海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法及系统与流程

1.本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.近年来，随着日趋严重的能源危机问题和环境问题，风电等可再生能源越来越受到广泛关注。海上风电与陆上风电相比，具有距离用电负荷中心近、海上风机不占用土地资源、出力波动较小以及海上风机效率更高等特点。海上风电的大规模运用可有效应对能源危机问题和环境问题。
3.针对大规模海上风电消纳问题，储能系统是解决该问题的有效方法之一，其在海上风电出力峰阶段储存电能，在出力低谷阶段释放电能，以获取更多的电能收益。但当前储能系统投资成本仍较高，尤其是大规模储能系统，仅依靠储能系统参与电能交易以提高经济效益的方法，储能系统成本回收年限长，且储能系统利用率较低。储能系统因具有快速调节等特性能够有效参与调频辅助服务，已成为了优质的调频资源。通过合适的储能电站能量管理策略和控制策略，海上风电可与储能电站联合参与调峰调频辅助服务。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法。本发明方法基于合作的思想将海上风电场的储能进行联盟共享，共同参与电网调度，既能有效提高海上风电的消纳水平，又能提高海上风电的经济效益。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法，包括：
7.获取海上风电以及自配储能的各项参数；利用场景法生成风电出力信息；
8.基于所述各项参数和所述风电出力信息建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型；以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，基于所述收益模型构建基于共享储能的海上风电集群参与现货市场交易的优化运行模型及约束条件；
9.基于约束条件对所述优化运行模型进行优化求解，得到共享储能的目标充放电功率。
10.作为本发明的进一步改进，所述各项参数包括：风电场额定功率、储能容量、储能最大充放电功率、储能soc区间、建设成本和最大充放电次数。
11.作为本发明的进一步改进，所述利用场景法生成风电出力信息，包括：
12.根据自回归滑动平均模型对风速信息进行预测；
13.采用拉丁超立方分层采样对风速预测误差进行抽样，并假设所采集的每个样本概率都相等；
14.采用向后削减技术对预测误差场景样本集合进行削减，合并相近的场景生成海上风电出力场景；
15.依据风速和风电功率之间的关系，给出海上风电出力场景的风电有限出力场景以及对应场景的概率；
16.将所述风电有限出力场景以及对应场景的概率作为风电出力信息。
17.作为本发明的进一步改进，所述建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型，所述收益模型包括日前市场收益模型、实时市场收益模型、储能循环寿命成本模型，具体为：
18.日前市场收益模型为：
[0019][0020]
实时市场收益模型为：
[0021][0022]
式中：t为联盟周期所包含的δt的段数，s为海上风电出力场景总数，γs为场景s的概率，w
a,t
为联盟a在t时段参与现货市场交易的总收益，e
i,t
为海上风电场i在t时段的总收益，具体表述如下：
[0023][0024][0025][0026]
式中：为海上风电场在日前市场上的收益，为海上风电场在实时市场上的收益,为日前出清价格，为海上风电场在日前市场的投标值，为实际发电功率，λ
+
、λ-分别为正惩罚系数、负惩罚系数；
[0027]
储能循环寿命成本模型为：
[0028][0029]
式中，c
cycle
为储能循环寿命成本，n为储能建设成本，为储能在第t个时段的储能等效循环次数。
[0030]
作为本发明的进一步改进，所述以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，所述目标函数为：
[0031]
max(e
a-c
cycle
)
[0032]
式中，c
cycle
为储能循环寿命成本，ea为日前市场收益模型；
[0033]
共享储能根据海上风电场的发电误差状态向海上风电场提供充放电功率；
[0034]
统计海上风电场发电误差状态：
[0035]
δp
t
＝p
real-pd[0036]
式中，δp
t
为海上风电场在t时刻的发电误差，p
real
为实际发电功率，pd为在日前市场投标的功率。
[0037]
作为本发明的进一步改进，所述约束条件包括：
[0038]
风电投标功率约束：
[0039][0040]
式中，为风电场在日前市场的投标功率，pt,max为风电场额定功率；
[0041]
正负偏差考核价格约束：
[0042]
0《λ
+
《1
[0043]
λ-》1
[0044]
式中，λ
+
、λ-分别为风电商日前投标出力与实际出力正向偏差考核价格系数及负向偏差考核价格技术；
[0045]
功率平衡约束：
[0046][0047]
式中p
i,t
为共享储能在t时段提供给新能源电站i的充放电功率，p
d,i,t
为新能源电站i在t时段的充放电需求功率；
[0048]
储能充放电功率约束：
[0049]-p
max
≤p
i,t
≤p
max
[0050]
p
max
＝min{pc,p
m,i,t
}
[0051]
p
m,i,t
＝(s
