CN115423203A - 梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置 - Google Patents

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CN115423203A CN202211139818.2A CN202211139818A CN115423203A CN 115423203 A CN115423203 A CN 115423203A CN 202211139818 A CN202211139818 A CN 202211139818A CN 115423203 A CN115423203 A CN 115423203A
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李姚旺
张宁
周杨林
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李艳红
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Tsinghua University
China Huadian Engineering Group Co Ltd
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China Huadian Engineering Group Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置，其中，方法包括：建立退役动力电池的运行技术特性模型；建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型；建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集；求解计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案；基于调度运行方案计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。由此，解决了相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，导致退役动力电池回收利用率低，并且造成退役动力电池能量价值浪费，降低用户对退役动力电池的使用意愿等问题。

Description

梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置
技术领域
本申请涉及电力系统效益评估技术领域，特别涉及一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置。
背景技术
相关技术中，由于退役动力电池保有可观的剩余容量，价格相对低廉，并且能够经过聚合调控为电力系统提供储能服务，因此，梯次利用退役动力电池可以为丰富电力系统储能资源、降低储能装置应用成本提供新的解决方案。
然而，相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费，亟待解决。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题和认识作出的：
在全球去碳化进程的推动下，电动汽车技术飞速发展并逐渐普及，未来将有大量车载动力电池从电动汽车上退役，退役动力电池保有可观的剩余容量，价格相对低廉，能够经过聚合调控为电力系统提供储能服务，其中，梯次利用退役动力电池有望为丰富电力系统储能资源、降低储能装置应用成本提供新的解决方案。
然而，退役动力电池的平均寿命较新电池更短，在调节指令响应速率、充放电能量损耗等技术特性方面的一致性相对新电池也较差，上述因素一定程度上限制了电力系统用户对退役动力电池的使用热情，此外，退役动力电池的报废处理也将导致可观的环境与经济成本。
在传统的动力电池应用模式下，难以实现电池资源的高效利用，造成电池储能资源技术、经济价值的浪费，实际上，退役动力电池通常仍保留其原始容量的70～80％，具备可观的能量价值，但是，随着电池能量管理技术的发展进步，可以通过集群化、模块化灵活调控退役动力电池储能装置，进而有效服务电力系统多类型应用场景已成为可能。
因此，亟需面向现实电力系统典型运行需求与场景，深入分析梯次利用动力电池所能创造的技术、经济效益，为明确梯次利用动力电池的投资回收路径提供依据。
本申请提供一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置，以解决相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费等问题。
本申请第一方面实施例提供一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法，包括以下步骤：基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型；基于所述运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立所述计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型；根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集；求解所述电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案；基于所述调度运行方案计算评价指标参数，并基于所述评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述优化运行目标函数为：
Figure BDA0003853097000000021
其中，Csys表示系统运行总成本，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、新能源，Cw表示切除新能源成本，
Figure BDA0003853097000000022
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000023
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示机组启停费用，θ、η、γ表示加权系数，通常情况下取为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述多类型调控资源的运行约束条件包括：
火电机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000031
其中，Pc min，Pc max，Pf min，Pf max分别表示机组最小出力与最大出力，Ic表示日内不可启停机组状态变量，
Figure BDA0003853097000000032
表示日内可启停机组t时段状态变量，
Figure BDA0003853097000000033
分别表示机组下爬坡、上爬坡速率。
新能源机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000034
其中，
Figure BDA0003853097000000035
表示t时段新能源出力，
Figure BDA0003853097000000036
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000037
表示t时段新能源预测出力值。
水电出力约束：
Figure BDA0003853097000000038
