CN116979612A - 一种综合考虑多类型储能特性的优化调度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,包括获取计算所需的基础数据;将基础数据输入本SCUC安全约束机组组合模型并运行求解,得到各类机组的启停状态结果、出力计划、储能充放电状态,储能的初步充放电计划;将基础数据、所得机组的启停状态、出力计划、储能充放电状态及储能的初步充放电计划数据输入SCED安全约束经济调度模型并运行求解,得到各类机组的中标出力量、各类型储能的充电、放电时间及对应的充电及放电功率;将SCUC及SCED计算结果数据输入LMP模型进行价格计算,得到储能的发电价格及充电价格;同时得出储能成本未回收量,对储能参与其他市场的优化方法提供参考。
Description
技术领域
本发明属于电力调度技术领域;尤其涉及一种综合考虑多类型储能特性的优化调度计算方法。
背景技术
随着双碳目标及新型电力系统的提出,大规模新能源将接入电力系统,并逐步成为主力电源之一。然而,新能源机组出力具有随机性、波动性、间歇性等特征,不利于电力生产计划安排及电力调度工作的开展,因此,各类型储能将逐渐参与电力系统并发挥作用。目前,电力储能包括传统储能和新型储能,而新型储能则又包含机械储能、电化学储能、电磁储能、储热能多种门类;同时,各类型储能的建设单位不仅包括电网公司,也包括发电公司或售电公司及用户。综上而言,有必要提出一种考虑多类型储能参与的电力优化调度方法,一方面保证各类型储能公平参与电力市场发挥作用,另一方面从系统最优的角度调度并利用储能,在全社会福利最优的情况下最大化储能的灵活性价值。总结来说,本发明提出的是一种考虑多类型储能特性的优化调度计算方法,可以克服传统经济调度方法对储能参与缺乏考虑,当前电力市场出清计算方法对储能特性考虑过于简单的问题,使储能的灵活性价值可以得到真正的体现。
传统的经济调度和电力市场出清计算中,对储能参与市场成本的考虑仅以充放损耗为主,没有考虑储能建设、运维、改造等多方成本,同时,对于不同类型储能的差异化约束,也没有进行体现,往往会造成储能的不合理收益,影响电力储能的进一步规划。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,使得电力优化调度方案是在综合考虑多类型储能差异和成本特性情况下所得出的;同时得出储能成本未回收量,对储能参与其他市场的优化方法提供参考。
本发明的技术方案是:
一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,所述方法包括:
步骤1、获取计算所需的基础数据;
步骤2、将基础数据输入本SCUC安全约束机组组合模型并运行求解,得到各类机组的启停状态结果、出力计划、储能充放电状态,储能的初步充放电计划;
步骤3、将基础数据、所得机组的启停状态、出力计划、储能充放电状态及储能的初步充放电计划数据输入SCED安全约束经济调度模型并运行求解,得到各类机组的中标出力量、各类型储能的充电、放电时间及对应的充电及放电功率;
步骤4、将SCUC及SCED计算结果数据输入LMP模型进行价格计算,得到储能的发电价格及充电价格。
SCUC与SCED的目标函数分别如下:
上式为SCUC目标函数,SCED目标函数不包括启动成本项式中:下标b代表所在节点;下标t代表时段;Nt表示时段的集合;上标G和N分别代表火电和新能源机组;C代表火电机组启动一次的成本;ES代表储能装置,k表示储能类型,包括压缩空气、电化学、储热等门类;c代表机组参与市场的报价;P代表市场中标量。
SCUC与SCED模型约束差异体现在SCED模型不包含所有状态0-1变量,即不包含所有的α项;具体约束包括:
市场约束
上式中,式2-4表示储能申报量约束,其中:是表示储能装置状态的0-1变量,Q代表储能的市场申报量,U是表示火电机组开机状态的0-1变量。
具体约束包括火电运行约束:
式7-8表示机组启停约束,式9表示机组出力约束,式10-11表示机组爬坡约束,式12-13表示机组最小开、停机时间限制。其中,和/>分别表示机组最大和最小出力,和/>分别表示机组向上和向下爬坡的最大功率,/>和/>分别表示机组最小开、停机时长。
具体约束包括系统运行约束:
式14表示节点的能量约束,式15表示线路输电能力约束,式16表示潮流约束,式17-18表示功角约束和参考节点的限制。其中:表示负荷功率,/>表示线路的潮流,/>表示新能源机组出力;f(l)和t(l)分别表示线路潮流的流入侧和流出侧,D表示辅助服务需求,/>表示线路的潮流限值,Xl表示线路的电抗;θb,t表示节点的功角;ref表示参考节点。
具体约束包括储能约束:
上式中,E表示各类型储能设施中所存储的能量,P表示储能充电、放电功率,η表示储能效率,Δt表示每个出清时段的时长。
计算得出使目标最优的储能各时段出力后,进一步计算出储能储能能量市场收益及待回收收益。
