CN114938011B - 一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统多能互补协调运行技术领域，涉及一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，该方法利用火电机组补充出力，利用储能进行调节和平抑，并消纳多余风光功率；建立了风光火储联合运行的双层优化模型，上层模型确定最小储能装机容量，下层模型考虑运行经济性；以运行成本最小为目标，求解机组最优出力策略，并将直流潮流约束、机组运行约束、电力平衡约束、弃风弃光约束等纳入约束条件；通过一体化优化，指导风光火储系统的联合运行。

Description

一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法
技术领域
本发明属于电力系统多能互补协调运行技术领域，涉及一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法。
背景技术
近年来，随着以风电、光伏为代表的可再生能源发电发展迅猛，我国电力系统发展日趋复杂多元。在可再生能源大规模并网的源网荷储系统中，风光的随机波动使系统运行不确定性增加，给系统运行的安全与稳定带来了严重问题。如果要实现高比例的新能源出力，其装机容量将达到所供负荷的数倍以避免负荷损失，由此将带来更高的出力瞬时波动；同时风光出力的不确定性和不可控性，也可能给系统带来失负荷的风险。
若想保证源网荷储系统功率平衡和稳定安全运行，必须利用可控出力机组平抑风光出力，实现多种能源协调互补运行。传统的多能互补模型常采用火电机组进行调节，但是在高比例清洁能源联合运行系统中，如果仅采用火电调节，火电机组的利用小时数将降低，且风光机组可能出现的尖峰出力将频繁改变火电机组的启停状态和输出功率，由此将对火电机组带来损害，同时火电的爬坡约束和启停时间也将限制其调节速度，在考虑到启停成本和调节成本时，经济效益会大大降低。储能系统可以实现电能和其他能量的转化和存储，在电力系统发电出力大于供电需求时，可将能量以化学能、机械能、电磁能等形式存储下来，在系统供不应求时再通过能量转化装置，释放出电能，实现能量交换，以满足电网或负荷需求，从而提高电力系统的供电安全性。因此针对风电和光伏较大的出力缺口，可以考虑利用火电机组补充出力，而针对风光高频率的波动功率可采用储能机组平滑出力，同时储能机组还可以消纳风光在高出力时段的功率。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服目前，高比例风电和光伏的接入给电网的稳定运行带来了巨大的挑战，由于源网荷储系统中风电、光伏、负荷、太阳直接辐照等因素存在短期不确定性，导致制定的发电计划无法及时指导源网荷储系统的实际运行的缺陷，从而提供一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法。
本发明实施例提供了一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，包括：
采集多个节点储能容量，基于所述多个节点储能容量构建储能规划配置目标函数，并为所述储能规划配置目标函数设置约束条件；
采集火电机组发电成本和弃风弃光惩罚成本，基于所述火电机组发电成本和所述弃风弃光惩罚成本构建风光火储系统日运行调度目标函数；
基于所述储能规划配置目标函数和所述风光火储系统日运行调度目标函数确定风光火储系统联合运行最优方案。
为应对风光出力的不确定性和不可控性，本发明利用火电机组补充出力，利用储能进行调节和平抑，消纳多余风光功率；建立了风光火储联合运行的双层优化模型，上层模型确定最小储能装机容量，下层模型考虑运行经济性，以运行成本最小为目标，求解机组最优出力策略，并将直流潮流约束、机组运行约束、电力平衡约束、弃风弃光约束等纳入约束条件，通过一体化的优化，指导风光火储系统的联合运行。
可选地，所述储能规划配置目标函数的计算公式如下所示：
Figure 569036DEST_PATH_IMAGE001
上式中，
Figure 696392DEST_PATH_IMAGE002
表示在第i个节点储能容量。
可选地，所述储能规划配置目标函数的约束条件，包括：
（1）电力平衡约束
在考虑直流潮流时，由于系统中没有网损，故满足发电功率等于负荷功率；
Figure 861794DEST_PATH_IMAGE003
上式中，n表示系统节点数量，
Figure 332964DEST_PATH_IMAGE004
表示第i个节点的火电机组在t时刻的功率，
Figure 900212DEST_PATH_IMAGE005
表示第i个节点的风电机组在t时刻的功率，
Figure 791945DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个节点的光伏机组在t时刻 的功率，
Figure 320009DEST_PATH_IMAGE007
表示第i个节点在t时刻的负荷功率，
Figure 955390DEST_PATH_IMAGE008
表示第i个节点的储能在t时刻的 放电功率，
Figure 377144DEST_PATH_IMAGE009
表示第i个节点的储能在t时刻的充电功率；
（2）旋转备用约束
Figure 315144DEST_PATH_IMAGE010
上式中，
Figure 455138DEST_PATH_IMAGE011
表示火电机组运行状态的二进制变量，0表示停运，1表示运行，
Figure 885024DEST_PATH_IMAGE012
表示火电机组t时刻的最大出力，
Figure 567809DEST_PATH_IMAGE013
表示系统的正旋转备用；
（3）火电机组出力上下限约束
