CN115622104A - 一种有源配电网移动储能规划配置方法 - Google Patents

一种有源配电网移动储能规划配置方法 Download PDF

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CN115622104A CN202211317615.8A CN202211317615A CN115622104A CN 115622104 A CN115622104 A CN 115622104A CN 202211317615 A CN202211317615 A CN 202211317615A CN 115622104 A CN115622104 A CN 115622104A
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杨帆
熊虎
向彬
江晓光
李家源
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Abstract

本发明提供一种有源配电网移动储能规划配置方法，包括：建立移动储能的充放电模型和移动储能位移模型；以移动储能年收益最大为目标函数，以移动储能年收益最大为目标函数，以分布式电源出力约束、移动储能接入功率约束、配电网潮流约束、安全约束，以及所建立的移动储能充放电模型和移动储能位移模型为约束条件，建立有源配电网移动储能规划模型；将所述有源配电网移动储能规划模型转化为混合整数二阶锥模型；求解所述混合整数二阶锥模型，得到移动储能的最优配置方案。本发明可改善配电网接入分布式电源后出现的功率波动和弃风弃光问题，并且在保证配电网安全运行的前提下，使移动储能的投资得到最大的收益，提高配电网运行的经济性。

Description

一种有源配电网移动储能规划配置方法
技术领域
本发明涉及电力系统优化配置领域，具体是一种有源配电网移动 储能规划配置方法。
背景技术
随着分布式发电技术的进步，各类分布式资源比如分布式光伏、 风电等也在不断接入电网，这给配电网的运行带来了更加复杂的挑战。 分布式资源由于其自然特性呈现出较严重的出力不确定性，可能导致 配电网出现功率波动、电压越限等风险，影响电网的安全稳定运行。 储能装置能够在时间上转移能量，可解决分布式新能源出力间歇性问 题，但目前我国储能系统大多为固定储能，只能覆盖到接入点附近的 区域，而限于成本问题又无法多处设置固定储能电站，因此固定储能 存在很大的局限性。
移动储能作为新兴的配电网调节手段，可以对功率和能量进行时 间和空间上的调节，能够改善固定储能辐射范围有限的不足，并且在 提高分布式电源的利用率的同时还能改善配网潮流分布，减小网络损 耗以及功率越限的风险，具有很好的发展潜力和应用前景。然而，虽 然储能技术发展迅速，但移动储能的造价成本依然较高，在含可再生 能源的主动配电网中，移动储能配置不合理，不仅影响主动配电网的 运行策略，影响可再生能源的消纳效果，还会付出昂贵的成本。因此， 提出一种有源配电网移动储能规划配置方法，有利于发挥移动储能的 经济效益，消纳可再生能源，提高配电网的安全经济稳定运行水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源配电网移动储能规划配置方法， 对主动配电网中接入的移动储能进行优化配置，通过在配电网中合理 地配置移动储能，改善配电网接入分布式电源后出现的功率波动和弃 风弃光问题，并且在保证配电网安全运行的前提下，使移动储能的投 资得到最大的收益，提高配电网运行的经济性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种有源配电网移动储能规划配置方法，包括如下步骤：
根据移动储能的能量特性，建立移动储能的充放电模型；
根据移动储能的空间位移特性，建立移动储能位移模型；
以移动储能年收益最大为目标函数，以分布式电源出力约束、移 动储能接入功率约束、配电网潮流约束、安全约束，以及上文所建立 的移动储能充放电模型和移动储能位移模型为约束条件，建立有源配 电网移动储能规划模型；
基于二阶锥转化和大M法将所述有源配电网移动储能规划模型 转化为混合整数二阶锥模型；
采用YALMIP工具箱调用求解器GUROBI求解所述混合整数二 阶锥模型，得到移动储能的最优配置方案。
进一步的，建立移动储能的充放电模型，具体包括：
依照移动储能充放电规律，描述储能荷电状态与充放电功率、效 率之间的函数关系式如下：
Figure RE-GDA0003997577330000031
式中：m表示移动储能序号，t代表时段，
Figure BDA0003909149890000022
