一种预装式储能电站的选址方法与流程
本发明涉及一种储能电站的选址方法。
背景技术：
随着能源危机和环境问题的不断涌现，风能、太阳能等分布式可再生能源以其资源分布广、储量大、无污染等优点将在能源危机与环境污染日益严重的未来能源格局中占据有举足轻重是作用。而太阳能作为可再生能源和清洁能源的重要形式之一，已经成为了目前成本最低廉的可再生能源，对全球能源战略的转型也具有至关重要的作用。然而，光伏发电由于受天气影响较大，使其有很大的波动性、间歇性，伴随着大量的光伏电场的建成并且并网，对电网的安全稳定运行势必会造成较大的影响。另外，受太阳光照的影响，光伏出力具有很大的波动性，光电与负荷的不匹配所造成的光电消纳能力不足让弃光现象更为突出。近年来，储能技术的发展为了解决大规模弃光问题提供了思路。受我国太阳能光照的天然分布影响，光伏电站多位于交通不便、地势坎坷的西部地区。落后的交通和崎岖的地势为储能电站的建设带来了严重的制约和影响，且偏远地区地广人稀，使得投资大量人力物力建设传统大型土建式电站的经济效益和社会效益无法最大化，同时贫困地区光伏扶贫项目的大规模建设，地处偏远，网架薄弱，供电可靠性差等问题日渐突出，因此迫切需要一种小型化的储能电站建设方案。预装式储能电站是将储能设备、储能变流器等电力设备组装在可移动的钢制箱体内，不但可以隔绝外部环境的干扰，防止电力设备损坏甚至被盗，而且可以根据实际情况迁移箱式电站的位置以满足改建需要。为了最大限度的消纳光伏，预装式储能电站的选址规划便成为了首要问题，储能电站的选址不当会在一定程度上影响电网的潮流分布，使得光伏电站附近线路输送能力下降，光电消纳能力减弱，弃光现象加重，国民经济也收到一定的损失。
目前国内外暂无公开文献探讨预装式储能电站的选址方案，已有的研究主要是针对储能电站接入配电网的选址电容问题，分析了储能电站的运行特点，研究了储能电站接入配电网后对原有电流保护的影响，对电压波动评估研究较少。而且对于选址效果的评估都较为片面，尚未有学者针对电网的安全稳定性、经济性和提高电网系统的光电消纳能力全方位综合考虑来对预装式储能电站进行选址研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，提出一种预装式储能电站的选址方法。本发明将同等容量的预装式储能电站依次接入所列地址序列的所有选址点进行选址效果评估，将评估效果最佳的一种选址方案作为预装式储能电站的最终接入方案。
所述的预装式储能电站是由储能装置、能量转换装置和保护控制装置共同构成的，并通过升压变压器将预装式储能电站接入电网。本发明可以在电网系统光电消纳能力最高、电网电压偏移量最小和网损最小下有效解决预装式储能电站的选址问题，为工程实践提供指导。
本发明采用的技术方案如下：
本发明预装式储能电站选址方法，首先搭建电网系统的仿真模型，并根据实际需求确定预装式储能电站的选址序列，对所搭建的电网模型进行仿真，得到未接入预装式储能电站时电网系统光伏电站出口的pv曲线，将预装式储能电站依次接入所列选址序列的选址点；每接入一个点便对光伏电站出口进行pv曲线进行扫描，便可以得到n种选址方案下光伏电站出口的功率电压pv曲线。pv曲线是以功率p为横坐标，电压v为纵坐标的一条曲线。找出不同选址序列下pv曲线横坐标的最大值即光电并网极限容量；对n种方案下的风电并网极限容量进行统计，计算出预装式储能电站接入后，光电并网极限容量之差相对于n种方案所能增加的总的光电并网极限容量的百分比，并将此百分比作为选址依据1，对系统光电消纳能力进行评估。在所接入预装式储能电站容量相同的条件下，对预装式储能电站接入前后的n种不同的选址方案下，全网的所有母线电压扫描，将电压的偏移值作为选址依据2；在所接入预装式储能电站容量相同的条件下，对预装式储能电站接入前后的n种不同的选址方案下全网系统的有功网损进行计算，并将全网有功网损作为选址依据3；接着对预装式储能电站接入后相应选址依据的评估效果与最优效果的比率同比分配权重，利用遗传算法对不同选址方案下的最终的选址评估函数值进行计算，选用评估值最高的一种选址方案作为最终的预装式储能电站的选址方案。
具体如下：
1、利用潮流计算模块对电网模型仿真得到未接入预装式储能电站时光伏电站出口的pv曲线，确定预装式储能电站的选址序列；
(1)首先搭建电网系统的仿真模型，当仿真模型搭建完成以后，通过潮流计算模块对电网系统进行仿真，从而得到未接入预装式储能电站时光伏电站出口的功率电压pv曲线；
(2)根据实际需求确定预装式储能电站的选址序列，并用一个n维向量b表示所有的选址序列：