Figure 801345DEST_PATH_IMAGE014
上式中，
Figure 428635DEST_PATH_IMAGE015
表示火电机组t时刻的最小出力；
（4）火电机组爬坡约束
Figure 497829DEST_PATH_IMAGE016
上式中，
Figure 300700DEST_PATH_IMAGE017
表示第i个节点处的火电机组最大下坡速率，
Figure 705136DEST_PATH_IMAGE018
表示第i个 节点处的火电机组最大上坡速率，Pg i,t-1 表示第i个节点的火电机组在t-1时刻的功率；
（5）火电机组最小启停时间约束
Figure 695089DEST_PATH_IMAGE019
Figure 475963DEST_PATH_IMAGE020
上式中，
Figure 100717DEST_PATH_IMAGE021
表示第i个节点处火电机组在t时刻启动状态下的二进制变量，
Figure 941634DEST_PATH_IMAGE022
表示第i个节点处火电机组在t时刻停机状态下的二进制变量，
Figure 277938DEST_PATH_IMAGE021
为1时表示t时刻机组正 在启动，
Figure 472290DEST_PATH_IMAGE022
为1时表示t时刻机组正在关机，Ton表示机组的最小持续运行时间，Toff表示 机组的最小持续停机时间，Z i,t+j 表示第i个节点处火电机组在t+j时刻停机状态下的二进制 变量，Y i,t+j 表示第i个节点处火电机组在t+j时刻启动状态下的二进制变量；
同时，
Figure 843228DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 589467DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 22854DEST_PATH_IMAGE022
还需要满足如下运行状态逻辑约束：
Figure 145531DEST_PATH_IMAGE024
Figure 370976DEST_PATH_IMAGE025
Figure 163482DEST_PATH_IMAGE026
Figure 474378DEST_PATH_IMAGE027
Figure 135166DEST_PATH_IMAGE028
（6）新能源机组出力约束
Figure 949539DEST_PATH_IMAGE029
Figure 942640DEST_PATH_IMAGE030
Figure 475253DEST_PATH_IMAGE031
上式中，
Figure 674153DEST_PATH_IMAGE032
表示第i个节点处的风电机组在t时刻的最大出力，
Figure 483977DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 274078DEST_PATH_IMAGE034
表示第i个节点处的光伏机组在t时刻的最大出力，
Figure 28408DEST_PATH_IMAGE035
表示第i个节点的风电场 在第t时段的弃风功率，
Figure 171944DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 960909DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 390753DEST_PATH_IMAGE038
表示第i个节点的光伏电场在第 t时段的弃光功率，
Figure 897958DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 845185DEST_PATH_IMAGE040
表示允许的最大弃风弃光率，
Figure 488656DEST_PATH_IMAGE041
表示第t时段出现的 次数；
（7）储能充放电功率约束
Figure 354981DEST_PATH_IMAGE042
Figure 457804DEST_PATH_IMAGE043
上式中，
Figure 67777DEST_PATH_IMAGE044
表示第i个节点处储能在t时段内运行状态虚拟变量，
Figure 96913DEST_PATH_IMAGE044
为0表示充 电，
Figure 743926DEST_PATH_IMAGE044
为1表示放电，
Figure 225723DEST_PATH_IMAGE045
表示最大充电功率，
Figure 373807DEST_PATH_IMAGE046
表示最大放电功率；
（8）储能电量的时序约束：
Figure 991871DEST_PATH_IMAGE047
Figure 809785DEST_PATH_IMAGE048
Figure 513299DEST_PATH_IMAGE049
Figure 730654DEST_PATH_IMAGE050
上式中，
Figure 78589DEST_PATH_IMAGE051
表示第i个节点处的储能系统在第t时刻存储的电量，
Figure 457618DEST_PATH_IMAGE052
表示能量 耗散系数，
Figure 648428DEST_PATH_IMAGE053
表示充电效率，
Figure 138315DEST_PATH_IMAGE054
表示放电效率，
Figure 370451DEST_PATH_IMAGE055
表示储能容量的最小能量限 制，
Figure 920381DEST_PATH_IMAGE056
表示储能容量的最大能量限制，
Figure 332908DEST_PATH_IMAGE057
表示放电深度；
（9）储能系统日清约束