表示t时段的储能 容量，
Figure BDA0003909149890000023
表示t时段储能的充、放电功率，μc、μd表示移动储 能充、放电效率；
设置移动储能充放电标识，约束单个移动储能不能同时充放电， 描述为以下公式：
Figure BDA0003909149890000031
式中：
Figure BDA0003909149890000032
表示移动储能充、放电标识，当其值为1时，表 示正在充、放电，当其值为0时，表示未在充、放电；
添加移动储能一天开始和结束时电量相同约束，描述为下式：
Figure BDA0003909149890000033
进一步的，建立移动储能位移模型具体包括：
建立三维移动储能节点接入矩阵，以01变量表示在某一时刻， 某个移动储能是否接入某个候选节点，当矩阵元素值为1时，表示接 入，为0时，表示不接入；
建立储能接入约束，限制单个移动储能在同一时段只能接入一个 候选节点。
进一步的，其中建立三维移动储能节点接入矩阵，如下式所示：
X＝[xm，j，t]s×n×T
式中：xm,j,t为1时代表t时刻储能m接入配网节点j，j代表候选 接入节点；
建立储能接入约束，如以下公式所示：
Figure BDA0003909149890000034
式中：Ωj为候选接入节点集合。
进一步的，所述移动储能年收益包括移动储能的年投资成本均值 和年运行成本、弃风弃光成本、网损成本和储能峰谷套利收益，所述 移动储能的年投资成本均值包括蓄电池容量成本和电力变换器功率 成本。
进一步的，所述年投资成本均值和年运行成本、弃风弃光成本、 网损成本和储能峰谷套利收益，如下式所示：
Figure BDA0003909149890000041
式中：f1为表示移动储能年成本均值，包含投资成本和运行成本； Ce、Cp分别是蓄电池单位容量成本、电力变换器单位功率成本；Cm是蓄电池单位充放电功率的年运行成本，r为年利率，Y为移动储能 投资年限；f2为弃风弃光成本，
Figure BDA0003909149890000042
为分布式电源预测出力功率，
Figure BDA0003909149890000043
为分布式电源实际出力功率，cg为分布式电源发电成本，ΩDG为分布 式电源接入节点，f3为网损成本，ΩL为配电网支路集合，ct为t时段 的电价，f4为储能峰谷套利收益。
进一步的，a.分布式电源出力约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000044
b.移动储能接入功率约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000045
式中：
Figure BDA0003909149890000046
为节点j在时段t接入的储能功率。
c.配电网潮流约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000051
式中：Pij,t、Qij,t、Iij,t、rij、xij分别为支路ij的有功功率、无功功 率、电流、电阻、电抗，Ui,t为节点电压，
Figure BDA0003909149890000052
分别为节点j的注 入有功和无功功率，φj、ψj分别表示节点j的父、子节点集合，
Figure BDA0003909149890000053
为 接入节点j分布式电源的无功出力，
Figure BDA0003909149890000054
分别为节点j的有功负 荷和无功负荷；
d.安全约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000055
式中：
Figure BDA0003909149890000056
分别为节点电压上下限，
Figure BDA0003909149890000057
为支路电流上 限。
进一步的，基于二阶锥转化和大M法将所述有源配电网移动储 能规划模型转化为混合整数二阶锥模型具体包括：
所建立的有源配电网移动储能规划模型中的配电网潮流约束是 非线性项，定义如下变量：
Figure BDA0003909149890000058
采用二阶锥转化将配电网潮流约束转化为可以求解的二阶锥模 型，如下式所示：
Figure BDA0003909149890000061
所建立的有源配电网移动储能规划模型中的移动储能接入功率 约束是双线性项，考虑引入辅助变量并采用大M法将其转化为线性 约束形式，如下式所示：
Figure BDA0003909149890000062
式中：M为一较大正整数。
