一种面向系统调控需求的储能系统最优配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，是一种面向系统调控需求的储能系统最优配置方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，我国面临着能源枯竭与环境污染的双重压力，开发利用可再生能源获得广 泛关注。《中国的能源政策（2012)》白皮书提出我国要大力发展新能源和可再生能源，实现 2020年非化石能源消费比重达到15%的目标。而风力发电因其环境友好在全球范围内得 到迅猛发展，截至2013年，全球风电年新增总装机容量35GW，累计装机容量已达318GW。然 而，随着风电并网规模的扩大，风电功率的随机性和间歇性使得既有电网有功功率调节能 力下降，制约了系统接纳风电的能力，导致大量弃风现象出现。
[0003] 储能系统具有快速充放电能力，能够动态吸收能量并适时释放，因此可以有效优 化调控风电功率，在提高风电入网规模的同时，保障电力系统安全运行。然而，由于储能系 统投资成本高，极大限制储能系统的配置容量，从而影响了储能系统的调控性能。因此设计 合理的储能系统运行控制方法对储能系统运行具有重大意义。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，从风电对整个电网功率的不平衡性角度出发，提 出一种面向电力系统调控需求的储能系统最优配置方法，该方法综合考虑了储能系统成 本、寿命、多接纳风电收益等因素，以综合收益最大为目标，来确定储能系统容量。
[0005] 解决其技术问题采用的方案是，一种面向系统调控需求的储能系统最优配置方 法，其特征是，调控风电场群输出功率不超出整个电网功率平衡目标的同时，在剩余的电网 可利用空间下，设定储能系统放电区间，基于SOC分层控制策略，对储能系统能量进行优化 管理，实时修正储能系统充放电功率，优化储能系统工作性能，建立风储运行经济性评估模 型，以综合收益最大为目标，确定最佳所需储能系统放电区间，优化储能系统容量，延长其 使用寿命，提高新能源电量的入网规模，有效利用电网可接纳风电空间，它包括以下步骤：
[0006] 1)储能系统放电区间的设定
[0007] 在接纳风电功率后未突破电网可利用空间极限值的时段，设定储能系统的放电区 间a，〇<a〈100%，即储能系统放电功率与接纳风电后剩余的空间比值为a;若系统无剩 余可利用空间时a= 1，若储能系统不放电a= 〇 ;基于放电区间a的储能系统充放电功 率如下：
【主权项】
1. 一种面向系统调控需求的储能系统最优配置方法，其特征是，调控风电场群输出功 率不超出整个电网功率平衡目标的同时，在剩余的电网可利用空间下，设定储能系统放电 区间，基于SOC分层控制策略，对储能系统能量进行优化管理，实时修正储能系统充放电功 率，优化储能系统工作性能，建立风储运行经济性评估模型，以综合收益最大为目标，确定 最佳所需储能系统放电区间，优化储能系统容量，延长其使用寿命，提高新能源电量的入网 规模，有效利用电网可接纳风电空间，它包括以下步骤： 1) 储能系统的放电区间设定 在接纳风电功率后未突破电网可利用空间极限值的时段，设定储能系统的放电区间 α，〇< α〈1〇〇%，即储能系统放电功率与接纳风电后剩余的空间比值为α ;若系统无剩余 可利用空间时α = 1，若储能系统不放电α = 〇 ;基于放电区间α的储能系统充放电功率 如下：
其中PESS(t)为t时刻储能系统充放电功率；Pwd(t)、分别为t时刻风电场群实 际输出功率之和以及风电可运行域极值；α为储能系统的放电区间； 面向系统需求区间的储能系统充放电能量Et以及储能系统在各调度时段结束后充放 电累积容量Wt如下所示：
其中h，t2分别为充放电的起始与结束时刻；ηndisdmge分别为储能系统的充放 电效率；Pess为储能系统充放电功率；E C1为储能系统初始能量；风电场群所需配置储能系统 容量Ipt如下所示： Wopt= max {ff J-min {ffj , t = I, 2, ---,N (4) 其中max{Wt}为各调度时段累计容量最大值，min{Wt}为各调度时段累计容量最小值， N为储能系统总控制时段； 2. SOC分层控制策略 构建SOC分层控制策略，对储能系统充放电功率进行实时修正，确保储能系统具有良 好工作性能；将储能系统SOC按照充放电能力分为以下五个层次：不充电紧急层、少充电预 防层、正常充放电安全层、少放电预防层、不放电紧急层；储能系统充放电能量需求值P ESS， 经储能能量管理系统确定的修正系数进行动态调整，得到储能系统实际充放电指令 P?x：_Es;Ksa；值与Sigmoid函数特性类似，因此利用Sigmoid函数对其进行修正，具体表达如 下所示： 储能系统处于充电状态下，Pess (t)>0
Xf (S S min) / (Spre-min Smin) (8) 经调整系数修正确定储能系统实际充放电功率Psc^ess (t)为： Psoc-ESS ⑴-KsocPess ⑴ （9) 其中S为储能系统的荷电状态；Smax为不充电紧急层的下限；S max、Spm imx为少充电预防 层的上下限；Spm _、Spm min为正常充放电安全层的上下限；S min为少放电预防层的下限；X。 为储能系统充电状态下计算KS(X；的系数；X f为储能系统放电状态下计算K ^的系数； 3)风储系统经济性评估模型 评估模型以风储运行最终收益最大为目标，其目标函数表示如下： max (Rincome-Tinvest) (10) 其中为储能系统总收益费用，T inTCSt为储能系统投资费用； 模型的投资主要由储能系统容量投资与其运行维护费用两部分组成，表示为： Tinvest= W OptP+WoptMn (11) 其中，P为储能系统的单位容量价格；M为储能系统年运行维护费用；η为储能系统的运 行年限； 模型的收益主要分为配置储能系统多接纳的电量收益，储能系统存储能量改变量收益 以及减少化石燃料发电的气体排放量所带来的环境保护收益三部分； 采用储能系统面向系统需求的控制策略，多接纳电量收益Rsw为：
其中Esw为利用储能装置面向系统需求控制后电网多接纳的风电电量；P sw为利用储能 装置面向系统需求调控后风场实际发电功率；Isw为风电上网电价；Pw为未安装储能装置风 电场输出功率；t为每个调度日内的调度时段，At为调度时间， 储能系统在调度日内累计的存储电量的变化量Es，其带来存储电量收益Rs: Rs=EsIs (14)
其中Is为储能电量上网电价，Et表示储能系统1个调度日内剩余电量； 风储电量的增加促进新能源开发利用，减少化石燃料用量与减排费用，为环境保护带 来收益；具体环境收益1?〇)2为：
其中1?2为传统发电机组产生单位电能所排放CO2的减排价格，m。。# IkW · h的电能 向大气排放的〇)2的质量。
【专利摘要】本发明涉及一种面向系统调控需求的储能系统最优配置方法，其特点是：从风电对整个电网功率的不平衡性角度出发，调控风电场群输出功率不超出整个电网功率平衡目标的同时，在剩余的电网可利用空间下，设定储能系统放电区间，基于SOC分层控制策略，对储能系统能量进行优化管理，实时修正储能系统充放电功率，优化储能系统工作性能，并建立风储运行经济性评估模型，以综合收益最大为目标，确定最佳储能系统放电区间，优化储能系统容量，延长其使用寿命，提高新能源电量的入网规模，有效利用电网可接纳风电空间。
【IPC分类】H02J3-38, H02J3-32
【公开号】CN104538983
【申请号】CN201510038095
【发明人】李军徽, 严干贵, 葛延峰, 王月, 冯凯翔
【申请人】东北电力大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月26日