Figure 501852DEST_PATH_IMAGE058
上式中，
Figure 214593DEST_PATH_IMAGE059
表示一天中的时段数，
Figure 935425DEST_PATH_IMAGE060
表示第i个节点处的储能系统实 时电量，
Figure 976193DEST_PATH_IMAGE061
表示第i个节点处系统的充电功率，
Figure 807883DEST_PATH_IMAGE062
表示第i个节点处系统 的放电功率；
（10）潮流约束
直流潮流约束的有功方程表示为：
Figure 109551DEST_PATH_IMAGE063
Figure 1284DEST_PATH_IMAGE064
上式中，
Figure 529348DEST_PATH_IMAGE065
为t时刻以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率，
Figure 164729DEST_PATH_IMAGE066
为t时 刻节点i的有功注入功率，
Figure 586483DEST_PATH_IMAGE067
为以节点i为起点，节点j为终点的支路电抗，
Figure 23018DEST_PATH_IMAGE068
为t时刻 节点i和节点j之间的相角差；
支路功率满足容量约束以及基于分布因子的N-1线路安全约束：
Figure 897433DEST_PATH_IMAGE069
Figure 336505DEST_PATH_IMAGE070
上式中，
Figure 488132DEST_PATH_IMAGE071
为以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率允许的最大值，
Figure 721667DEST_PATH_IMAGE072
表示以节点i为起点，节点j为终点的线路和以节点k为起点，节点m为终点的线路的 分布因子；
Figure 83378DEST_PATH_IMAGE073
表示以节点k和节点m为端点的线路有功功率；
节点注入功率的计算公式如下所示：
Figure 60561DEST_PATH_IMAGE074
节点电压幅值约束：
Figure 332274DEST_PATH_IMAGE075
上式中，
Figure 2290DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 585718DEST_PATH_IMAGE077
分别表示节点j允许的电压幅值上下限。
可选地，基于所述火电机组发电成本和所述弃风弃光惩罚成本构建风光火储系统日运行调度目标函数，所述风光火储系统日运行调度目标函数的计算公式如下所示：
Figure 241958DEST_PATH_IMAGE078
上式中，
Figure 492811DEST_PATH_IMAGE079
表示火电机组发电成本，
Figure 68149DEST_PATH_IMAGE080
、
Figure 138873DEST_PATH_IMAGE081
、
Figure 97339DEST_PATH_IMAGE082
分别表示功率的二次项、一次项和常数项系数，
Figure 202699DEST_PATH_IMAGE083
表示弃 风弃光惩罚成本，
Figure 948938DEST_PATH_IMAGE084
表示惩罚系数。
可选地，还包括：
将所述电力平衡约束、所述旋转备用约束、所述火电机组出力上下限约束、所述火电机组爬坡约束、所述火电机组最小启停时间约束、所述新能源机组出力约束和弃风弃光率约束作为所述风光火储系统日运行调度目标函数的约束条件。
可选地，所述储能规划配置目标函数和所述风光火储系统日运行调度目标函数确定风光火储系统联合运行最优方案，包括：
（1）将每天的功率采样值记作
Figure 647904DEST_PATH_IMAGE085
，x d 表示第d天的功 率采样值，p为每天的采样个数，则第i天和第j天的差异的计算公式如下所示：
Figure 770580DEST_PATH_IMAGE086
上式中，x i 表示第i天的功率采样值，x j 表示第j天的功率采样值；
（2）将第k类及其典型日分别记为
Figure 491631DEST_PATH_IMAGE087
和
Figure 815296DEST_PATH_IMAGE088
，随机选取K个典型日
Figure 1558DEST_PATH_IMAGE089
；
（3）将其余N-K天分配到距离最小的典型日对应的场景类别中，分配原则如下所示：
Figure 662346DEST_PATH_IMAGE090
上式中，
Figure 7877DEST_PATH_IMAGE091
表示中心点的集合，
Figure 735399DEST_PATH_IMAGE092
表示第k类场景，d(x i ,c k )表示功率采样值x i 和典型日c k 之间的对应关系，d(x i ,c j )表示功率采样值x i 和典型日c j 之间的对应关系；
（4）在每类场景内重新选取典型日：记第k类场景的元素为
Figure 268012DEST_PATH_IMAGE093
，则更新典型日的计算公式如下所示：
Figure 732491DEST_PATH_IMAGE094
遍历k类场景内所有元素，分别计算k类场景内元素之间的欧式距离，将最小的欧式距离对应元素的日期作为k类场景的新典型日；
（5）重复（4）中操作，直到典型日不再发生变化，生成风光火储系统联合运行最优方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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。显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一个实施例示出的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法的流程图。