soc,i,i-1-s
soc,min
)ciη
dis
/δt
[0052]
式中p
max
为储能的最大充放电功率，pc为储能的额定功率，p
m,i,t
为过新能源电站i在t时段的可用电量在t时段全部放出时对应的平均功率，s
soc,min
为新能源电站自配储能荷电状态的下限值，ci为储能的额定容量，η
dis
为充放电效率；
[0053]
储能荷电量约束：
[0054]ssoc,min
≤s
soc,i,t
≤s
soc,max
[0055]
式中，s
soc,min
、s
soc,max
分别为储能荷电状态的下限值、上限值；
[0056]
储能充放电状态约束：
[0057][0058]
式中，β
ch
、β
dis
分别为储能系统的充放电状态变量，0代表充电，1代表放电。
[0059]
作为本发明的进一步改进，所述对所述基于共享储能的海上风电集群参与现货市场交易的优化运行模型进行优化求解，得到共享储能的目标充放电功率，包括：
[0060]
汇总各海上风电场的发电信息以及储能状态；
[0061]
随机生成n组共享储能在t时段提供给各海上风电场的充放电功率方案；
[0062]
对所述优化运行模型经过预设迭代次数的迭代寻优，得到最终共享储能在t时段提供给各海上风电场的目标充放电功率方案。
[0063]
一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化系统，包括：
[0064]
获取模块，用于获取海上风电以及自配储能的各项参数；利用场景法生成风电出力信息；
[0065]
建模模块，用于基于所述各项参数和所述风电出力信息建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型；以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，基于所述收益模型构建基于共享储能的海上风电集群参与现货市场交易的优化运行模型及约束条件；
[0066]
求解模块，用于基于约束条件对所述优化运行模型进行优化求解，得到共享储能的目标充放电功率。
[0067]
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的步骤。
[0068]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的步骤。
[0069]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0070]
本发明的海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法，以海上风电和共享储能系统收益最大为目标，构建共享储能参与的海上风电集群联盟参与现货市场的优化运行模型；生成提供给各海上风电场的最优充放电功率方案。本发明将海上风电场整合起来形成联盟，以共享储能的形式联合调度，提高整个海上风电场集群的收益。该方法基于合作的思想将海上风电场的储能进行联盟共享，共同参与电网调度，既能有效提高海上风电的消纳水平，又能提高海上风电的经济效益。
附图说明
[0071]
图1为本发明提供的一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的流程图；
[0072]
图2所示为海上风电场及共享除恶能拓扑结构图；
[0073]
图3所示为混沌量子遗传算法优化求解共享储能提供给海上风电场的最优充放电功率流程；
[0074]
图4为本发明一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化系统；
[0075]
图5为本发明一种电子设备示意图。
具体实施方式
[0076]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0077]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0078]
本发明提供了一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法。该方法基于合作的思想将海上风电场的储能进行联盟共享，共同参与电网调度，既能有效提高海上风电的消纳水平，又能提高海上风电的经济效益。具体方案如下：
[0079]
一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法，包括如下步骤：
[0080]
(1)选定某沿海地区的海上风电场集群，获取海上风电场以及自配储能的各项参数；
[0081]
(2)利用场景法生成风电出力信息；
[0082]
(3)建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型，包括日前市场收益模型、实时市场收益模型、储能循环寿命成本模型；
[0083]
(4)以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，构建基于共享储能的海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型；
[0084]
(5)建立模型约束条件，包括储能充放电状态约束、共享储能功率平衡约束、容量约束、储能荷电量约束；
[0085]
(6)基于建立的海上风电共享储能参与现货市场交易的优化运行模型，采用混沌量子遗传算法进行优化求解，得到共享储能目标的充放电功率。