本发明所建立的有源配电网移动储能规划模型的目标函数中考 虑了弃风弃光成本，因此在新能源如风电光伏出力较多超过了负荷需 求时，会优先考虑将移动储能接入到风光发电节点，将多余的出力存 储起来以减小弃风弃光；在电网负荷较重时，线路上流过的功率较大 导致系统网损较大，由于建立有源配电网移动储能规划模型的目标函 数中考虑了网损成本，因此在电网负荷较重时，会优先考虑将移动储 能接入到电网末端的负荷节点对负荷进行供电，以减小线路传输产生 的网络损耗；由于所建立有源配电网移动储能规划模型的目标函数中 考虑了储能峰谷套利收益，因此在电网功率能够和新能源出力平衡时， 移动储能选择在电价低的时段充电，在电价高的时段放电，以获得峰 谷套利收益。本发明利用了移动储能对能量的时空调控能力，可显著 提高配电网运行的经济性和新能源消纳水平。
附图说明
图1是本发明有源配电网移动储能规划配置方法的流程示意图。
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的一部分实施例，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。
如图1所示，本发明实施提供一种有源配电网移动储能规划配置 方法，包括如下步骤：
步骤(1)：根据移动储能的能量特性，建立移动储能的充放电模 型；步骤(1)建立移动储能充放电模型，具体内容为：
a.依照移动储能充放电规律，描述储能荷电状态与充放电功率、 效率之间的函数关系式如下：
Figure RE-GDA0003997577330000081
式中：m表示移动储能序号，t代表时段，
Figure BDA0003909149890000072
表示t时段的储能 容量，
Figure BDA0003909149890000073
表示t时段储能的充、放电功率，μc、μd表示移动储 能充、放电效率；
b.设置移动储能充放电标识，约束移动储能不能同时充放电，可 描述为以下公式：
Figure BDA0003909149890000074
式中：
Figure BDA0003909149890000075
表示移动储能充、放电标识，当其值为1时，表 示正在充、放电，当其值为0时，表示未在充、放电；
c.添加移动储能一天开始和结束时电量相同约束，可描述为下式：
Figure BDA0003909149890000081
步骤(2)：根据移动储能的空间位移特性，建立移动储能位移模 型；步骤(2)中建立移动储能位移模型的具体内容为：
a.建立三维移动储能节点接入矩阵，如下式所示：
X＝[xm，j，t]s×n×T
式中：xm,j,t为1时代表t时刻储能m接入配网节点j，j代表候选 接入节点；
b.建立储能接入约束，限制单个移动储能在同一时段只能接入 一个候选节点，如以下公式所示：
Figure BDA0003909149890000082
式中：Ωj为候选接入节点集合。
步骤(3)：以移动储能年收益最大为目标函数，以分布式电源出 力约束、移动储能接入功率约束、配电网潮流约束、安全约束，以及 步骤(1)建立的移动储能充放电模型和步骤(2)建立的移动储能位 移模型为约束条件，建立有源配电网移动储能规划模型。
步骤(3)中所述移动储能年收益包括移动储能的年投资成本均 值和年运行成本、弃风弃光成本、网损成本和储能峰谷套利收益，如 下式所示：
Figure BDA0003909149890000091
式中：f1为表示移动储能年成本均值，包含投资成本和运行成本； Ce、Cp分别是蓄电池单位容量成本、电力变换器单位功率成本；Cm是蓄电池单位充放电功率的年运行成本，r为年利率，Y为移动储能 投资年限；f2为弃风弃光成本，
Figure BDA0003909149890000092
为分布式电源预测出力功率，
Figure BDA0003909149890000093
为分布式电源实际出力功率，cg为分布式电源发电成本，ΩDG为分布 式电源接入节点；f3为网损成本，ΩL为配电网支路集合，ct为t时段 的电价；f4为储能峰谷套利收益。
步骤(3)所述的分布式电源出力约束、移动储能接入功率约束、 配电网潮流约束和安全约束为约束条件的具体内容为：
a.分布式电源出力约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000094
b.移动储能接入功率约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000095
式中：
Figure BDA0003909149890000096
为节点j在时段t接入的储能功率。