具体实施方式
下面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具体描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明示出的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法实施流程，可以包括以下步骤：
S1、采集多个节点储能容量，基于所述多个节点储能容量构建储能规划配置目标函数，并为所述储能规划配置目标函数设置约束条件。
具体的，上述储能规划配置目标函数用于风光火储系统储能容量规划，包括储能规划配置目标及约束条件两部分；
进一步地，进行风光火储系统储能容量规划，包括：
1）储能规划配置目标函数
规划阶段的目标函数为建设的储能装机容量最小：
Figure 807894DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中，
Figure 66837DEST_PATH_IMAGE095
表示在第i个节点储能容量，minf表示储能规划配置目标函数。
2）储能规划配置目标函数的约束条件
（1）电力平衡约束
在考虑直流潮流时，由于系统中没有网损，故满足发电功率等于负荷功率。
Figure 86746DEST_PATH_IMAGE096
(2)
其中，n表示系统节点数量，
Figure 230283DEST_PATH_IMAGE004
表示第i个节点的火电机组在t时刻的功率，
Figure 19247DEST_PATH_IMAGE005
表示第i个节点的风电机组在t时刻的功率，
Figure 714671DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个节点的光伏机组在t时 刻的功率，
Figure 97241DEST_PATH_IMAGE007
表示第i个节点在t时刻的负荷功率，
Figure 903523DEST_PATH_IMAGE008
表示第i个节点的储能在t时刻 的放电功率，
Figure 812574DEST_PATH_IMAGE009
表示第i个节点的储能在t时刻的充电功率。
（2）旋转备用约束
Figure 76237DEST_PATH_IMAGE097
(3)
Figure 805159DEST_PATH_IMAGE011
表示火电机组运行状态的二进制变量，0表示停运，1表示运行，
Figure 680711DEST_PATH_IMAGE012
表示 火电机组t时刻的最大出力，
Figure 54055DEST_PATH_IMAGE013
表示系统的正旋转备用。
（3）火电机组出力上下限约束
Figure 91281DEST_PATH_IMAGE098
(4)
其中，
Figure 307499DEST_PATH_IMAGE099
表示火电机组t时刻的最小出力。
（4）火电机组爬坡约束
Figure 596529DEST_PATH_IMAGE100
(5)
其中，
Figure 214592DEST_PATH_IMAGE101
表示第i个节点处的火电机组最大下坡速率，
Figure 422719DEST_PATH_IMAGE102
表示第i个节 点处的火电机组最大上坡速率。
（5）火电机组最小启停时间约束
考虑机组的开关机策略，有如下约束：
Figure 126233DEST_PATH_IMAGE103
(6)
Figure 953375DEST_PATH_IMAGE104
(7)
其中，
Figure 691523DEST_PATH_IMAGE105
和
Figure 70552DEST_PATH_IMAGE106
分别表示第i个节点处火电机组在t时刻启动和停机状态的二进 制变量，
Figure 635264DEST_PATH_IMAGE105
为1时表示t时刻机组正在启动，
Figure 125151DEST_PATH_IMAGE106
为1时表示t时刻机组正在关机Ton和Toff 分别表示机组的最小持续运行时间和最小持续停机时间。
因此，
Figure 717806DEST_PATH_IMAGE107
、
Figure 2157DEST_PATH_IMAGE105
和
Figure 555629DEST_PATH_IMAGE106
还需要满足如下运行状态逻辑约束：
Figure 114786DEST_PATH_IMAGE108
(8)
Figure 561948DEST_PATH_IMAGE109
(9)
Figure 158146DEST_PATH_IMAGE110
(10)
Figure 57969DEST_PATH_IMAGE111
(11)
Figure 889658DEST_PATH_IMAGE112
(12)
（6）新能源机组出力约束
Figure 597851DEST_PATH_IMAGE113
(13)
Figure 489584DEST_PATH_IMAGE114
(14)
Figure 876703DEST_PATH_IMAGE115
(15)
其中，
Figure 512084DEST_PATH_IMAGE032
表示第i个节点处的风电机组在t时刻的最大出力，
Figure 573318DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 635952DEST_PATH_IMAGE034
表示第i个节点处的光伏机组在t时刻的最大出力，
