别为储能系统运行中允许的最大、最小荷电状态；
4)储能系统容量分配系数上下限约束：
0≤αi≤1，(i＝1,…,ns)
5)储能系统容量分配系数总和约束：
Figure FDA0004047112360000022
6)各功能下储能系统放电深度约束：
Figure FDA0004047112360000023
式中，Enom为储能系统的额定容量。
2.如权利要求1所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，所述步骤S1，在已知储能系统循环充放电深度时，储能系统的实际运行寿命具体为：
循环寿命是指在一定的充放电策略下，储能容量衰减到最低允许工作容量之前的工作年限，多功能组合下储能系统的循环寿命计算公式为：
Figure FDA0004047112360000024
式中，Ncyc为储能系统的循环寿命，ns为功能数，αi为第i个功能分配储能系统容量的系数，DoDi,t为储能系统在第i个功能下t时刻的循环充放电深度，Cyclife(DoD)为储能系统循环充放电次数关于放电深度的函数；
日历寿命是指储能系统自投入运行之日起，经过搁置、老化、高低温、循环、工况模拟环节后容量衰减至最低允许工作容量的这段时间；储能系统自投入使用后的实际运行寿命由日历寿命和循环寿命中较小的值决定，即满足：
N＝min[Ncalen,Ncyc]，
式中，Ncalen为储能系统的日历寿命。
3.如权利要求1所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，所述步骤S2中考虑储能系统寿命衰减的全寿命周期成本，具体构成为：
储能系统全寿命周期成本由投资成本、固定运行维护成本、可变运行维护成本以及报废成本构成，即：
LCC＝IC+FOMC+VOMC+SC；
式中，LCC为储能系统全寿命周期成本，IC为储能系统投资成本，FOMC为储能系统固定运行维护成本，VOMC为储能系统可变运行维护成本，SC为储能系统报废成本。
4.如权利要求3所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，若已知储能系统的额定充放电功率和额定持续充放电时间，在计及储能系统循环充放电损耗和自放电损耗的情况下，保证储能系统不会过充和过放，则储能系统的额定容量Enom表示为：
Figure FDA0004047112360000031
式中，Pnom为储能系统的额定充放电功率，tnom为储能系统的额定持续充放电时间，ηRT为储能系统的充放电循环效率，ηself为储能系统的自放电率，DoDnom为储能系统额定放电深度。
5.如权利要求3所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，在全寿命周期内，储能系统能够正常工作，则不考虑更换设备产生的费用，储能系统的投资成本由功率成本和能量成本两部分组成，即：
IC＝CP·Pnom+CE·Enom；
式中，CP为储能系统能量转换系统的功率成本，CE为储能系统每单位储存能量的成本，Pnom为储能系统的额定功率，Enom为储能系统的额定容量。
6.如权利要求3所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，多功能组合下储能系统在整个寿命周期内的放电电量折现后表示为：
Figure FDA0004047112360000041
式中，Elecdischar,n为储能系统第n年的放电电量，Tc为储能系统的建设时间，bi和ei分别为第i个功能的运行起始和终止年份，Cycs,i为第i个功能每天的循环次数，Ps,i为第i个功能的充放电功率，ts,i为第i个功能的充放电时间，Degday为储能系统的日老化率，ηself为储能系统的自放电率，ηRT为储能系统的充放电循环效率，r为资金折现率，ns为功能数，N为储能系统的实际运行寿命；
储能系统投入使用后会产生包括人力成本和管理成本在内的固定运行维护成本，其与储能的技术类型、额定功率以及额定容量有关，考虑资金折现后其计算公式为：
Figure FDA0004047112360000042
式中，CP-OM为储能系统能量转换系统运行和维护的功率成本，CE-OM为储能系统每单位储存能量的运行和维护成本，Pnom为储能系统的额定功率。
7.如权利要求6所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，储能系统可变运行维护成本随系统的运行状态和外部条件发生，包括电费、燃料费、可再生能源补贴、CO2排放成本，仅考虑储能系统在运行中的电费，即充电成本，考虑资金折现后其表示为：
Figure FDA0004047112360000043
式中，CC为储能系统的充电成本，λelec为储能系统的充电电价。
8.如权利要求3所述的最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法，其特征在于，储能系统的使用达到一定的期限后，认为其无法正常工作且无回收价值，需对其进行报废处理，这个过程中设备的拆卸和废弃会产生一定的费用，统称为报废成本，考虑折现率后其表示为：
Figure FDA0004047112360000044
式中，FEOL为储能系统相对于一次性投资成本的比例系数，CP为储能系统能量转换系统的功率成本，CE为储能系统每单位储存能量的成本，Pnom为储能系统的额定功率，Enom为储能系统的额定容量，Tc为储能系统的建设时间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114583738B (zh) * 2022-05-09 2022-08-02 西南交通大学 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法
CN115879746A (zh) * 2023-02-23 2023-03-31 国网江西省电力有限公司经济技术研究院 一种园区综合能源的规划策略分析方法、系统及电子设备
CN116937631B (zh) * 2023-09-18 2023-11-21 众至诚信息技术股份有限公司 一种基于数据处理的电能存储管理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106786689A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 东北电力大学 一种计及运行和惩罚成本的储能容量优化配置方法
CN110598313A (zh) * 2019-09-10 2019-12-20 国网河北省电力有限公司 计及储能全寿命周期运维的综合能源系统优化配置方法
CN111541244A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 考虑储能装置度电成本的电网侧储能装置容量计算方法
CN112928767A (zh) * 2021-03-29 2021-06-08 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种分布式储能协同控制方法
WO2021114849A1 (zh) * 2019-12-12 2021-06-17 国网浙江省电力有限公司台州供电公司 增加新能源发电波动的海岛电网储能系统分层控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9020649B2 (en) * 2011-07-18 2015-04-28 Nec Laboratories America, Inc. Method for real-time power management of a grid-tied microgrid to extend storage lifetime and reduce cost of energy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106786689A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 东北电力大学 一种计及运行和惩罚成本的储能容量优化配置方法
CN110598313A (zh) * 2019-09-10 2019-12-20 国网河北省电力有限公司 计及储能全寿命周期运维的综合能源系统优化配置方法
WO2021114849A1 (zh) * 2019-12-12 2021-06-17 国网浙江省电力有限公司台州供电公司 增加新能源发电波动的海岛电网储能系统分层控制方法
CN111541244A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 考虑储能装置度电成本的电网侧储能装置容量计算方法
CN112928767A (zh) * 2021-03-29 2021-06-08 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种分布式储能协同控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Economic Analysis of Customer-side Energy Storage Considering Multiple Profit Models;xiao qian;《2019 IEEE 3rd International Electrical and Energy Conference (CIEEC)》;全文 *
基于寿命量化的混合储能系统协调控制参数优化;李逢兵等;《电力系统自动化》(第01期);全文 *

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