基础数据包括传统机组的量价曲线、传统机组的机组参数信息、负荷预测数据、电网拓扑信息数据、新能源机组出力预测数据及电网运行断面数据。
本发明有益效果:
本发明所采用的改良SCUC、SCED方法,可以在综合考虑各类型储能差异化特征的情况下产生能量市场各类型储能优化调度结果,同时能够揭示各类型储能还需在其他各类型市场回收的成本。
本发明的方法通过优化储能利用,揭示其在电能量市场中的削峰填谷作用,并计算得出其在现货电能量市场的收益,同时,揭示由于其成本导致的在电能量市场无法回收的价值,可用于指导辅助服务市场、容量市场设计。
采用本发明可以使得电力优化调度方案是在综合考虑多类型储能差异和成本特性情况下所得出的。同时,应用本发明,还可得出储能成本未回收量(在能量市场调度最优化前提下),对储能参与其他市场的优化方法提供参考(考虑到现在及未来一段时间以内,国内电力市场均采用先能量市场,后辅助服务市场、容量市场的初请计算方式,因此首先理清储能能量市场优化利用十分必要)。
附图说明
图1为本发明方法流程图;
图2为本发明具体实施方式中基于改进的高可再生能源渗透率的标准节点系统对新机制模型进行算例分析示意图。
具体实施方式
提供一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,包括:
(1)首先,电力调度机构获取计算所需的基础数据,包括传统机组的量价曲线、传统机组的机组参数信息(爬坡等)、负荷预测数据、电网拓扑信息数据、新能源机组出力预测数据、电网运行断面数据。
(2)其次,将上述步骤的基础数据输入本发明改良的SCUC(安全约束机组组合)模型并运行求解,得到各类机组的启停状态结果、出力计划、储能充电/放电状态,储能的初步充电/放电计划。
(3)随后将基础数据、所得机组的启停状态、出力计划、储能充电/放电状态,储能的初步充电/放电计划等数据输入本发明改良的SCED(安全约束经济调度)模型并运行求解,得到各类机组的中标出力量、各类型储能的充电、放电时间及其对应的充电、放电功率。
(4)最后,将上述SCUC、SCED计算结果数据输入LMP(节点边际电价)模型进行价格计算,得到储能的发电价格、充电价格。有必要说明的是,储能参与LMP的计算并非本发明的发明所在,其与其他类型机组一同参与传统LMP计算,产生或接受价格信号,因此下文将不对LMP模型进行详述。
本发明在基本的现货电能量市场出清模型的目标函数中分别加入储能充电、放电成本项;在出清模型的约束条件中分别修改或补充储能相关的市场约束、系统运行约束以及储能自身能量约束及功率约束。改良后的SCUC、SCED的目标函数分别如下:
上式为SCUC目标函数,SCED目标函数与其大致相同,但不包括启动成本项:式中:/>下标分别为火电机组变动成本、新能源机组变动成本、储能充电成本、储能放电成本,其中c代表机组参与市场的报价;P代表市场中标量。
模型约束方面,SCUC与SCED也大致相同,差异主要体现在SCED模型不包含所有状态0-1变量,即不包含所有的α项。具体如下:
1)市场约束
上式中,式2-4表示储能申报量约束,其中:是表示储能装置状态的0-1变量,/>分别表示储能市场充电、放电中标量,/>代表储能的市场申报量,/>是表示火电机组开机状态的0-1变量,/>分别为火电机组中标量、申报量,新能源机组中标量、预测出力量。
2)火电运行约束
式7-8表示机组启停约束,式9表示机组出力约束,式10-11表示机组爬坡约束,式12-13表示机组最小开、停机时间限制。其中,和/>分别表示机组最大和最小出力,和/>分别表示机组向上和向下爬坡的最大功率,/>和/>分别表示机组最小开、停机时长,/>表示机组的已开停机时长和最小开停机时长。水电机组等与火电机组类似,本发明不考虑其特殊性,不再赘述。
3)系统运行约束
式14表示节点的能量约束,式15表示线路输电能力约束,式16表示潮流约束,式17、18表示功角约束和参考节点的限制。其中:表示负荷功率,/>表示线路的潮流,f(l)和t(l)分别表示线路潮流的流入侧和流出侧,/>分别表示常规机组、新能源机组储能放电出力及储能充电功率;/>表示线路的潮流限值,Xl表示线路的电抗;θf(l),t、θt(l),t及θb,t分别表示流入、流出及节点的功角;ref表示参考节点。
4)储能约束
上式中,分别表示各类型储能设施中的初始时刻能量、原始状态能量、上一时刻能量以及最小、最大能量,/> 表示储能放电的功率、放电状态、放电的最大功率,以及充电的功率、充电状态、充电的最大功率,/>表示充电、放电效率,Δt表示每个出清时段的时长。
将模型所需信息收集后导入上述模型,计算则可得出使目标最优的储能各时段出力,并可以进一步计算出储能储能能量市场收益及待回收收益。本发明的具体实施例如下:
如图2所示,基于改进的高可再生能源渗透率的标准节点系统对新机制模型进行算例分析,该系统由38个节点,45台发电机,47条输电线路和3个储能电站组成。其中发电成本采用二次函数形式,机组报价采用阶梯报价形式。