Figure 510367DEST_PATH_IMAGE035
表示第i个节点的风电场 在第t时段的弃风功率，
Figure 559226DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 835487DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 334601DEST_PATH_IMAGE038
表示第i个节点的光伏电场在第t 时段的弃光功率，
Figure 571678DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 548862DEST_PATH_IMAGE040
表示允许的最大弃风弃光率，
Figure 679629DEST_PATH_IMAGE041
表示第t时段出现的次 数。
（7）储能充放电功率约束
储能系统的充放电功率都不能超过上限
Figure 225011DEST_PATH_IMAGE116
(16)
Figure 74018DEST_PATH_IMAGE117
(17)
其中
Figure 854892DEST_PATH_IMAGE118
表示第i个节点处储能在t时段内运行状态虚拟变量，
Figure 840166DEST_PATH_IMAGE118
为0表示充电，
Figure 789405DEST_PATH_IMAGE118
为1表示放电，
Figure 125708DEST_PATH_IMAGE119
表示其最大充电功率，
Figure 444694DEST_PATH_IMAGE120
表示最大放电功率。
（8）储能电量的时序约束：
储能充放电后系统中能量将会发生相应改变，因此应该满足
Figure 550054DEST_PATH_IMAGE121
(18)
其中
Figure 437238DEST_PATH_IMAGE122
表示第i个节点处的储能系统在第t时刻存储的电量，
Figure 260838DEST_PATH_IMAGE123
表示其能量 耗散系数，
Figure 117935DEST_PATH_IMAGE124
表示其充电效率，
Figure 218746DEST_PATH_IMAGE125
表示放电效率。
同时储能系统中的能量不能超过储能容量，也不能低于最小能量限制，其中系统的最大能量和最小能量限制考虑为允许放电深度与储能容量的乘积。
Figure 401466DEST_PATH_IMAGE126
(19)
Figure 446782DEST_PATH_IMAGE127
(20)
Figure 982937DEST_PATH_IMAGE128
(21)
Figure 62889DEST_PATH_IMAGE129
表示第i个节点处的储能系统中允许的最大电量，
Figure 150930DEST_PATH_IMAGE130
表示允许 的最小电量，
Figure 683543DEST_PATH_IMAGE131
表示其充放电深度。
（9）储能系统日清约束
储能系统实现一日内起始时刻电量应该等于终止时刻电量，实现“日清”，以保证下一日的使用
Figure 787503DEST_PATH_IMAGE132
(22)
其中，
Figure 721961DEST_PATH_IMAGE133
表示一天中的时段数，
Figure 980904DEST_PATH_IMAGE134
表示第i个节点处的储能系统实时电 量，
Figure 876179DEST_PATH_IMAGE135
表示第i个节点处系统的充电功率，
Figure 144349DEST_PATH_IMAGE062
表示第i个节点处系统的 放电功率。
（10）潮流约束
考虑直流潮流约束，其有功方程可以表示为：
Figure 933313DEST_PATH_IMAGE136
(23)
Figure 504103DEST_PATH_IMAGE137
(24)
其中，
Figure 11308DEST_PATH_IMAGE138
为t时刻以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率；
Figure 552011DEST_PATH_IMAGE139
为t时 刻节点i的有功注入功率；
Figure 602006DEST_PATH_IMAGE140
为以节点i为起点，节点j为终点的支路电抗，
Figure 202752DEST_PATH_IMAGE141
为t时刻 节点i和节点j之间的相角差。
同时，支路功率应满足容量约束以及基于分布因子的N-1线路安全约束：
Figure 197253DEST_PATH_IMAGE142
(25)
Figure 181127DEST_PATH_IMAGE143
(26)
其中，
Figure 944683DEST_PATH_IMAGE144
为以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率允许的最大值；
Figure 981910DEST_PATH_IMAGE145
表示以节点i为起点，节点j为终点的线路和以节点k为起点，节点m为终点的线路的 分布因子。
节点注入功率需满足：
Figure 339073DEST_PATH_IMAGE146
(27)
节点电压幅值需满足约束：
Figure 487157DEST_PATH_IMAGE147
(28)
Figure 105220DEST_PATH_IMAGE148
和
Figure 313348DEST_PATH_IMAGE149
分别为节点j允许的电压幅值上下限。
S2、采集火电机组发电成本和弃风弃光惩罚成本，基于所述火电机组发电成本和所述弃风弃光惩罚成本构建风光火储系统日运行调度目标函数。
