CN114498637B - 一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法 - Google Patents

一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源消纳、储能领域，提供了一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其方法主要包括如下步骤：步骤1：获取新能源场站的储能参数和新能源接入系统的参数，通过利用率建模模块建立基于电力系统生产模拟的新能源场站配置储能利用率分析模型；步骤2：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件，判断新能源场站配置的储能是否仅用于场站自身调峰，若是，则进入步骤3；若否，则进入步骤4；步骤3：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件，进入步骤4；步骤4：求解添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型，得出新能源场站的利用率。

Description

一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法
技术领域
本发明涉及新能源消纳、储能领域，具体而言，涉及一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法。
背景技术
新能源发电具有随机性、间歇性的特点，而新能源发电方法在运用于并网发电时需要系统提供调峰、调频等调节支撑，但是，随着我国新能源装机和电量占比的不断增加，电力系统调节能力不足的问题日益突出。其中，市场化并网项目需通过自建、合建共享或购买服务等市场化方式落实并网条件。因此，在未来，新能源场站配置储能将成为取得新能源项目开发全力的重要手段之一。但是新能源场站配置储能后的调度运行管理方式仍不够明确，无法准确判断新能源场站配置储能对新能源场站利用率的影响，不利于促进新能源发展并提高新能源消纳利用水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其解决上述技术问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一方面，提供一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，包括如下步骤：
步骤1：获取新能源场站的储能参数和新能源接入系统的参数，基于储能参数和新能源接入系统的参数通过利用率建模模块建立基于电力系统生产模拟的新能源场站配置储能利用率分析模型；
步骤2：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件，判断新能源场站配置的储能是否仅用于场站自身调峰，若是，则进入步骤3；若否，则进入步骤4；
步骤3：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件，进入步骤4；
步骤4：求解添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型，得出新能源场站的利用率。
作为优选地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的目标函数为：
Figure 790919DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 152630DEST_PATH_IMAGE004
为系统投资运行成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为仿真时间，
Figure 801917DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE007
条母线，
Figure 322897DEST_PATH_IMAGE008
为火电厂编号，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为新能源电场编号，
Figure 665017DEST_PATH_IMAGE010
为储能编号，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为线路编号，
Figure 514024DEST_PATH_IMAGE012
表示对应对象的初始投资，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示对应对象的运行成本，
Figure 717735DEST_PATH_IMAGE014
为对应对象的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示启动成本，
Figure 843954DEST_PATH_IMAGE016
表示停机成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示储能的容量，
Figure 606242DEST_PATH_IMAGE018
表示线路的容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示火电厂。
作为优选地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件包括有：节点功率平衡约束、新能源出力约束、火电机组约束、启停费用约束、线路输送功率约束、储能充放电约束、荷电状态约束。
作为优选地，所述火电机组约束包括火电机组爬坡约束、火电机组启停约束，所述火电机组爬坡约束如下式所示：
Figure 942546DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示火电机组单位时间内功率降低的限值、
Figure 199215DEST_PATH_IMAGE022
表示火电机组单位时间内功率升高的限值，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
火电机组在关机时刻功率降低的限值、
Figure 196252DEST_PATH_IMAGE024
是火电机组在启动时刻功率升高的限值；
所述火电机组启停约束如下式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 942491DEST_PATH_IMAGE026