其中，Phmin,Phmax表示水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束，Qhydro表示水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行约束条件包括：
系统发电与负荷平衡约束：
Figure BDA0003853097000000039
其中，[1]T表示元素均为1的列向量，
Figure BDA00038530970000000310
表示t时刻系统切负荷量，Dt表示t时刻系统负荷量。
系统备用约束：
Figure BDA0003853097000000041
其中，ru表示系统在时段t要求的正备用率，
Figure BDA0003853097000000042
为系统在时段t要求的负备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行经济性评估指标为：
Figure BDA0003853097000000043
其中，Csys表示系统运行成本，T表示优化周期内时段总数，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电，
Figure BDA0003853097000000044
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示对应机组的启停费用，η、γ表示加权系数，通常情况下为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行可靠性评估指标包括期望缺供电量、期望停电持续时间和系统电力备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行环保性效益评估指标包括CO2排放指标、SO2排放指标和及系统煤耗指标。
本申请第二方面实施例提供一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置，包括：第一建立模块，用于基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型；第二建立模块，用于基于所述运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立所述计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型；第三建立模块，用于根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集；获取模块，用于求解所述电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案；评估模块，用于基于所述调度运行方案计算评价指标参数，并基于所述评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述优化运行目标函数为：
Figure BDA0003853097000000045
其中，Csys表示系统运行总成本，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、新能源，Cw表示切除新能源成本，
Figure BDA0003853097000000051
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000052
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示机组启停费用，θ、η、γ表示加权系数，通常情况下取为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述多类型调控资源的运行约束条件包括：
火电机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000053
其中，Pc min，Pc max，Pf min，Pf max分别表示机组最小出力与最大出力，Ic表示日内不可启停机组状态变量，
Figure BDA0003853097000000054
表示日内可启停机组t时段状态变量，
Figure BDA0003853097000000055
分别表示机组下爬坡、上爬坡速率。
新能源机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000056
其中，
Figure BDA0003853097000000057
表示t时段新能源出力，
Figure BDA0003853097000000058
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000059
表示t时段新能源预测出力值。
水电出力约束：
Figure BDA00038530970000000510
其中，Phmin,Phmax表示水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束，Qhydro表示水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行约束条件包括：
系统发电与负荷平衡约束：
Figure BDA0003853097000000061
其中，[1]T表示元素均为1的列向量，
Figure BDA0003853097000000062
表示t时刻系统切负荷量，Dt表示t时刻系统负荷量。
系统备用约束：
Figure BDA0003853097000000063
其中，ru表示系统在时段t要求的正备用率，
Figure BDA0003853097000000064
为系统在时段t要求的负备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行经济性评估指标为：
Figure BDA0003853097000000065
其中，Csys表示系统运行成本，T表示优化周期内时段总数，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电，
Figure BDA0003853097000000066
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示对应机组的启停费用，η、γ表示加权系数，通常情况下为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行可靠性评估指标包括期望缺供电量、期望停电持续时间和系统电力备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统运行环保性效益评估指标包括CO2排放指标、SO2排放指标和及系统煤耗指标。
本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序，以实现如上述实施例所述的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
本申请第四方面实施例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计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