其中，在考虑满足负荷需求下考虑最大程度的消纳新能源，同时减少火电机组出力，因此可同时考虑火电机组发电成本和弃风弃光惩罚成本，风光火储系统日运行调度目标函数的计算公式如下所示：
Figure 892228DEST_PATH_IMAGE078
(29)
其中，式（29）第一项表示火电机组的发电成本，
Figure 578424DEST_PATH_IMAGE150
、
Figure 316573DEST_PATH_IMAGE151
、
Figure 836547DEST_PATH_IMAGE152
分别为功率的二次项、 一次项和常数项系数，第二项为系统的弃风弃光惩罚成本，
Figure 27357DEST_PATH_IMAGE153
为惩罚系数，minZ表示风 光火储系统日运行调度目标函数。
进一步地，日运行优化调度阶段的约束条件与公开的第一方面基本相同，但由于目标函数中已经考虑了弃风弃光惩罚成本，因此在约束条件中，为了找到最优运行方式，可放开对弃风弃光率的约束，一般在最小储能容量加上适当的裕量后，作为固定参数代入到日运行阶段优化中。
进而，将所述电力平衡约束、所述旋转备用约束、所述火电机组出力上下限约束、所述火电机组爬坡约束、所述火电机组最小启停时间约束、所述新能源机组出力约束和弃风弃光率约束作为所述风光火储系统日运行调度目标函数的约束条件。
S3、基于所述储能规划配置目标函数和所述风光火储系统日运行调度目标函数确定风光火储系统联合运行最优方案。
具体的，（1）采用k-medoids进行聚类，将每天的功率采样值记作
Figure 517244DEST_PATH_IMAGE154
，则第i天和第j天的差异可以用
Figure 844320DEST_PATH_IMAGE155
间的欧式距离可 以表示为：
Figure 768152DEST_PATH_IMAGE156
(30)
（2）将第k类及其典型日分别记为
Figure 446258DEST_PATH_IMAGE157
和
Figure 739836DEST_PATH_IMAGE158
，从所有样本中随机选取K个典型日
Figure 186998DEST_PATH_IMAGE159
。
（3）按照以下原则，将其余N-K天分配到距离最小的典型日对于的场景类别中
Figure 783195DEST_PATH_IMAGE160
(31)
其中
Figure 948597DEST_PATH_IMAGE091
表示中心点的集合，
Figure 780287DEST_PATH_IMAGE161
表示第k类场景。
（4）在每类场景内重新选取典型日：记第k类场景的元素为
Figure 222901DEST_PATH_IMAGE162
，则其典型日按照如下方式更新：
Figure 849054DEST_PATH_IMAGE163
(32)
即历遍该场景内所有元素，分别计算k类场景内元素之间的欧式距离，将最小的欧式距离对应元素的日期作为k类场景的新典型日。
（5）重复（4）中操作，直到选出来的典型日不再发生变化，生成风光火储系统联合运行最优方案。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，其特征在于，包括：
采集多个节点储能容量，基于所述多个节点储能容量构建储能规划配置目标函数，并为所述储能规划配置目标函数设置约束条件；
采集火电机组发电成本和弃风弃光惩罚成本，基于所述火电机组发电成本和所述弃风弃光惩罚成本构建风光火储系统日运行调度目标函数；
基于所述储能规划配置目标函数和所述风光火储系统日运行调度目标函数确定风光火储系统联合运行最优方案；
基于所述储能规划配置目标函数和所述风光火储系统日运行调度目标函数确定风光火储系统联合运行最优方案，包括：
步骤1、将每天的功率采样值记作
Figure 248440DEST_PATH_IMAGE002
，x d 表示第d天的功率采样值，p为每天的采样个数，则第i天和第j天的差异的计算公式如下所示：
Figure 306526DEST_PATH_IMAGE004
上式中，x i 表示第i天的功率采样值，x j 表示第j天的功率采样值；
步骤2、将第k类典型日集合记为C k ，随机选取K个典型日构成集合
Figure 617421DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤3、将其余N-K天分配到距离最小的典型日对于的场景类别中，分配原则如下所示：
Figure 278210DEST_PATH_IMAGE008
上式中，
Figure 482795DEST_PATH_IMAGE009
表示中心点的集合，
Figure 570837DEST_PATH_IMAGE010
表示第k类场景，d(x i ,c k )表示功率采样值x i 和典型日c k 之间的对应关系，d(x i ,c j )表示功率采样值x i 和典型日c j 之间的对应关系；
步骤4、在每类场景内重新选取典型日：记第k类场景的元素为
Figure 103449DEST_PATH_IMAGE012
，则更新典型日的计算公式如下所示：
Figure 567929DEST_PATH_IMAGE014
其中m表示节点，q表示第k类场景采样个数，遍历k类场景内所有元素，分别计算k类场景内元素之间的欧式距离，将最小的欧式距离对应元素的日期作为k类场景的新典型日；
步骤5、重复（4）中操作，直到典型日不再发生变化，生成风光火储系统联合运行最优方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，其特征在于，所述储能规划配置目标函数的计算公式如下所示；
Figure 377753DEST_PATH_IMAGE016
上式中，
Figure 636696DEST_PATH_IMAGE018
表示在第i个节点储能容量，n表示系统节点数量。