在节点5、9、32分别设置不同类型储能,储能运行参数设置如下表所示。
表1压缩空气储能参数
表2电化学储能参数
表3储热储能参数
上述信息分别提供了传统机组的量价曲线、传统机组的机组参数信息(爬坡等)、负荷预测数据、电网拓扑信息数据、新能源机组出力预测数据,以及储能的相关信息。完成了本发明第一步。
之后,将上述信息输入到如发明方案所述的SCUC、SCED模型中,并将计算结果传递至传统LMP模型进行价格计算,最终得到如下结果:
1)压缩空气储能
表4压缩空气储能系统结算情况
2)电化学储能
表5电化学储能系统结算情况
3)储热储能
表6储热储能系统结算情况
由上述表可知,将各类型储能纳入市场调度模型后可以使储能灵活性利用在电力系统峰谷调节方面,均可以借助该模型发挥效益,并且为全系统节省购电成本,有效发挥了储能的作用,促进社会福利最大化。同时,模型也揭示了各类型储能仍有待回收的成本,需要通过其他市场予以解决。
Claims (8)
1.一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:所述方法包括:
步骤1、获取计算所需的基础数据;
步骤2、将基础数据输入本SCUC安全约束机组组合模型并运行求解,得到各类机组的启停状态结果、出力计划、储能充放电状态,储能的初步充放电计划;
步骤3、将基础数据、所得机组的启停状态、出力计划、储能充放电状态及储能的初步充放电计划数据输入SCED安全约束经济调度模型并运行求解,得到各类机组的中标出力量、各类型储能的充电、放电时间及对应的充电及放电功率;
步骤4、将SCUC及SCED计算结果数据输入LMP模型进行价格计算,得到储能的发电价格及充电价格。
2.根据权利要求1所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:SCUC与SCED的目标函数分别如下:
上式为SCUC目标函数,SCED目标函数不包括启动成本项式中:下标b代表所在节点;下标t代表时段;Nt表示时段的集合;上标G和N分别代表火电和新能源机组;C代表火电机组启动一次的成本;ES代表储能装置,k表示储能类型,包括压缩空气、电化学、储热等门类;c代表机组参与市场的报价;P代表市场中标量。
3.根据权利要求2所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:SCUC与SCED模型约束差异体现在SCED模型不包含所有状态0-1变量,即不包含所有的α项;具体约束包括:
市场约束
上式中,式2-4表示储能申报量约束,其中:是表示储能装置状态的0-1变量,Q代表储能的市场申报量,U是表示火电机组开机状态的0-1变量。
4.根据权利要求3所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:具体约束包括火电运行约束:
式7-8表示机组启停约束,式9表示机组出力约束,式10-11表示机组爬坡约束,式12-13表示机组最小开、停机时间限制。其中,和/>分别表示机组最大和最小出力,/>和分别表示机组向上和向下爬坡的最大功率,/>和/>分别表示机组最小开、停机时长。
5.根据权利要求4所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:具体约束包括系统运行约束:
式14表示节点的能量约束,式15表示线路输电能力约束,式16表示潮流约束,式17-18表示功角约束和参考节点的限制。其中:表示负荷功率,/>表示线路的潮流,/>表示新能源机组出力;f(l)和t(l)分别表示线路潮流的流入侧和流出侧,D表示辅助服务需求,/>表示线路的潮流限值,Xl表示线路的电抗;θb,t表示节点的功角;ref表示参考节点。
6.根据权利要求5所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:具体约束包括储能约束:
上式中,E表示各类型储能设施中所存储的能量,P表示储能充电、放电功率,η表示储能效率,Δt表示每个出清时段的时长。
7.根据权利要求1所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:计算得出使目标最优的储能各时段出力后,进一步计算出储能储能能量市场收益及待回收收益。
8.根据权利要求1所述的一种可以综合考虑多类型储能成本特性的优化调度计算方法,其特征在于:基础数据包括传统机组的量价曲线、传统机组的机组参数信息、负荷预测数据、电网拓扑信息数据、新能源机组出力预测数据及电网运行断面数据。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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