一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法。


背景技术：

2.当前，能源清洁低碳转型是全球能源发展的必然趋势，各地区在要求能源行业在保障有效供给的同时，必须持续推动能源结构转型，着力提升省内和区外清洁能源利用水平，而储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统的关键支撑技术，能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，对于促进主体能源由化石能源向可再生能源更替具有重要意义。另外，随着各地区电网规模的扩大、区外来电规模的增加以及风光新能源比重的提高，电网存在着安全运行风险，各地区电网对特高压交直流严重故障的主动防御能力还不足，电网急需毫秒级响应资源。但毫秒级可中断负荷资源总量少、配置难度大，且对用户仍会产生一定影响，继续增加的空间十分有限，因此迫切需要规划建设一批具有毫秒级响应能力的资源。
3.因此，现阶段需设计一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法，来解决以上问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，随着各地区电网规模的扩大、区外来电规模的增加以及风光新能源比重的提高，电网存在着安全运行风险，各地区电网对特高压交直流严重故障的主动防御能力还不足，电网急需毫秒级响应资源。但毫秒级可中断负荷资源总量少、配置难度大，且对用户仍会产生一定影响，继续增加的空间十分有限，因此迫切需要规划建设一批具有毫秒级响应能力的资源。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法，包括以下步骤：
7.s1：提出并综合分析储能接入位置选择模型的各个目标函数指标；
8.s2：考虑储能接入位置选择模型的各项约束条件；
9.s3：综合考虑各个目标函数指标和各项约束条件得出供电可靠性的储能接入位置选择模型。
10.进一步的，步骤s1中，所述目标函数指标包括甩负荷量f1和经济性评估指标f2；
11.甩负荷量f1的计算公式如下
[0012][0013]
式中，e
event
为故障事件集合；μj为单位统计时间间隔内故障j发生的概率；p
j_shed
和p
j_restore
分别为故障j状态下的负荷削减功率和储能系统提供的恢复功率；δtj为故障事件
j的平均恢复时间；规定p
j_restore
≤p
j_shed
≤p
ess
，p
ess
为储能输出功率，即故障事件中，储能系统出力一部分用于平衡系统功率，一部分用于提供故障支撑；故f1≥0且f1越小表明故障甩负荷量越小，储能系统提供的故障支撑越强；
[0014]
选取网损贡献度f2作为经济性评估指标，通过网损变化率子函数计算，即接入储能前后网损之差与接入储能前网损之商；该函数值越大表示储能系统接入后全网网损降低越多；网损贡献度f2也表示在同样条件下，储能系统接入后由其自身引起整个电网网损的变化程度，f2计算方法如下：
[0015]
式中：δp-为储能系统接入前全网的有功损耗；δp
+
为储能接入后全网的有功损耗；f2为正值，表征储能接入后对全网有功损耗的减小程度，即引起的全网的网损减小量与并网前全网网损量之比，值越大表示储能接入后全网网损减小的越多。
[0016]
进一步的，步骤s2中，所述约束条件包括功率平衡约束、节点电压约束、储能并网约束、储能系统保护约束、线路传输功率约束、储能能量平衡约束。
[0017]
进一步的，功率平衡约束：
[0018]
p
pvi
+p
essi-p
li
＝ui∑uj(g
ij
cosθ
ij
+b
ij
sinθ
ij
)
ꢀꢀ
(3)
[0019]qpvi
+q
essi-q
li
＝ui∑uj(g
ij
cosθ
ij-b
ij
sinθ
ij
)
ꢀꢀ
(4)
[0020][0021]
式中：i为节点编号，p
pvi
、p
essi
和p
li
分别为当前时间断面节点i处的光伏、储能和负荷的有功功率；q
pvi
、q
essi
和q
li
分别为当前时间断面节点i处的光伏、储能和负荷的无功功率；g
ij
和b
ij
分别为节点导纳矩阵的实部和虚部；cosθ
ij
和sinθ
ij
分别表示节点i和节点j的相角差θ
ij
的正弦值和余弦值，ui和uj分别表示为节点i和节点j的电压，p
system
为高渗透率光伏并网场景下的系统的净负荷功率。
[0022]
进一步的，节点电压约束：
[0023]umin
≤ui≤u
max
ꢀꢀ
(6)
[0024]
式中：u
max
、u
min
分别为系统节点电压上、下限。
[0025]
进一步的，储能并网约束：
[0026][0027][0028]
∑e
ess
≥(1+γ)p
load
δt
ꢀꢀ
(9)
[0029]
式中，和为储能调节功率的上下限；和为储能装机容量的上下限；γ为系统中可能增长的负荷百分比；p
load
表示系统负荷的总功率，当系统故障或负荷突增时，储能应为系统提供一定备用容量，保障系统增加γ的负荷持续稳定供电δt时长。
[0030]
进一步的，储能系统保护约束：
[0031]
[0032][0033][0034]
式中，s
soc
