CN114142470A - 电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法及系统，包括：对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。本发明可帮助增量新能源电站测算配套储能的合理规模，实现电站收益最大化。

Description

电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统规划领域，特别涉及一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法及系统。
背景技术
当前的电力系统规划会建议增量新能源电站打捆配套一定规模的储能电源。但新能源电站通常认为配置储能单纯提高建设成本，因此会直接按照规划建议的最低水平配置储能，缺少合理储能比例的测算，难以实现电站自身利益最大化。提出确定合理的新能源电站配套储能规模的方法，对提高新能源电站自身盈利水平，提高电力系统新能源消纳水平，乃至实现“双碳”目标有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法及系统。对于被研究的增量新能源电站，该方法通过小时级的电力系统生产模拟测算新能源电站接入电力系统后实际贡献的新能源电量，修正电站实际可发电量，获得准确的度电成本，通过迭代进一步找到度电成本最低的配套储能合理规模。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，包括以下步骤：
S1，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
S2，采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
S3，给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
S4，对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
作为本发明的进一步改进，所述S1中，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据包括：
年8760小时内用负荷、年8760小时区外送受电曲线、年8760小时存量新能源电站出力特性，水电电源及火电电源的出力特性。
作为本发明的进一步改进，所述S2中，采集增量新能源电源的数据由总投资及运行维护费折算的年费用以及年8760小时出力特性。
作为本发明的进一步改进，所述S2中，新能源电站的真实度电成本为：
Figure BDA0003392122270000021
其中，QN为目标电力系统总新能源年发电量，QS为储能损耗电量；QNB为总新能源年发电量，QSB为储能损耗电量；CN为增量新能源电站年费用。
作为本发明的进一步改进，所述测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，具体方法为：
Figure BDA0003392122270000031
其中，CN为增量新能源电站年费用；δCs为单位储能规模的年费用，配套储能规模为Sj；QNj为包含配套储能规模为Sj的目标电力系统总新能源年发电量，QSj为包含配套储能规模为Sj的储能损耗电量；QNB为总新能源年发电量，QSB为储能损耗电量。
作为本发明的进一步改进，所述比较得到最优配套储能规模，具体包括：
对包含配套储能规模Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，计算得到配套储能规模Sj的增量新能源电站的真实度电成本Pj；
判断是否Pj>P；若是结束，若否则进入S5；
S5，对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，计算得到配套储能规模Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本；
判断是否Pj+1≤Pj，若是则令j＝j+1，重复S5；若否，最优配套储能规模为Sj。
一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算系统，包括：
第一测算模块，用于采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
第二测算模块，用于采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
储能规模模块，用于给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
最优配套模块，用于对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
作为本发明的进一步改进，所述最优配套模块，用于：
对包含配套储能规模Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，计算得到配套储能规模Sj的增量新能源电站的真实度电成本Pj；
判断是否Pj>P；若是结束，若否则进行一步；
对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，计算得到配套储能规模Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本；
判断是否Pj+1≤Pj，若是则令j＝j+1，重复对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟步骤；若否，最优配套储能规模为Sj。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明对于被研究的增量新能源电站，该方法通过小时级的电力系统生产模拟测算新能源电站接入电力系统后实际贡献的新能源电量，修正电站实际可发电量，获得准确的度电成本，通过迭代进一步找到度电成本最低的配套储能合理规模。本发明的方法可帮助增量新能源电站测算配套储能的合理规模，实现电站收益最大化。
附图说明
图1是本发明的策略流程图；
图2为本发明优选实施例系统新能源电站配套储能合理规模测算系统结构示意图；
图3为本发明优选实施例电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，包括以下步骤：
S1，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
S2，采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
S3，给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
S4，对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
对于被研究的增量新能源电站，该方法通过小时级的电力系统生产模拟测算新能源电站接入电力系统后实际贡献的新能源电量，修正电站实际发电量，获得准确的度电成本，通过迭代进一步找到度电成本最低的配套储能合理规模。采用本方法可帮助增量新能源电站测算配套储能的合理规模，实现电站收益最大化。
其中，增量新能源电站的实际消纳电量需要计入原系统储能电源新增折损电量与配套储能电源的新增折损电量之和。
度电成本通过电力系统生产模拟测算的实际消纳电量修正计算。
下面是对某一省级电网的实例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是实例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
结合图1所示，本发明一种基于电量修正的电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，包括以下步骤：
1)采集目标电力系统在设计水平年的年8760小时内用负荷，年8760小时区外送受电曲线，年8760小时存量新能源电站出力特性，水电、火电等电源的出力特性等数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNB和储能损耗电量(若有)QSB；
2)采集增量新能源电源的由总投资及运行维护费折算的年费用CN以及年8760小时出力特性，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QN和储能损耗电量(若有)QS，可计算得到新能源电站的真实度电成本
Figure BDA0003392122270000071
3)设定单位储能规模δS，其总投资及运行维护费折算的年费用为δCS；给定以δS为步长，由小至大的不同储能规模序列{Si}，其中i＝1,2…N；
4)对包含配套储能规模为Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，可计算得到配套储能规模为Sj的增量新能源电站的真实度电成本
Figure BDA0003392122270000081
若Pj≥P,表明最优配套储能规模为0，流程结束，否则进入步骤5)；
5)对包含配套储能规模为Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，可计算得到配套储能规模为Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本
Figure BDA0003392122270000082
Figure BDA0003392122270000083
6)若Pj+1≤Pj，则令j＝j+1，重复步骤5)；反之，最优配套储能规模为Sj。
实施例
某省2020年末新能源装机新能源规划装机规模2339万千瓦，规划新增新能源装机4429万千瓦(包含风电2316万千瓦和光伏2113万千瓦)，该省发布的指导文件建议配套储能规模不少于新能源装机的10％，通过本方法测算增量4429万千瓦新能源电站的配套储能合理规模。