[0086]
以下结合具体实施例对本发明的方法进行详细说明。
[0087]
如附图1所示，为本发明提供的一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的流程图，本发明一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法，包括：
[0088]
选定若干自配储能的海上风电场组成联盟，获取海上风电机组的预测出力值以及自配储能的各项参数；
[0089]
以海上风电和共享储能系统收益最大为目标，构建共享储能参与的海上风电集群联盟参与现货市场的优化运行模型；
[0090]
其中，本发明考虑储能循环寿命成本，建立储能循环寿命成本模型；海上风电集群向共享储能平台上报每日发电短缺、发电过剩、以及自配储能等信息，以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，生成提供给各海上风电场的最优充放电功率方案。本发明将海上风电场整合起来形成联盟，以共享储能的形式联合调度，提高整个海上风电场集群的收益。
[0091]
各步骤说明如下：
[0092]
步骤1、选定某沿海地区的海上风电场集群，获取海上风电场以及自配储能的各项参数，各项参数包括：风电场额定功率、储能容量，储能最大充放电功率，储能soc区间，建设成本，最大充放电次数。
[0093]
步骤2、生成海上风电出力场景，利用场景法生成风电出力信息；场景法具体表述
为：
[0094]
根据自回归滑动平均模型(arma)对风速信息进行预测；
[0095]
采用拉丁超立方分层采样对风速预测误差进行抽样，并假设所采集的每个样本概率都相等；
[0096]
采用向后削减技术对预测误差场景样本集合进行削减，合并相近的场景生成海上风电出力场景；
[0097]
依据风速和风电功率之间的关系，给出海上风电出力场景的风电有限出力场景以及对应场景的概率。
[0098]
步骤3、建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型，包括日前市场收益模型、实时市场收益模型、储能循环寿命成本模型，具体表述为：
[0099]
日前市场收益模型为：
[0100][0101]
实时市场收益模型为：
[0102][0103]
式中：t为联盟周期所包含的δt的段数，s为海上风电出力场景总数，γs为场景s的概率，w
a,t
为联盟a在t时段参与现货市场交易的总收益，e
i,t
为海上风电场i在t时段的总收益，具体表述如下：
[0104][0105][0106][0107]
式中：为海上风电场在日前市场上的收益，为海上风电场在实时市场上的收益,为日前出清价格，为海上风电场在日前市场的投标值，为实际发电功率，λ
+
、λ-分别为正惩罚系数、负惩罚系数；
[0108]
储能循环寿命成本模型为：
[0109][0110]
式中c
cycle
为储能循环寿命成本，n为储能建设成本，为储能在第t个时段的储能等效循环次数；
[0111]
步骤4、以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，构建共享储能参与的海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型，具体表述为：
[0112]
目标函数为：
[0113]
max(e
a-c
cycle
)
[0114]
共享储能根据海上风电场的发电误差状态向海上风电场提供充放电功率，具体表述为：
[0115]
联盟各海上风电场发电误差状态：
[0116]
δp
t
＝p
real-pd[0117]
式中δp
t
为海上风电场在t时刻的发电误差，p
real
为实际发电功率，pd为在日前市场投标的功率；
[0118]
如附图2所示，为海上风电场及共享储能平台拓扑图。
[0119]
状态1、δp＞＞0，发电过剩，此时共享储能平台向海上风电场提供充电功率，当发电过剩功率超过了对外部共享储能供给的功率，此时剩余电力用于自配储能充电；当对外部共享储能供给的功率超过了发电过剩功率，消耗自配储能供给外部储能需求；
[0120]
状态2、δp《0,发电短缺，此时共享储能平台向海上风电场提供放电功率，
[0121]
当自配储能能够完全弥补发电缺额，共享储能为电站提供充电功率；当自配储能无法完全弥补发电缺额，共享储能为电站提供放电功率；
[0122]
步骤5、建立模型约束条件，包括储能充放电状态约束、共享储能功率平衡约束、容量约束、储能荷电量约束；
[0123]
风电投标功率约束：
[0124][0125]
式中，为风电场在日前市场的投标功率，pt,max为风电场额定功率。
[0126]
正负偏差考核价格约束：
[0127]
正负偏差电量考核电价参考日前出清价格设置，满足负偏差考核价格大于日前市场出清价格，正偏差考核价格小于日前市场出清价格的约束，具体表述为：
[0128]
0《λ
+
《1
[0129]
λ-》1
[0130]
式中，λ
+
、λ-分别为风电商日前投标出力与实际出力正向偏差考核价格系数及负向偏差考核价格技术；
[0131]
功率平衡约束：
[0132][0133]
式中p
i,t
为共享储能在t时段提供给新能源电站i的充放电功率，p
d,i,t
为新能源电站i在t时段的充放电需求功率；
[0134]
储能充放电功率约束：
[0135]-p
max
≤p
i,t
≤p
max
[0136]
p
max
＝min{pc,p