(t)为t时刻储能设备的荷电状态soc；过度充放电都会缩短储能设备寿命，故正常运行时储能的soc需满足上下限约束，和分别为储能soc上下限；p
ess_ch
和p
ess_dch
分别为储能的充放电功率；和分别表示储能的最大充电功率和最大放电功率，和分别表示储能的额定充电功率和额定放电功率，α和β为储能的充放电效率。
[0035]
进一步的，线路传输功率约束：
[0036]
p
l
≤p
l_max
ꢀꢀ
(13)
[0037]
式中，p
l_max
为第l条线路传输功率上限，l为配电线路条数。
[0038]
进一步的，储能能量平衡约束：
[0039][0040]
进一步的，供电可靠性的储能接入位置选择模型如下：
[0041]
min f＝f1ꢀꢀ
(15)
[0042]
最后依据经济性评估指标f2对上述模型优化计算出的储能组合方案进行筛选，并输出最佳方案。
[0043]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
[0044]
本方案其中一个有益效果在于，提出的基于供电可靠性的储能接入位置选择方法，不仅能够在系统正常运行状态时发挥削峰填谷作用实现经济效益外，在系统发生故障造成用户停电时也可作为紧急电源向重要用户供电，减少停电持续时间和停电电量，从而在一定程度上提高系统供电可靠性水平，一方面可减少电网公司可靠性投入成本，一方面可降低用户因缺电造成的经济损失。
附图说明
[0045]
图1为本技术实施例的系统拓扑结构示意图。
[0046]
图2为本技术实施例的30节点各时刻负荷eens曲线示意图。
[0047]
图3为本技术实施例的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0048]
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。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。
[0049]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0050]
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0051]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0052]
随着各地区电网规模的扩大、区外来电规模的增加以及风光新能源比重的提高，电网存在着安全运行风险，各地区电网对特高压交直流严重故障的主动防御能力还不足，电网急需毫秒级响应资源。但毫秒级可中断负荷资源总量少、配置难度大，且对用户仍会产生一定影响，继续增加的空间十分有限，因此迫切需要规划建设一批具有毫秒级响应能力的资源。
[0053]
实施例：
[0054]
如图3所示，提出一种基于供电可靠性的储能接入位置选择方法，包括以下步骤：
[0055]
s1：提出并综合分析储能接入位置选择模型的各个目标函数指标；
[0056]
s2：考虑储能接入位置选择模型的各项约束条件；
[0057]
s3：综合考虑各个目标函数指标和各项约束条件得出供电可靠性的储能接入位置选择模型。
[0058]
目标函数指标分析：
[0059]
(1)甩负荷量f1[0060]
供电可靠性是指电力系统持续供电的能力，是考核电力系统电能质量的重要指标。本文以系统故障时的甩负荷电量作为衡量电网供电可靠性的指标，以反映储能对电网的故障支撑作用。甩负荷量f1的计算公式如下
[0061][0062]
式中，e
event
为故障事件集合；μj为单位统计时间间隔内故障j发生的概率；p
j_shed
和p
j_restore
分别为故障j状态下的负荷削减功率和储能系统提供的恢复功率；δtj为故障事件j的平均恢复时间。规定p
j_restore
≤p
j_shed
≤p
ess
，p
ess
为储能输出功率，即故障事件中，储能系统出力一部分用于平衡系统功率，一部分用于提供故障支撑。故f1≥0且f1越小表明故障甩负荷量越小，储能系统提供的故障支撑越强。
[0063]
(2)经济性评估指标f2[0064]
电力系统的运行既要求有良好的安全稳定性，又要求有尽可能好的经济性，在有功功率和无功功率均达到平衡的前提下，尽可能地降低有功功率损耗，使全网有功功率损耗δp最小。因此，选取网损贡献度f2作为经济性评估指标，通过网损变化率子函数计算，即
接入储能前后网损之差与接入储能前网损之商。该函数值越大表示储能系统接入后全网网损降低越多。网损贡献度f2也表示在同样条件下，储能系统接入后由其自身引起整个电网网损的变化程度，计算方法如下。
[0065][0066]
式中：δp-为储能系统接入前全网的有功损耗；δp
+
为储能接入后全网的有功损耗。f2为正值，表征储能接入后对全网有功损耗的减小程度，即引起的全网的网损减小量与并网前全网网损量之比，值越大表示储能接入后全网网损减小的越多。
[0067]
布局配置的约束条件分析：
[0068]
(1)功率平衡约束
[0069]
p
pvi
+p
essi-p
li
＝ui∑uj(g
ij
cosθ
ij
+b
ij
sinθ
ij
)
ꢀꢀ
(3)
[0070]qpvi
+q
essi-q
li
＝ui∑uj(g
ij
cosθ
ij-b
ij
sinθ
ij
)
ꢀꢀ
(4)
[0071][0072]