为火电机组运行状态变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为火电机组的最小出力、
Figure 438194DEST_PATH_IMAGE028
为火电机组的最大出力。
作为优选地，所述启停费用约束如下式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
Figure 685505DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为火电机组单次启动的费用，
Figure 583054DEST_PATH_IMAGE032
为火电机组停机的费用。
作为优选地，所述线路输送功率约束如下式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
式中，
Figure 500194DEST_PATH_IMAGE034
是线路输送功率矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
是母线的净注入功率矩阵，
Figure 499505DEST_PATH_IMAGE036
是功率分布因子矩阵。
作为优选地，所述储能充放电约束包括储能放电约束、储能充电约束，所述储能放电约束如下式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
所述储能充电约束如下式所示：
Figure 35660DEST_PATH_IMAGE038
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
是储能的放电功率；
Figure 115611DEST_PATH_IMAGE040
是储能的充电功率。
作为优选地，所述荷电状态约束包括荷电状态不等式约束、荷电状态等式约束，所述荷电状态不等式约束如下式所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
所述荷电状态等式约束如下式所示：
Figure 656183DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示储能的荷电状态，
Figure 64162DEST_PATH_IMAGE044
表示储能的持续放电时间；
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示储能电量损耗，
Figure 217057DEST_PATH_IMAGE046
表示储能充电损耗，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
表示储能放电损耗；
Figure 885935DEST_PATH_IMAGE048
表示抽蓄水库自然来水，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表示抽蓄水库自然耗水。
作为优选地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件为：
Figure 348141DEST_PATH_IMAGE050
。
作为优选地，所述添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明能够对新能源场站配置储能容量开展分析，可以有效地分析配置储能对场站新能源利用率的影响，为优化储能配置容量、制定新能源发展政策提供量化支撑，有效地促进新能源的发展，并提高新能源的消纳利用水平。
附图说明
图1为本发明提供的一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示，提供一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，包括如下步骤：
步骤1：获取新能源场站的储能参数和新能源接入系统的参数，基于储能参数和新能源接入系统的参数通过利用率建模模块建立基于电力系统生产模拟的新能源场站配置储能利用率分析模型；
步骤2：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件，判断新能源场站配置的储能是否仅用于场站自身调峰，若是，则进入步骤3；若否，则进入步骤4；
步骤3：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件，进入步骤4；
步骤4：求解添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型，得出新能源场站的利用率。
其中，步骤1中新能源场站的储能参数包括新能源场站容量、新能源最大出力曲线、储能配置容量、储能配置时长和储能充放电效率；新能源接入系统的参数包括电源的装机容量、电源的最大出力水平、电源的最小出力水平、线路约束和负荷曲线。此处建立的约束为根源处的约束，是衡量一个新能源场站的储能利用效果的重要因素；利用率建模模块包括优化软件GAMS、Python的pyomo库和求解器cplex。
更为具体地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的目标函数为：
Figure 492683DEST_PATH_IMAGE052
式中，
Figure 26433DEST_PATH_IMAGE004
为系统投资运行成本，
Figure 284239DEST_PATH_IMAGE005
为仿真时间，
Figure 120608DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 893392DEST_PATH_IMAGE007
条母线，
Figure 168515DEST_PATH_IMAGE008
为火电厂编号，
Figure 969243DEST_PATH_IMAGE009
为新能源电场编号，
Figure 101147DEST_PATH_IMAGE010
为储能编号，
Figure 236594DEST_PATH_IMAGE011
为线路编号，
Figure 49829DEST_PATH_IMAGE012
表示对应对象的初始投资，
Figure 78965DEST_PATH_IMAGE013
表示对应对象的运行成本，
Figure 506404DEST_PATH_IMAGE014
为对应对象的功率，
Figure 253780DEST_PATH_IMAGE015
表示启动成本，
Figure 542810DEST_PATH_IMAGE016
表示停机成本，