c.配电网潮流约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000101
式中：Pij,t、Qij,t、Iij,t、rij、xij分别为支路ij的有功功率、无功功 率、电流、电阻、电抗。Ui,t为节点电压，
Figure BDA0003909149890000102
分别为节点j的注 入有功和无功功率。φj、ψj分别表示节点j的父、子节点集合。
Figure BDA0003909149890000103
为 接入节点j分布式电源的无功出力，
Figure BDA0003909149890000104
分别为节点j的有功负 荷和无功负荷。
d.安全约束如下式所示：
Figure BDA0003909149890000105
式中：
Figure BDA0003909149890000106
分别为节点电压上下限，
Figure BDA0003909149890000107
为支路电流上 限。
步骤(4)：基于二阶锥转化和大M法将所述有源配电网移动储 能规划模型转化为混合整数二阶锥模型；具体的，
a.采用二阶锥转化将配电网潮流约束转化为可以求解的二阶锥 模型，定义如下变量：
Figure BDA0003909149890000108
b.将配电网潮流约束转化为二阶锥模型，如下式所示：
Figure BDA0003909149890000111
c.采用大M法将移动储能接入功率约束转化为线性约束，如下 式所示：
Figure BDA0003909149890000112
式中：M为一较大正整数。
步骤(5)：采用YALMIP工具箱调用求解器GUROBI求解所述 混合整数二阶锥模型，得到移动储能的最优配置方案。
为了解决主动配电网接入大量分布式电源导致的功率波动以及 弃风弃光问题，本发明提出了一种有源配电网移动储能规划配置方法。 该方法对主动配电网中接入的移动储能进行优化配置，通过在配电网 中合理地配置移动储能，改善配电网接入分布式电源后出现的功率波 动和弃风弃光问题，并且在保证配电网安全运行的前提下，使移动储 能的投资得到最大的收益，提高配电网运行的经济性。
本发明所建立的有源配电网移动储能规划模型的目标函数中考 虑了弃风弃光成本，因此在风电和光伏出力较多超过了负荷需求时， 会优先考虑将移动储能接入到风光发电节点，将多余的出力存储起来 以减小弃风弃光；在电网负荷较重时，线路上流过的功率较大导致系 统网损较大，由于建立有源配电网移动储能规划模型的目标函数中考 虑了网损成本，因此在电网负荷较重时，会优先考虑将移动储能接入 到电网末端的负荷节点对负荷进行供电，以减小线路传输产生的网络 损耗；由于所建立有源配电网移动储能规划模型的目标函数中考虑了 储能峰谷套利收益，因此在电网功率能够和新能源出力平衡时，移动储能选择在电价低的时段充电，在电价高的时段放电，以获得峰谷套 利收益。本发明利用了移动储能对能量的时空调控能力，可显著提高 配电网运行的经济性和新能源消纳水平。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据移动储能的能量特性，建立移动储能的充放电模型；
根据移动储能的空间位移特性，建立移动储能位移模型；
以移动储能年收益最大为目标函数，以分布式电源出力约束、移动储能接入功率约束、配电网潮流约束、安全约束，以及所建立的移动储能充放电模型和移动储能位移模型为约束条件，建立有源配电网移动储能规划模型；
基于二阶锥转化和大M法将所述有源配电网移动储能规划模型转化为混合整数二阶锥模型；
采用YALMIP工具箱调用求解器GUROBI求解所述混合整数二阶锥模型，得到移动储能的最优配置方案。
2.根据权利要求1所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：建立移动储能的充放电模型，具体包括：
依照移动储能充放电规律，描述储能荷电状态与充放电功率、效率之间的函数关系式如下：
Figure RE-FDA0003997577320000011
式中：m表示移动储能序号，t代表时段，
Figure RE-FDA0003997577320000012
表示t时段的储能容量，
Figure RE-FDA0003997577320000013
表示t时段储能的充、放电功率，μc、μd表示移动储能充、放电效率；
设置移动储能充放电标识，约束单个移动储能不能同时充放电，描述为以下公式：
Figure RE-FDA0003997577320000021
式中：
Figure RE-FDA0003997577320000022
表示移动储能充、放电标识，当其值为1时，表示正在充、放电，当其值为0时，表示未在充、放电；