本方法的具体操作步骤如下：
(1)采集该省电力系统在2025年的年8760小时内用负荷，年8760小时区外送受电曲线，年8760小时存量新能源电站出力特性，水电、火电等电源的出力特性等数据，对该省电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算得到总新能源年发电量491亿千瓦时和储能损耗电量0；
2)考虑增量2316万千瓦风电的单位千瓦造价为6000元，运行维护费率取1％，年利用小时数2334小时；增量2113万千瓦光伏的单位千瓦造价为4000元，运行维护费率取1％，年利用小时数1768小时；折算增量新能源电源的年费用为225.2亿元；并对包含增量新能源电站的该省电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量为998亿千瓦时，储能损耗电量为0，可计算得到增量新能源电站的真实度电成本
Figure BDA0003392122270000091
3)设定单位储能规模为增量新能源装机规模的5％，即220万千瓦2小时，按照单位千瓦500元，单位千瓦时900元，运行维护费率0.5％，测算年费用为7.3亿元；储能规模序列选择增量新能源装机规模的5％、10％、15％、20％，分别对应容量为220万千瓦2小时、440万千瓦2小时、660万千瓦2小时、880万千瓦2小时。
4)对储能规模序列包含的不同储能规模下的该省电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，见表1，并逐个计算度电成本。由结果可知，当配套660万千瓦2小时储能时，新能源电站度电成本为0.3539元/kWh最低，因此该省规划的4429万千瓦增量新能源电站的合理配套储能规模为660万千瓦2小时，对应比例为15％，优于指导意见建议的最小值10％，可为新能源电站提高收益。
表1不同储能规模下增量新能源电站度电成本测算表
Figure BDA0003392122270000101
如图2所示，本发明的另一目的在于提出一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算系统，包括：
第一测算模块，用于采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
第二测算模块，用于采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
储能规模模块，用于给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
最优配套模块，用于对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
优选地，所述最优配套模块，用于：
对包含配套储能规模Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，计算得到配套储能规模Sj的增量新能源电站的真实度电成本Pj；
判断是否Pj>P；若是结束，若否则进行一步；
对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，计算得到配套储能规模Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本；
判断是否Pj+1≤Pj，若是则令j＝j+1，重复对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟步骤；若否，最优配套储能规模为Sj。
如图3所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，包括以下步骤：
S1，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
S2，采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
S3，给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
S4，对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，包括以下步骤：
S1，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
S2，采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
S3，给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
S4，对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
S2，采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
S3，给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
S4，对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，所述S1中，采集目标电力系统在设计水平年内预测数据包括：
年8760小时内用负荷、年8760小时区外送受电曲线、年8760小时存量新能源电站出力特性，水电电源及火电电源的出力特性。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，所述S2中，采集增量新能源电源的数据由总投资及运行维护费折算的年费用以及年8760小时出力特性。
4.根据权利要求1所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，所述S2中，新能源电站的真实度电成本为：
Figure FDA0003392122260000021
其中，QN为目标电力系统总新能源年发电量，QS为储能损耗电量；QNB为总新能源年发电量，QSB为储能损耗电量；CN为增量新能源电站年费用。
5.根据权利要求1所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，所述测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，具体方法为：
Figure FDA0003392122260000022
其中，CN为增量新能源电站年费用；δCs为单位储能规模的年费用，配套储能规模为Sj；QNj为包含配套储能规模为Sj的目标电力系统总新能源年发电量，QSj为包含配套储能规模为Sj的储能损耗电量；QNB为总新能源年发电量，QSB为储能损耗电量。
6.根据权利要求1所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法，其特征在于，所述比较得到最优配套储能规模，具体包括：
对包含配套储能规模Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，计算得到配套储能规模Sj的增量新能源电站的真实度电成本Pj；
判断是否Pj>P；若是结束，若否则进入S5；
S5，对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，计算得到配套储能规模Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本；
判断是否Pj+1≤Pj，若是则令j＝j+1，重复S5；若否，最优配套储能规模为Sj。
7.一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算系统，其特征在于，包括：
第一测算模块，用于采集目标电力系统在设计水平年内预测数据，对目标电力系统进行以运行成本最低为目标函数的小时级生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量；
第二测算模块，用于采集增量新能源电源的数据，并对包含增量新能源电站的目标电力系统进行生产模拟，测算目标电力系统总新能源年发电量和储能损耗电量，计算得到增量新能源电站的真实度电成本；
储能规模模块，用于给定单位储能规模，计算总投资及运行维护费折算的年费用，由小至大排序得到不同储能规模序列；
最优配套模块，用于对储能规模序列包含的不同储能规模下的电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量和储能损耗电量，并逐个计算增量新能源电站包含储能的度电成本，比较得到最优配套储能规模。
8.根据权利要求7所述的一种电力系统新能源电站配套储能合理规模测算系统，其特征在于，所述最优配套模块，用于：
对包含配套储能规模Sj的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj和储能损耗电量QSj，计算得到配套储能规模Sj的增量新能源电站的真实度电成本Pj；
判断是否Pj>P；若是结束，若否则进行一步；
对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟，测算系统总新能源年发电量QNj+1和储能损耗电量QSj+1，计算得到配套储能规模Sj+1的增量新能源电站的真实度电成本；
判断是否Pj+1≤Pj，若是则令j＝j+1，重复对包含配套储能规模Sj+1的目标电力系统进行生产模拟步骤；若否，最优配套储能规模为Sj。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述电力系统新能源电站配套储能合理规模测算方法的步骤。
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