m,i,t
}
[0137]
p
m,i,t
＝(s
soc,i,i-1-s
soc,min
)ciη
dis
/δt
[0138]
式中p
max
为储能的最大充放电功率，pc为储能的额定功率，p
m,i,t
为过新能源电站i
在t时段的可用电量在t时段全部放出时对应的平均功率，s
soc,min
为新能源电站自配储能荷电状态的下限值，ci为储能的额定容量，η
dis
为充放电效率；
[0139]
储能荷电量约束：
[0140]ssoc,min
≤s
soc,i,t
≤s
soc,max
[0141]
式中，s
soc,min
、s
soc,max
分别为储能荷电状态的下限值、上限值；
[0142]
储能充放电状态约束：
[0143][0144]
式中，β
ch
、β
dis
分别为储能系统的充放电状态变量，0代表充电，1代表放电；
[0145]
步骤6、基于建立的海上风电共享储能参与现货市场优化运行模型，采用混沌量子遗传算法进行优化求解，得到共享储能最优的充放电功率，如附图3所示，为混沌量子遗传算法优化求解共享储能提供给海上风电场的最优充放电功率流程。
[0146]
如图3所示，具体表述为：
[0147]
汇总各海上风电场的发电信息以及储能状态；
[0148]
随机生成n组共享储能在t时段提供给各海上风电场的充放电功率方案；
[0149]
经过最大迭代次数的迭代寻优，优化得到最终共享储能在t时段提供给各海上风电场的充放电功率方案。
[0150]
其中，经过最大迭代次数的迭代寻优(最大迭代次数预先设定得到)，包括：
[0151]
初始化种群，计算初始种群的联盟收益；
[0152]
对比当前种群的适应度，寻找全局最优方案；
[0153]
利用旋转量子门进行种群个体的更新；
[0154]
达到最大迭代次数，得到共享储能目标最优的充放电功率。
[0155]
若未达到最大迭代次数，返回初始化种群步骤，重新迭代计算。
[0156]
如图4所示，本发明还提供一种海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化系统，包括：
[0157]
获取模块，用于获取海上风电以及自配储能的各项参数；利用场景法生成风电出力信息；
[0158]
建模模块，用于基于所述各项参数和所述风电出力信息建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型；以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，基于所述收益模型构建基于共享储能的海上风电集群参与现货市场交易的优化运行模型及约束条件；
[0159]
求解模块，用于基于约束条件对所述优化运行模型进行优化求解，得到共享储能的目标充放电功率。
[0160]
如图5所示，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的步骤。
[0161]
所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法包括以下步骤：
[0162]
获取海上风电场集群的海上风电场以及自配储能的各项参数；利用场景法生成风
电出力信息；
[0163]
基于各项参数和风电出力信息，建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型；以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，构建共享储能参与的海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型，并建立收益模型约束条件；
[0164]
基于收益模型约束条件，对所述海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型进行优化求解，得到共享储能最优的充放电功率。
[0165]
本发明第还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法的步骤。
[0166]
所述海上风电共享储能参与现货市场交易协调优化方法包括以下步骤：
[0167]
获取海上风电场集群的海上风电场以及自配储能的各项参数；利用场景法生成风电出力信息；
[0168]
基于各项参数和风电出力信息，建立海上风电场参与现货市场交易的收益模型；以海上风电及共享储能联合运行收益最大为目标函数，构建共享储能参与的海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型，并建立收益模型约束条件；
[0169]
基于收益模型约束条件，对所述海上风电场集群参与现货市场交易的优化运行模型进行优化求解，得到共享储能最优的充放电功率。
[0170]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0171]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0172]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0173]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0174]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。