添加移动储能一天开始和结束时电量相同约束，描述为下式：
Figure RE-FDA0003997577320000023
3.根据权利要求1所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：建立移动储能位移模型具体包括：
建立三维移动储能节点接入矩阵，以01变量表示在某一时刻，某个移动储能是否接入某个候选节点，当矩阵元素值为1时，表示接入，为0时，表示不接入；
建立储能接入约束，限制单个移动储能在同一时段只能接入一个候选节点。
4.根据权利要求3所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：其中建立三维移动储能节点接入矩阵，如下式所示：
X＝[xm，j，t]s×n×T
式中：xm,j,t为1时代表t时刻储能m接入配网节点j，j代表候选接入节点；
建立储能接入约束，如以下公式所示：
Figure FDA0003909149880000022
式中：Ωj为候选接入节点集合。
5.根据权利要求1所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：所述移动储能年收益包括移动储能的年投资成本均值和年运行成本、弃风弃光成本、网损成本和储能峰谷套利收益，所述移动储能的年投资成本均值包括蓄电池容量成本和电力变换器功率成本。
6.根据权利要求5所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：所述年投资成本均值和年运行成本、弃风弃光成本、网损成本和储能峰谷套利收益，如下式所示：
Figure FDA0003909149880000031
式中：f1为表示移动储能年成本均值，包含投资成本和运行成本；Ce、Cp分别是蓄电池单位容量成本、电力变换器单位功率成本；Cm是蓄电池单位充放电功率的年运行成本，r为年利率，Y为移动储能投资年限；f2为弃风弃光成本，
Figure FDA0003909149880000032
为分布式电源预测出力功率，
Figure FDA0003909149880000033
为分布式电源实际出力功率，cg为分布式电源发电成本，ΩDG为分布式电源接入节点，f3为网损成本，ΩL为配电网支路集合，ct为t时段的电价，f4为储能峰谷套利收益。
7.根据权利要求1所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：
a.分布式电源出力约束如下式所示：
Figure FDA0003909149880000034
b.移动储能接入功率约束如下式所示：
Figure FDA0003909149880000035
式中：
Figure FDA0003909149880000036
为节点j在时段t接入的储能功率。
c.配电网潮流约束如下式所示：
Figure FDA0003909149880000041
式中：Pij,t、Qij,t、Iij,t、rij、xij分别为支路ij的有功功率、无功功率、电流、电阻、电抗，Ui,t为节点电压，
Figure FDA0003909149880000042
分别为节点j的注入有功和无功功率，φj、ψj分别表示节点j的父、子节点集合，
Figure FDA0003909149880000043
为接入节点j分布式电源的无功出力，
Figure FDA0003909149880000044
分别为节点j的有功负荷和无功负荷；
d.安全约束如下式所示：
Figure FDA0003909149880000045
式中：
Figure FDA0003909149880000046
分别为节点电压上下限，
Figure FDA0003909149880000047
为支路电流上限。
8.根据权利要求7所述的有源配电网移动储能规划配置方法，其特征在于：基于二阶锥转化和大M法将所述有源配电网移动储能规划模型转化为混合整数二阶锥模型具体包括：
所建立的有源配电网移动储能规划模型中的配电网潮流约束是非线性项，定义如下变量：
Figure FDA0003909149880000048
采用二阶锥转化将配电网潮流约束转化为可以求解的二阶锥模型，如下式所示：
Figure FDA0003909149880000051
所建立的有源配电网移动储能规划模型中的移动储能接入功率约束是双线性项，考虑引入辅助变量并采用大M法将其转化为线性约束形式，如下式所示：
Figure FDA0003909149880000052
式中：M为一较大正整数。
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