本申请实施例可以建立退役动力电池的运行技术特性模型，且建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，并建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集，从而求解电力系统运行模拟模型，并获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案，进而计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果，从而提高退役动力电池回收利用率低，降低退役动力电池能量价值浪费，提升用户对退役动力电池的使用意愿。由此，解决了相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费等问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法的流程图；
图2为本申请一个具体实施例的系统EENS(Expected Energy Not Supplied，期望缺供电量)灵敏度分析结果示意图；
图3为本申请一个具体实施例的系统LOLE(Loss of Load Expectation，期望停电持续时间)灵敏度分析结果示意图；
图4为本申请一个具体实施例的系统电力备用率灵敏度分析结果示意图；
图5为本申请一个具体实施例的系统CO2排放灵敏度分析结果示意图；
图6为本申请一个具体实施例的系统SO2排放灵敏度分析结果示意图；
图7为本申请一个具体实施例的系统煤耗灵敏度分析结果示意图；
图8为本申请一个具体实施例的典型区域电力系统的拓扑示意图；
图9为本申请一个具体实施例的算例系统2020年典型周运行模拟结果即调度运行方案示意图；
图10为本申请一个具体实施例的系统综合成本灵敏度分析结果示意图；
图11为根据本申请实施例的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置的结构示意图；
图12为根据本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费的问题，本申请提供了一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法，在该方法中，可以建立退役动力电池的运行技术特性模型，且建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，并建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集，从而求解电力系统运行模拟模型，并获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案，进而计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果，从而提高退役动力电池回收利用率低，降低退役动力电池能量价值浪费，提升用户对退役动力电池的使用意愿。由此，解决了相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费等问题。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法的流程示意图。
如图1所示，该梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法包括以下步骤：
在步骤S101中，基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型。
可以理解的是，本申请实施例可以基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型，确保可以通过下述步骤中梯次利用退役动力电池丰富电力系统储能资源，降低储能装置应用成本。
其中，建立退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束，即：
Figure BDA0003853097000000091
其中，
Figure BDA0003853097000000092
和
Figure BDA0003853097000000093
分别表示t时刻第b台退役动力电池储能的充放电功率，Pb,pmax表示第b台退役动力电池储能的额定容量，Eb,t表示t时刻第b台退役动力电池储能的剩余电量，ηb表示第b台退役动力电池储能的充放电效率，Hb表示第b台退役动力电池储能的电能容量小时数，T表示运行模拟计算时段数，
Figure BDA0003853097000000094
表示运行模拟初始时段第b台退役动力电池储能的剩余容量系数。
在步骤S102中，基于运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型。
可以理解的是，本申请实施例可以基于上述步骤中的运行技术特性模型，根据下述步骤中的计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件，建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，从而本申请实施例可以综合考虑系统发电经济性、切负荷成本以及切除可再生能源的调度决策，进而可以有效服务电力系统多类型应用场景。
其中，在本申请的一个实施例中，优化运行目标函数为：
Figure BDA0003853097000000095
其中，Csys表示系统运行总成本，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、新能源，Cw表示切除新能源成本，
Figure BDA0003853097000000096
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000097
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示机组启停费用，θ、η、γ表示加权系数，通常情况下取为1。
由上式可知，目标函数为综合考虑系统发电经济性、切负荷成本以及切除可再生能源的调度决策。
其中，在本申请的一个实施例中，多类型调控资源的运行约束条件包括：
火电机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000101
其中，Pc min，Pc max，Pf min，Pf max分别表示机组最小出力与最大出力，Ic表示日内不可启停机组状态变量，
Figure BDA0003853097000000102
表示日内可启停机组t时段状态变量，
Figure BDA0003853097000000103
分别表示机组下爬坡、上爬坡速率。
新能源机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000104
其中，
Figure BDA0003853097000000105
表示t时段新能源出力，
Figure BDA0003853097000000106
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000107
表示t时段新能源预测出力值。
水电出力约束：
Figure BDA0003853097000000108
其中，Phmin,Phmax表示水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束，Qhydro表示水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束。
另外，若优化结果等式不成立，则说明水电出现弃水，弃水折算为电量为
Figure BDA0003853097000000109
其中，在本申请的一个实施例中，系统运行约束条件包括：
系统发电与负荷平衡约束：
Figure BDA00038530970000001010
其中，[1]T表示元素均为1的列向量，
Figure BDA00038530970000001011
表示t时刻系统切负荷量，Dt表示t时刻系统负荷量。
系统备用约束：
Figure BDA0003853097000000111