Figure 629715DEST_PATH_IMAGE017
表示储能的容量，
Figure 369001DEST_PATH_IMAGE018
表示线路的容量。
更为具体地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件包括有：节点功率平衡约束、新能源出力约束、火电机组约束、启停费用约束、线路输送功率约束、储能充放电约束、荷电状态约束。
其中，所述节点功率平衡约束如下式所示：
Figure 964192DEST_PATH_IMAGE053
式中：
Figure 119230DEST_PATH_IMAGE054
为
Figure 122958DEST_PATH_IMAGE055
号母线在
Figure 642932DEST_PATH_IMAGE056
时刻的负荷，
Figure 99321DEST_PATH_IMAGE057
表示火电机组在t时刻的功率、
Figure 58050DEST_PATH_IMAGE058
表示储能在t时刻的功率、
Figure 40919DEST_PATH_IMAGE059
表示新能源机组在t时刻的功率、
Figure 122007DEST_PATH_IMAGE060
表示水电机组在t时刻的功率、
Figure 941058DEST_PATH_IMAGE061
表示核电机组在t时刻的功率、
Figure 234637DEST_PATH_IMAGE062
表示线路在t时刻的功率。
其中，所述新能源出力约束如下式所示：
Figure 150640DEST_PATH_IMAGE063
式中，
Figure 774868DEST_PATH_IMAGE064
为新能源机组在
Figure 471428DEST_PATH_IMAGE065
时刻的最大出力。
更为具体地，所述火电机组约束包括火电机组爬坡约束、火电机组启停约束，所述火电机组爬坡约束如下式所示：
Figure 444064DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure 214574DEST_PATH_IMAGE021
表示火电机组单位时间内功率降低的限值、
Figure 371885DEST_PATH_IMAGE022
表示火电机组单位时间内功率升高的限值，
Figure 680376DEST_PATH_IMAGE023
火电机组在关机时刻功率降低的限值、
Figure 315757DEST_PATH_IMAGE024
是火电机组在启动时刻功率升高的限值；
所述火电机组启停约束如下式所示：
Figure 206352DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 409932DEST_PATH_IMAGE026
为火电机组运行状态变量，
Figure 815505DEST_PATH_IMAGE027
为火电机组的最小出力、
Figure 146255DEST_PATH_IMAGE028
为火电机组的最大出力。
更为具体地，所述启停费用约束如下式所示：
Figure 891357DEST_PATH_IMAGE029
Figure 656050DEST_PATH_IMAGE066
Figure 158707DEST_PATH_IMAGE031
为火电机组单次启动的费用，
Figure 135890DEST_PATH_IMAGE032
为火电机组停机的费用。
更为具体地，所述线路输送功率约束如下式所示：
Figure 1078DEST_PATH_IMAGE033
式中，
Figure 795728DEST_PATH_IMAGE034
是线路输送功率矩阵，
Figure 175893DEST_PATH_IMAGE035
是母线的净注入功率矩阵，
Figure 160030DEST_PATH_IMAGE036
是功率分布因子矩阵。
更为具体地，所述储能充放电约束包括储能放电约束、储能充电约束，所述储能放电约束如下式所示：
Figure 551828DEST_PATH_IMAGE037
所述储能充电约束如下式所示：
Figure 658324DEST_PATH_IMAGE038
式中，
Figure 886306DEST_PATH_IMAGE039
是储能的放电功率；
Figure 674133DEST_PATH_IMAGE040
是储能的放电功率。
更为具体地，所述荷电状态约束包括荷电状态不等式约束、荷电状态等式约束，所述荷电状态不等式约束如下式所示：
Figure 45072DEST_PATH_IMAGE041
所述荷电状态等式约束如下式所示：
Figure 197835DEST_PATH_IMAGE042
式中，
Figure 21435DEST_PATH_IMAGE043
表示储能的荷电状态，
Figure 612953DEST_PATH_IMAGE044
表示储能的持续放电时间；
Figure 963032DEST_PATH_IMAGE045
表示储能电量损耗，
Figure 411331DEST_PATH_IMAGE046
表示储能充电损耗，
Figure 863172DEST_PATH_IMAGE047
表示储能放电损耗；
Figure 992802DEST_PATH_IMAGE048
表示抽蓄水库自然来水，
Figure 338333DEST_PATH_IMAGE049
表示抽蓄水库自然耗水。
更为具体地，所述新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件为：
Figure 583631DEST_PATH_IMAGE050
。
更为具体地，所述利用率计算公式为：
Figure 585085DEST_PATH_IMAGE051
。
一种电子设备，包括处理器、存储器以及储存在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：获取新能源场站的储能参数和新能源接入系统的参数，基于储能参数和新能源接入系统的参数通过利用率建模模块建立基于电力系统生产模拟的新能源场站配置储能利用率分析模型；所述新能源场站配置储能利用率分析模型的目标函数为：
Figure 911572DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 14974DEST_PATH_IMAGE004
为系统投资运行成本，
Figure 941342DEST_PATH_IMAGE005
为仿真时间，
Figure 21293DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 233969DEST_PATH_IMAGE007