式中：i为节点编号，p
pvi
、p
essi
和p
li
分别为当前时间断面节点i处的光伏、储能和负荷的有功功率；q
pvi
、q
essi
和q
li
分别为当前时间断面节点i处的光伏、储能和负荷的无功功率；g
ij
和b
ij
分别为节点导纳矩阵的实部和虚部；cosθ
ij
和sinθ
ij
分别表示节点i和节点j的相角差θ
ij
的正弦值和余弦值，ui和uj分别表示为节点i和节点j的电压，p
system
为高渗透率光伏并网场景下的系统的净负荷功率。
[0073]
(2)节点电压约束
[0074]umin
≤ui≤u
max
ꢀꢀ
(6)
[0075]
式中：u
max
、u
min
分别为系统节点电压上、下限。
[0076]
(3)储能并网约束
[0077][0078][0079]
∑e
ess
≥(1+γ)p
load
δt
ꢀꢀ
(9)
[0080]
式中，和为储能调节功率的上下限；和为储能装机容量的上下限；γ为系统中可能增长的负荷百分比。p
load
表示系统负荷的总功率，当系统故障或负荷突增时，储能应为系统提供一定备用容量，保障系统可能增加γ的负荷持续稳定供电δt时长。
[0081]
(4)储能系统保护约束
[0082][0083][0084]
[0085]
式中，s
soc
(t)为t时刻储能设备的荷电状态soc。过度充放电都会缩短储能设备寿命，故正常运行时储能的soc需满足上下限约束，和分别为储能soc上下限；p
ess_ch
和p
ess_dch
分别为储能的充放电功率；和分别表示储能的最大充电功率和最大放电功率，和分别表示储能的额定充电功率和额定放电功率，α和β为储能的充放电效率。
[0086]
(5)线路传输功率约束
[0087]
p
l
≤p
l_max
ꢀꢀ
(13)
[0088]
式中，p
l_max
为第l条线路传输功率上限，l为配电线路条数。
[0089]
(6)储能能量平衡约束
[0090][0091]
布局配置的目标函数分析：
[0092]
综合考虑系统节点电压波动和负荷波动，储能选址优化的多目标优化函数如下
[0093]
min f＝f1ꢀꢀ
(15)
[0094]
最后依据经济性评估指标f2对上述模型优化计算出的储能组合方案进行筛选，并输出最佳方案
[0095]
案例分析：
[0096]
为了分析储能选址对系统可靠性的影响，以图1所示的江苏某市30节点系统一典型日负荷为算例。在可靠性分析中，通过计算不加储能和分别在各节点添加储能的电量不足期望值(expected energy not supplied，eens)对储能选址进行判断。
[0097]
配电系统可靠性是指供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备，按可接受标准及期望数量满足用户电力及点能量需求能力的量度。配电系统可靠性分析常用指标有：平均停运持续时间，年平均停运时间，各负荷点及系统缺电时间期望值lole(loss of load expectation)，电量不足期望值eens等。其中eens计算公式如下所示：
[0098][0099]
其中i为节点编号，p
load
为平均负荷，γ为平均停运时间。eens表示电力系统由于机组受迫停运而造成的对用户少供电能的期望值，这一指标能说明故障的严重程度，表达了停电次数、平均持续时间和平均停电功率。eens值越低，系统可靠性越高。
[0100]
为了得到在不同的节点安装储能的eens值，将各节点连接支路进行细分，分为输电线路、变压器、发电机三种类型，将故障率、修复时间、检修率、检修时间等数据代入到eens算法中，即可得到eens值。通过在节点添加发电机，等效为在各节点添加无穷大储能，即可等效计算出在各个节点安装储能的eens值。输电线路及变压器可靠性数据如表1所示。
[0101]
表1设备可靠性参数
[0102][0103]
不添加储能和储能添加到不同节点位置后eens值如表2所示，其中，为了方便观察，使用的是各节点的eens值相加总和。
[0104]
表2不同储能位置下系统eens值
[0105]
节点无储能12345678910eens/mwh103.644.7343.5411.1943.544.8545.5411.2511.1811.8643.54节点1112131415161718192021eens/mwh14.7943.546.8911.3743.5411.3711.2711.4811.5011.4611.15节点222324252627282930
ꢀꢀ
eens/mwh43.5411.3843.5419.76130.6427.2843.5435.2035.42
ꢀꢀ
[0106]
不同储能位置下系统eens值计算结果如图2所示。
[0107]
由图2可知，无储能及储能安装在26节点时系统可靠性最差，eens达到最大值为130.64mwh，储能安装在1节点时eens最小，为4.73mwh，其次安装在5节点时eens值较小，为4.85mwh。若按eens指标排序，只能安装一个储能，则应安装在1节点处；若能安装两个储能，则应安装在1，5节点处，储能安装顺序由此类推。
[0108]
由上述算例分析可知，按照系统可靠性指标，通过计算eens值也可完成储能的选址。
[0109]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。