3.根据权利要求2所述的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，其特征在于，所述储能规划配置目标函数的约束条件，包括：
（1）电力平衡约束
在考虑直流潮流时，由于系统中没有网损，故满足发电功率等于负荷功率；
Figure 656605DEST_PATH_IMAGE020
上式中，n表示系统节点数量，
Figure 659196DEST_PATH_IMAGE022
表示第i个节点的火电机组在t时刻的功率，
Figure 838373DEST_PATH_IMAGE024
表示第i个节点的风电机组在t时刻的功率，
Figure 533797DEST_PATH_IMAGE026
表示第i个节点的光伏机组在t时刻的功率，
Figure 41001DEST_PATH_IMAGE028
表示第i个节点在t时刻的负荷功率，
Figure 457070DEST_PATH_IMAGE030
表示第i个节点的储能在t时刻的放电功率，
Figure 366121DEST_PATH_IMAGE032
表示第i个节点的储能在t时刻的充电功率；
（2）旋转备用约束
Figure 966866DEST_PATH_IMAGE034
上式中，
Figure 961367DEST_PATH_IMAGE035
表示火电机组运行状态的二进制变量，0表示停运，1表示运行，
Figure 430394DEST_PATH_IMAGE037
表示火电机组t时刻的最大出力，
Figure 193951DEST_PATH_IMAGE038
表示系统的正旋转备用，negn表示火电机组个数；
（3）火电机组出力上下限约束
Figure 231177DEST_PATH_IMAGE040
上式中，
Figure 447395DEST_PATH_IMAGE042
表示火电机组t时刻的最小出力；
（4）火电机组爬坡约束
Figure 470846DEST_PATH_IMAGE044
上式中，
Figure 354488DEST_PATH_IMAGE046
表示第i个节点处的火电机组最大下坡速率，
Figure 562616DEST_PATH_IMAGE048
表示第i个节点处的火电机组最大上坡速率，
Figure 390763DEST_PATH_IMAGE050
表示第i个节点的火电机组在t-1时刻的功率；
（5）火电机组最小启停时间约束
Figure 76959DEST_PATH_IMAGE052
Figure 815108DEST_PATH_IMAGE054
上式中，
Figure 194137DEST_PATH_IMAGE056
表示第i个节点处火电机组在t时刻启动状态下的二进制变量，
Figure 260313DEST_PATH_IMAGE058
表示第i个节点处火电机组在t时刻停机状态下的二进制变量，
Figure 750200DEST_PATH_IMAGE060
为1时表示t时刻机组正在启动，
Figure 77276DEST_PATH_IMAGE062
为1时表示t时刻机组正在关机，Ton表示机组的最小持续运行时间，Toff表示机组的最小持续停机时间，Z i,t+j 表示第i个节点处火电机组在t+j时刻停机状态下的二进制变量，Y i,t+j 表示第i个节点处火电机组在t+j时刻启动状态下的二进制变量；
同时，
Figure 627206DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 429946DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 723524DEST_PATH_IMAGE068
还需要满足如下运行状态逻辑约束：
Figure 170686DEST_PATH_IMAGE070
Figure 625938DEST_PATH_IMAGE072
Figure 666707DEST_PATH_IMAGE074
Figure 763976DEST_PATH_IMAGE076
Figure 331223DEST_PATH_IMAGE078
（6）新能源机组出力约束
Figure 87870DEST_PATH_IMAGE080
Figure 740568DEST_PATH_IMAGE082
Figure 375949DEST_PATH_IMAGE084
上式中，
Figure 532124DEST_PATH_IMAGE086
表示第i个节点处的风电机组在t时刻的最大出力，
Figure 470124DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure 344539DEST_PATH_IMAGE090
表示第i个节点处的光伏机组在t时刻的最大出力，
Figure 783610DEST_PATH_IMAGE092
表示第i个节点的风电场在第t时段的弃风功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
表示第i个节点的光伏电场在第t时段的弃光功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
表示允许的最大弃风弃光率，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
表示第t时段出现的次数，I表示节点个数；
（7）储能充放电功率约束
Figure DEST_PATH_IMAGE106
Figure DEST_PATH_IMAGE108
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
表示第i个节点处储能在t时段内运行状态虚拟变量，