条母线，
Figure 32160DEST_PATH_IMAGE008
为火电厂编号，
Figure 496640DEST_PATH_IMAGE009
为新能源电场编号，
Figure 306464DEST_PATH_IMAGE010
为储能编号，
Figure 565407DEST_PATH_IMAGE011
为线路编号，
Figure 585316DEST_PATH_IMAGE012
表示对应对象的初始投资，
Figure 479584DEST_PATH_IMAGE013
表示对应对象的运行成本，
Figure 268549DEST_PATH_IMAGE014
为对应对象的功率，
Figure 963972DEST_PATH_IMAGE015
表示启动成本，
Figure 471177DEST_PATH_IMAGE016
表示停机成本，
Figure 887246DEST_PATH_IMAGE017
表示储能的容量，
Figure 61876DEST_PATH_IMAGE018
表示线路的容量，
Figure 662621DEST_PATH_IMAGE019
表示火电厂；
步骤2：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的通用约束条件，具体包括：节点功率平衡约束、新能源出力约束、火电机组约束、启停费用约束、线路输送功率约束、储能充放电约束以及荷电状态约束；判断新能源场站配置的储能是否仅用于场站自身调峰，若是，则进入步骤3；若否，则进入步骤4；
步骤3：设定新能源场站配置储能利用率分析模型的分类约束条件，具体为：
Figure 781756DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 126149DEST_PATH_IMAGE021
是储能的放电功率；进入步骤4；
步骤4：求解添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型，得出新能源场站的利用率；所述添加约束后的新能源场站配置储能利用率分析模型为：
Figure 155285DEST_PATH_IMAGE022
式中，
Figure 67878DEST_PATH_IMAGE023
为新能源机组在
Figure 284095DEST_PATH_IMAGE024
时刻的最大出力。
2.根据权利要求1所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，所述火电机组约束包括火电机组爬坡约束、火电机组启停约束，所述火电机组爬坡约束如下式所示：
Figure 432180DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 938991DEST_PATH_IMAGE026
表示火电机组单位时间内功率降低的限值、
Figure 147119DEST_PATH_IMAGE027
表示火电机组单位时间内功率升高的限值，
Figure 850632DEST_PATH_IMAGE028
火电机组在关机时刻功率降低的限值、
Figure 536829DEST_PATH_IMAGE029
是火电机组在启动时刻功率升高的限值；
所述火电机组启停约束如下式所示：
Figure 150344DEST_PATH_IMAGE030
式中，
Figure 794952DEST_PATH_IMAGE031
为火电机组运行状态变量，
Figure 985762DEST_PATH_IMAGE032
为火电机组的最小出力、
Figure 600283DEST_PATH_IMAGE033
为火电机组的最大出力。
3.根据权利要求2所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，所述启停费用约束如下式所示：
Figure 927359DEST_PATH_IMAGE034
Figure 477289DEST_PATH_IMAGE035
Figure 296340DEST_PATH_IMAGE036
为火电机组单次启动的费用，
Figure 589918DEST_PATH_IMAGE037
为火电机组停机的费用。
4.根据权利要求1所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，所述线路输送功率约束如下式所示：
Figure 37080DEST_PATH_IMAGE038
式中，
Figure 492332DEST_PATH_IMAGE039
是线路输送功率矩阵，
Figure 283833DEST_PATH_IMAGE040
是母线的净注入功率矩阵，
Figure 381102DEST_PATH_IMAGE041
是功率分布因子矩阵。
5.根据权利要求1所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，所述储能充放电约束包括储能放电约束、储能充电约束，所述储能放电约束如下式所示：
Figure 948350DEST_PATH_IMAGE042
所述储能充电约束如下式所示：
Figure 449869DEST_PATH_IMAGE043
式中，
Figure 368147DEST_PATH_IMAGE021
是储能的放电功率；
Figure 3527DEST_PATH_IMAGE044
是储能的充电功率。
6.根据权利要求1所述的新能源场配置储能对利用率影响的分析方法，其特征在于，所述荷电状态约束包括荷电状态不等式约束、荷电状态等式约束，所述荷电状态不等式约束如下式所示：
Figure 284336DEST_PATH_IMAGE045
所述荷电状态等式约束如下式所示：
Figure 346970DEST_PATH_IMAGE046
式中，
Figure 221385DEST_PATH_IMAGE047
表示储能的荷电状态，
Figure 660457DEST_PATH_IMAGE048
表示储能的持续放电时间；
Figure 77663DEST_PATH_IMAGE049
表示储能电量损耗，
Figure 311198DEST_PATH_IMAGE050
表示储能充电损耗，
Figure 672909DEST_PATH_IMAGE051
表示储能放电损耗；
Figure 532981DEST_PATH_IMAGE052
表示抽蓄水库自然来水，
Figure 663748DEST_PATH_IMAGE053
表示抽蓄水库自然耗水。
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