基于机会约束模型的多类型储能系统容量优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种容量配置方法，具体涉及一种基于机会约束模型的储能系统容量 优化配置方法，可适应于风储、光储以及风光储等不同方式的联合发电系统中多类型储能 系统容量优化配置。
【背景技术】
[0002] 由于传统能源逐渐枯竭，所面临的能源环境危机日益严重，风电、光伏等可再生能 源发电技术越来越引起人们重视。这些发电方式普遍具有能量密度低和功率输出随机性强 等特点，而这也是限制风电、光伏发电并网的主要因素之一。
[0003] 储能系统可有效平抑风电和光伏发电出力波动，提高风电和光伏发电的并网友好 性及规模，但受经济条件约束，能量型储能系统如电池储能，目前因其循环寿命相对较短， 在其使用过程中需尽量限制其充放电量及全充全放电次数；而功率型储能系统如超级电容 等，因其能量密度低，有时不能有效应对由于大幅度的能量波动而引起的风电或光伏发电 的出力波动。而通过将小容量、高功率比、高循环寿命的功率型储能系统和大容量、高能量 比的能量型储能系统进行复合应用，通过优化控制混合储能来对不同时间特性的功率波动 进行补偿，能够得到相对单一储能系统更好的平抑风电、光伏发电的出力波动效果。因此， 提出一种兼顾混合型储能系统功率优化控制及容量优化配置，并用尽可能低的储能系统成 本来满足多类型储能系统控制与容量优化配置需求，是目前多类型储能系统联合新能源发 电并网应用中急需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种基于机会约束模型的多类型储能系统容量优化配置方法，能 有效解决上述问题。本发明考虑了风电出力、光伏发电的随机性，通过机会约束理论建立模 型，通过设置模糊修正系数来划分储能系统状态，在最大程度降低混合储能系统的配置费 用。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] -种基于机会约束模型的多类型储能系统容量优化配置方法，所述方法包括如下 步骤：
[0007] (1)考虑新能源发电随机性建立熵-机会约束数据模型；
[0008] (2)基于模型模拟建立储能系统充放电控制策略；
[0009] (3)通过遗传优化算法确定储能系统充放电电量。
[0010] 优选的，所述步骤（1)中，包括如下步骤
[0011] 步骤1-1、建立以最小化混合储能系统的配置费用，最小化新能源发电波动率的期 望，最小化储能系统功率波动的期望为目标的函数，如下式：
[0014] 式中Cinf(CI)表示约束条件以一定的置信水平成立的前提下，极小化目标函数 的悲观值，（；为目标函数的悲观值，本模型中则表示在α置信水平下，满足总成本约束 情况下，C为最小化混合储能系统的配置费用；，其中Pxraft为为t时刻储能系统参考功 率；当X = B时表示能量型储能系统，X = U时表示功率型储能系统；P x与五_ χ为决策 变量，分别指储能系统的额定功率和额定容量；t为时间指标，i = 1，2, ... T ;SPx为储能 单位额定功率费，Sex为储能单位额定容量费，ξ xt为t时刻储能系统的修正系数，S Px、Sex和Ixt这三个量为模糊参数，P Bt、Put分别为t时刻能量型与功率型储能系统充放电功 率，ξ Bt、ξ ut分别为t时刻能量型储能系统和功率型储能系统的修正系数；P wt为t时刻 新能源发电功率；p*为t时刻新能源发电目标功率，由式
求得，m为低通滤波时间常数；Pbi^为能量型储能系统参考功率，PB"ftS t时刻能量型 储能系统参考功率，由式
求得，η为高通滤波时间 常数；Puraf为功率型储能系统参考功率，P Uraft为t时刻功率型储能系统参考功率，由式
求得；
其中PBraft为t时刻能量型储能系统参考 功率，η为高通滤波时间常数；
Puraft为t时刻功率型储能系统参考功率；
[0016] 步骤1-2、建立储能系统功率出力约束条件，如下式：
[0018] 式中，Pxt为储能功率；
[0019] 步骤1-3、建立储能系统荷电状态约束条件，如下式：
[0021 ] 其中t时刻的荷电状态由式，
获得；
[0022] WiXZi分别为储能荷电状态的上下限值为储能的初始电量；nxt为t时 刻充放电效率。
[0023] 优选的，所述步骤（2)中，包括如下步骤：
[0024] 步骤2-1、将荷电状态值划分为表示各种荷电状态的区间；
[0025] 步骤2-2、划分对应充放电量区间；
[0026] 步骤2-3、确定各充放电量区间储能模糊修正参数；
[0027] 步骤2-4、依次获得各时段储能系统充放电功率与荷电状态。
[0028] 优选的，所述步骤2-1中，所述荷电状态值范围是0. 1~0. 9,考虑实际越限情况， 将荷电状态分为充电和放电过程，每个过程分为5个状态：[0，A]，（A，B]，（B，C]，（C，D]， (D，1]。
[0029] 优选的，所述步骤2-2中，根据所确定的5个荷电状态值A，B，C，D来对应划分充电 过程的充电电量区间为：[0，a]，（0，b]，（0，c]，（0，(1]，0;放电过程相对应的放电电量区间 为：0,（0, d]，（0, c]，（0, b]，[0, a];从而保证荷电状态保持在[0. 1，0. 9]。
[0030] 优选的，所述步骤2-3中，根据所述荷电状态值，设置储能修正系数ξ，ξ为三角 模糊数，根据不同区间服从的三角模糊数不同，各区间Ixt设置如下：
[0031] 充电过程5个荷电状态区间相对应ξ xt为：（0, a-a ' a)，（0, b-b' b)，（0, C-C' c)， (0，(1-(1>>，(1)，0;放电过程5个荷电状态区间相对应|:^为 ：0，（0，(1-(1>>，(1)，（0，(3-(^，(3)， (0, b-b*，b)，（0, a-a*，a);其中a*，W，cT为设置三角模糊数时所确定的参数。
[0032] 优选的，所述步骤2-4中，包括如下步骤：
[0033] 步骤2-4-1、根据t-Ι时刻的荷电状态SOC(t-l)，确定SOC(t-l)所属荷电状态区 间范围；
[0034] 步骤2-4-2、确定SOC(t-l)对应所满足的三角模糊数区间；
[0035] 步骤2-4-3、随机选择ξ xt具体数值作为修正系数，则储能系统的修正功率为 储能系统的充放电功率为
其中Pxraft为为t时刻储能系统参考功 率；
[0036] 步骤2-4-4、根据t时刻的储能系统的充放电功率Pxt确定出当前t时刻储能系统 的荷电状态SOC(t)，根据SOC(t)确定t+Ι时刻的储能系统的充放电功率Px(t+1)。
[0037] 优选的，所述步骤（3)中，包括如下步骤：
[0038] 步骤3-1、获得新能源发电目标功率，储能功率，能量型储能系统、功率型储能系统 参考功率及最大值；
[0039] 步骤3-2、初始化能量型储能系统额定功率，功率型储能系统额定功率，能量型储 能系统额定容量，功率型储能系统额定容量，定义整数P〇P_siZe作为染色体的个数；
[0040] 步骤3-3、求出成本费用、新能源发电波动率期望、能量型储能系统波动率期望目 标值；
[0041] 步骤3-4、评估，对于模型中的目标，分别赋予权重：ω ω2, ω3，对p〇p_size个染 色体分