Figure 840297DEST_PATH_IMAGE110
为0表示充电，
Figure 73832DEST_PATH_IMAGE110
为1表示放电，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
表示最大充电功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE114
表示最大放电功率；
（8）储能电量的时序约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE116
Figure DEST_PATH_IMAGE118
Figure DEST_PATH_IMAGE120
Figure DEST_PATH_IMAGE122
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE124
表示第i个节点处的储能系统在第t时刻存储的电量，
Figure DEST_PATH_IMAGE126
表示能量耗散系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE128
表示充电效率，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
表示放电效率，EA i min 表示储能容量的最小能量限制，EA i max 表示储能容量的最大能量限制，
Figure DEST_PATH_IMAGE132
表示放电深度；
（9）储能系统日清约束
Figure DEST_PATH_IMAGE134
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE136
表示一天中的时段数，EA i,nT-1表示第i个节点处的储能系统实时电量，Pc i,nT-1表示第i个节点处系统的充电功率，Pd i,nT-1表示第i个节点处系统的放电功率；
（10）潮流约束
直流潮流约束的有功方程表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE138
Figure DEST_PATH_IMAGE140
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
为t时刻以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE144
为t时刻节点i的有功注入功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE146
为以节点i为起点，节点j为终点的支路电抗，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
为t时刻节点i和节点j之间的相角差；
支路功率满足容量约束以及基于分布因子的N-1线路安全约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE150
Figure DEST_PATH_IMAGE152
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
为以节点i为起点，节点j为终点的支路有功功率允许的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
表示以节点i为起点，节点j为终点的线路和以节点k为起点，节点m为终点的线路的分布因子，P k.m 表示以节点k和节点m为端点的线路有功功率；
节点注入功率的计算公式如下所示
Figure DEST_PATH_IMAGE158
节点电压幅值约束：
Figure DEST_PATH_IMAGE160
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE162
和
Figure DEST_PATH_IMAGE164
分别表示节点i允许的电压幅值上下限。
4.根据权利要求3所述的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，其特征在于，基于所述火电机组发电成本和所述弃风弃光惩罚成本构建风光火储系统日运行调度目标函数，所述风光火储系统日运行调度目标函数的计算公式如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE166
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE168
表示火电机组发电成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE170
、
Figure DEST_PATH_IMAGE172
、
Figure DEST_PATH_IMAGE174
分别表示功率的二次项、一次项和常数项系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE176
表示弃风弃光惩罚成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE178
表示惩罚系数。
5.根据权利要求3所述的一种考虑储能优化配置的风光火储系统联合运行方法，其特征在于，还包括：
将所述电力平衡约束、所述旋转备用约束、所述火电机组出力上下限约束、所述火电机组爬坡约束、所述火电机组最小启停时间约束、所述新能源机组出力约束和弃风弃光率约束作为所述风光火储系统日运行调度目标函数的约束条件。
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