其中，ru表示系统在时段t要求的正备用率，
Figure BDA0003853097000000112
表示系统在时段t要求的负备用率。
需要注意的是，在上式中，可再生能源对系统备用的贡献应按其预测出力
Figure BDA0003853097000000113
计算，即使被切除，其被切除部分也计入备用容量，另外，
Figure BDA0003853097000000114
表示系统在时段t要求的负备用率，此时，可再生能源出力在此不计入，即等效的认为可再生能源最小出力为0，即可以随时被切除。
在步骤S103中，根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集。
可以理解的是，本申请实施例可以根据下述步骤中的系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集，从而可以灵活调控退役动力电池储能装置，进而有效服务电力系统多类型应用场景。
其中，系统运行经济性评估指标表达式为：
Figure BDA0003853097000000115
其中，Csys表示系统运行成本，T表示优化周期内时段总数，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电，
Figure BDA0003853097000000116
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示对应机组的启停费用，η、γ表示加权系数，通常情况下为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行可靠性评估指标包括期望缺供电量、期望停电持续时间和系统电力备用率。
在实际执行过程中，结合图2、图3和图4所示，分别为梯次利用电池储能系统对算例系统EENS、LOLE削减效益以及电力备用率提升效益的灵敏度分析，可见，随着梯次利用电池储能系统配置容量的提升，算例系统的EENS和LOLE逐步下降，电力备用率线性增长，梯次利用电池储能装置为系统提供了灵活的功率调节能力，能够有效应对由于新能源、负荷不确定性以及系统发电与负荷不匹配等导致的功率不平衡问题，从而提升系统运行可靠性。
其中，期望缺供电量EENS的表达式如下：
Figure BDA0003853097000000121
其中，[1]TDds表示第s次采样对应的各节点切负荷的总量，[1]表示元素全为1的列向量。
其中，期望停电持续时间LOLE的表达式如下
Figure BDA0003853097000000122
其中，n表示系统负荷总数，pk表示第k个负荷发生停电的概率，tk表示第k个负荷停电的持续时间。
其中，系统电力备用率的表达式如下：
Figure BDA0003853097000000123
其中，RL表示全系统电力备用率，RL,k表示第k台机组可提供的备用容量，Lmax表示系统负荷峰值。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行环保性效益评估指标包括CO2排放指标、SO2排放指标和及系统煤耗指标。
作为一种可能实现的方式，结合图5、图6和图7所示，分别为梯次利用电池储能系统对算例系统CO2排放、SO2排放以及煤耗削减效益的灵敏度分析，可见，随着梯次利用电池储能系统配置容量的提升，算例系统的CO2排放量、SO2排放量以及煤耗逐步下降，并呈现一定的饱和效应，梯次利用动力电池促进风光消纳、减少常规机组发电，对优化系统运行环保性能同样具备突出效益。
其中，CO2排放指标表达式如下：
Figure BDA0003853097000000124
其中，
Figure BDA0003853097000000125
表示系统年度总碳排量，EG,i表示常规机组i的全年发电量，
Figure BDA0003853097000000126
表示常规机组i的碳排放折算系数。
SO2排放指标表达式如下：
Figure BDA0003853097000000127
其中，
Figure BDA0003853097000000128
表示系统年度总碳排量；
Figure BDA0003853097000000129
为常规机组i的SO2排放折算系数。
煤耗指标表达式如下：
Figure BDA0003853097000000131
其中，Fcoal为系统年度总煤耗量；γcoal,i为常规机组i的煤耗排放折算系数。
在步骤S104中，求解电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案。
可以理解的是，本申请实施例可以求解计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，并获取计及梯次利用动力电池的电力系统调度方案，由于本申请实施例所建立的计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型为一混合整数线性规划模型，因此，可以采用市面上成熟的商业软件，例如，IBM、ILOG和CPLEX等。
在步骤S105中，基于调度运行方案计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
可以理解的是，本申请实施例可以基于所获取的调度运行方案计算评价指标参数，开展梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估分析，从而可以提高退役动力电池回收利用率低，降低退役动力电池能量价值浪费，提升用户对退役动力电池的使用意愿。
下面将以一个具体实施例对本申请实施例的工作内容进行详细阐述。
举例而言，本申请实施例可以以我国蒙西电网2020年的运行参数设置实施例，验证所提方法的有效性。
在本申请实施例中，可以采用内蒙古实际梯次利用动力电池储能系统参数：单个梯次利用动力电池储能系统的总额定功率/额定能量容量为10MW/34MWh，储能集装箱额定功率/额定能量容量500kW/1.38MWh，运行效率为85％，允许运行工况为0～100％放电深度。
其中，退役动力电池配置成本为1239.6万元，梯次利用动力电池系统集装箱(含箱体、PCS、通信自动化、消防、温控空调、视频监控)成本1152.48万元，数字能量交换系统成本988.624万元，EMS系统成本200万元，场建施工成本100万，依据内蒙古科技厅考核准则，电池规划寿命取为3年，其余辅助装置规划寿命为15年，以8％的贴现率，基于等年值法进行成本折算，则本申请实时例系统中梯次利用动力电池储能系统的等年值投资及运维成本为681.86万元。
基于本申请所提出运行模拟方法，结合上述单台梯次利用动力电池储能系统的技术经济参数，进行梯次利用动力电池的电力系统运行模拟计算，并针对梯次利用动力电池对算例系统综合效益的提升效果进行灵敏度分析。
本申请实施例可以采用的算例系统参数如下，如图8所示，为本申请实施例中所采用的算例系统拓扑结构示意图，算例系统被划分为阿巴乌、呼包鄂薛、乌锡3个主要区域，另有京津冀地区(下述称京津冀)及内蒙中东部电网(下述称中东部)2个外送区域，本实施例所采用系统各节点的负荷及装机情况可以如表1所示，即：
表1
Figure BDA0003853097000000141
另外，考虑为算例系统各节点配备15％于该节点风光装机容量的储能容量，基于本申请提出的梯次利用动力电池储能提升电力系统综合效益的运行模拟方法，开展系统运行模拟。
如图9所示，为计算得到的系统2020典型周的调度运行方案，可见退役动力电池储能装置通过低储高放实现新能源电量的转移，降低系统运行成本。
基于上述单个梯次利用电池储能系统的相关参数，进一步考虑为算例系统配备梯次利用动力电池储能系统，其容量分别为5％、10％、15％、20％、25％于该节点风光装机容量的储能容量，并对梯次利用储能对算例系统综合效益的提升效果进行灵敏度分析，从而实现对梯次利用动力电池储能提升电力系统综合效益的量化评估分析。
如图10所示，为梯次利用电池储能系统对算例系统综合运行成本削减效益提升的灵敏度分析，由此可知，随着梯次利用电池储能系统配置容量的提升，算例系统的弃风及弃光电量逐步下降，并呈现一定的饱和效应。
具体而言，梯次利用电池的应用对系统运行经济性的提升主要通过以下手段实现：削减系统弃风、弃光，提升系统可再生能源发电比例，从而降低系统发电成本，可以有效提升系统运行灵活性，并为系统提供备用，避免常规机组的频繁启停，避免常规机组为提供备用保持长时间、低效益开机，减少系统切负荷，从而降低系统机组启停费用及切负荷成本。
根据本申请实施例提出的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法，可以建立退役动力电池的运行技术特性模型，且建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，并建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集，从而求解电力系统运行模拟模型，并获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案，进而计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果，从而提高退役动力电池回收利用率低，降低退役动力电池能量价值浪费，提升用户对退役动力电池的使用意愿。由此，解决了相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费等问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置。
图11是本申请实施例的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置的方框示意图。
如图11所示，该梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置10包括：第一建立模块100、第二建立模块200、第三建立模块300、获取模块400和评估模块500。
具体地，第一建立模块100，用于基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型。
第二建立模块200，用于基于运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型。
第三建立模块300，用于根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集。
获取模块400，用于求解电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案。
评估模块500，用于基于调度运行方案计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，优化运行目标函数为：
Figure BDA0003853097000000161
其中，Csys表示系统运行总成本，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、新能源，Cw表示切除新能源成本，
Figure BDA0003853097000000162
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA0003853097000000163
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示机组启停费用，θ、η、γ表示加权系数，通常情况下取为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，多类型调控资源的运行约束条件包括：
火电机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000164
其中，Pc min，Pc max，Pf min，Pf max分别表示机组最小出力与最大出力，Ic表示日内不可启停机组状态变量，
Figure BDA0003853097000000165
表示日内可启停机组t时段状态变量，
Figure BDA0003853097000000166
分别表示机组下爬坡、上爬坡速率。
新能源机组运行约束：
Figure BDA0003853097000000167
其中，
Figure BDA0003853097000000168
表示t时段新能源出力，
Figure BDA0003853097000000169
表示t时段切新能源功率，
Figure BDA00038530970000001610
表示t时段新能源预测出力值。
水电出力约束：
Figure BDA0003853097000000171
其中，Phmin,Phmax表示水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束，Qhydro表示水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行约束条件包括：
系统发电与负荷平衡约束：
Figure BDA0003853097000000172
其中，[1]T表示元素均为1的列向量，
Figure BDA0003853097000000173
表示t时刻系统切负荷量，Dt表示t时刻系统负荷量。
系统备用约束：
Figure BDA0003853097000000174
其中，ru表示系统在时段t要求的正备用率，
Figure BDA0003853097000000175
为系统在时段t要求的负备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行经济性评估指标为：
Figure BDA0003853097000000176
其中，Csys表示系统运行成本，T表示优化周期内时段总数，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电，
Figure BDA0003853097000000177
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示对应机组的启停费用，η、γ表示加权系数，通常情况下为1。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行可靠性评估指标包括期望缺供电量、期望停电持续时间和系统电力备用率。
可选地，在本申请的一个实施例中，系统运行环保性效益评估指标包括CO2排放指标、SO2排放指标和及系统煤耗指标。
需要说明的是，前述对梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法实施例的解释说明也适用于该实施例的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置，可以建立退役动力电池的运行技术特性模型，且建立计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型，并建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集，从而求解电力系统运行模拟模型，并获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案，进而计算评价指标参数，并基于评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果，从而提高退役动力电池回收利用率低，降低退役动力电池能量价值浪费，提升用户对退役动力电池的使用意愿。由此，解决了相关技术中由于退役动力电池容量及技术性能受损，致使退役动力电池回收利用率低，并且未能明确分析退役动力电池为电力系统提供储能服务的经济性、可靠性、环保性价值，无法有效评估梯次利用退役动力电池作为电力系统储能资源的综合效益，从而造成用户对退役动力电池的使用意愿低下，进而导致退役动力电池能量价值浪费等问题。
图12为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器1201、处理器1202及存储在存储器1201上并可在处理器1202上运行的计算机程序。
处理器1202执行程序时实现上述实施例中提供的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口1203，用于存储器1201和处理器1202之间的通信。
存储器1201，用于存放可在处理器1202上运行的计算机程序。
存储器1201可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器1201、处理器1202和通信接口1203独立实现，则通信接口1203、存储器1201和处理器1202可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图12中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地，在具体实现上，如果存储器1201、处理器1202及通信接口1203，集成在一块芯片上实现，则存储器1201、处理器1202及通信接口1203可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器1202可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型；
基于所述运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立所述计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型；
根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集；
求解所述电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案；以及
基于所述调度运行方案计算评价指标参数，并基于所述评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化运行目标函数为：
Figure FDA0003853096990000011
其中，Csys表示系统运行总成本，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、新能源，Cw表示切除新能源成本，
Figure FDA0003853096990000012
表示t时段切新能源功率，
Figure FDA0003853096990000013
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示机组启停费用，θ、η、γ表示加权系数，通常情况下取为1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多类型调控资源的运行约束条件包括：
火电机组运行约束：
Figure FDA0003853096990000021
其中，Pc min，Pc max，Pf min，Pf max分别表示机组最小出力与最大出力，Ic表示日内不可启停机组状态变量，
Figure FDA0003853096990000022
表示日内可启停机组t时段状态变量，
Figure FDA0003853096990000023
分别表示机组下爬坡、上爬坡速率。
新能源机组运行约束：
Figure FDA0003853096990000024
其中，
Figure FDA0003853096990000025
表示t时段新能源出力，
Figure FDA0003853096990000026
表示t时段切新能源功率，
Figure FDA0003853096990000027
表示t时段新能源预测出力值。
水电出力约束：
Figure FDA0003853096990000028
其中，Phmin,Phmax表示水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下限约束，Qhydro表示水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统运行约束条件包括：
系统发电与负荷平衡约束：
Figure FDA0003853096990000029
其中，[1]T表示元素均为1的列向量，
Figure FDA00038530969900000210
表示t时刻系统切负荷量，Dt表示t时刻系统负荷量。
系统备用约束：
Figure FDA0003853096990000031
其中，ru表示系统在时段t要求的正备用率，
Figure FDA0003853096990000032
为系统在时段t要求的负备用率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统运行经济性评估指标为：
Figure FDA0003853096990000033
其中，Csys表示系统运行成本，T表示优化周期内时段总数，C(Pt)表示各类型机组t时段输出功率为Pt时的运行成本，下标c、f、h分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电，
Figure FDA0003853096990000034
表示t时段切负荷功率，Vd表示各节点切负荷损失，Cf、Cc表示对应机组的启停费用，η、γ表示加权系数，通常情况下为1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统运行可靠性评估指标包括期望缺供电量、期望停电持续时间和系统电力备用率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统运行环保性效益评估指标包括CO2排放指标、SO2排放指标和及系统煤耗指标。
8.一种梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估装置，其特征在于，包括：
第一建立模块，用于基于退役动力电池储能装置的充放电功率限值约束、充放电状态约束、剩余电量约束建立退役动力电池的运行技术特性模型；
第二建立模块，用于基于所述运行技术特性模型，根据计及梯次利用动力电池电力系统的优化运行目标函数、多类型调控资源的运行约束条件、系统运行约束条件建立所述计及梯次利用动力电池的电力系统运行模拟模型；
第三建立模块，用于根据系统运行经济性评估指标、系统运行可靠性评估指标、系统运行环保性效益评估指标建立梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评价指标集；
获取模块，用于求解所述电力系统运行模拟模型，获取计及梯次利用动力电池电力系统的调度运行方案；以及
评估模块，用于基于所述调度运行方案计算评价指标参数，并基于所述评价指标集得到梯次利用动力电池储能对电力系统运行性能提升效益的评估结果。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序，以实现如权利要求1-7任一项所述的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-7任一项所述的梯次利用动力电池提升电力系统效益的评估方法。
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