b＝(b1,b2,…,bi,…,bn)
上式中，b表示所有的选址序列，i为电网系统的母线编号，其中1≤i≤n，n表示可供接入母线的总的数量，b1表示第1条母线的预装式储能电站状态，b2表示第2条母线的预装式储能电站状态，bi表示第i条母线的预装式储能电站状态，bn表示第n条母线的预装式储能电站状态，选址序列b中的所有元素取值为0或者1，取值为1时表示预装式储能电站接入相应的母线，取值为0时表示预装式储能电站未接入相应母线。选址序列中有且只有一条母线的预装式储能电站状态为接入，即只有一个非零值，其余的值均未零。
2、将预装式储能电站依次接入所述地址序列的n个选址点，分别选择光电并网极限容量增加率作为选址依据1，电压偏移值作为选址依据2，全网有功网损作为选址依据3并搭建数学模型；
(1)构建选址依据1的评估函数
确定完预装式储能电站序列后，将预装式储能电站依次接入所述选址序列中的n个选址点，利用潮流计算模块对电网系统进行仿真，得到接入预装式储能电站后光伏电站出口的功率电压pv曲线，从而可以得到n个接入预装式储能电站后新的风电并网极限容量。通过计算得到预装式储能电站接入前后的光电并网极限容量之差相对于n种方案所能增加的总的光电并网极限容量的百分比，并将其作为选址依据1。所构建的选址依据1的评估函数如下：
该函数中，定义函数f1(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据1的评估值，xi代表预装式储能电站接入第i个母线，pmax表示未接入预装式储能电站时光电并网极限容量，
(2)构建选址依据2的评估函数
接入预装式微网储能电站后，母线电压的偏移量的大小也是衡量选址方案优劣的一个指标，若电压偏移过大会造成电网系统的不稳定。所以构建电压偏移量评估函数也是至关重要的。
在所接入预装式储能电站容量一致的前提下，对预装式储能电站接入前后的电网系统进行潮流仿真，对接入前后的所有选址方案下的全网所有母线节点电压进行扫描并记录。所构建的选址依据2的评估函数如下：
该函数中，定义函数f2(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据2的评估值，xi表示预装式储能电站接入第i个母线，vi表示未接入预装式储能电站时第i个母线初始电压标幺值，v′i表示预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下的新的母线电压标幺值，n为系统母线总数量，其中1≤i≤n。
(3)构建选址依据3的评估函数
系统的有功损耗是电网运行的一项重要经济指标，合理设定电网系统中各类无功设备的状态以及预装式储能电站的有功无功出力，能够有效的改善电网系统的潮流分布从而有效的控制系统的有功网损。所构建的选址依据3的评估函数如下：
该函数中，定义函数f3(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据3的评估值，xi表示预装式储能电站接入第i个母线，p′loss表示预装式储能电站接入第i个母线后全网的有功网损，bi表示第i条母线的预装式储能电站状态，n表示共有n条母线即预装式储能电站共有个n接入方案，p、q均表示节点，m表示电网系统共有m个节点，v′p表示接入预装式储能电站后节点p的电压幅值，γ表示所有和节点q相连的节点集合，v′q表示接入预装式储能电站后节点q的电压幅值，gpq表示节点p、q之间的电导，bpq表示节点p、q之间的电纳，δpq表示节点p、q之间的相角差。
3、对选址依据1，2，3分别赋予不同的权重，并构建最终的选址评估函数；
构建完成选址依据1，2，3的模型后，对3个选址依据分别赋以不同的权重ω1、ω2和ω3，其中ω1+ω2+ω3＝1，ω1、ω2、ω3分别表示最终选址时选址依据1，2，3的重要程度。其中选址系数的大小和选址依据的重要程度是成正相关性的。
接下来，在构建最终的选址评估函数时，对3个选址依据的评估值进行特殊处理，并将量纲统一化，即按照预装式储能电站接入母线后相应的依据的评估效果与最优效果的比率同比地进行权重分配。鉴于此，预装式储能电站接入第i个母线后的选址方案下的最终的选址评估函数为：
该函数中，定义函数f(xi)为最终的选址评估函数，ω1、ω2、ω3分别表示选址依据1、选址依据2、选址依据3的权重系数，
依据最终选址评估函数f(xi)计算得到每种选址方案下的评估结果。针对所有选址方案的评估值进行搜索排序，选择评估值最大的一种选址方案作为预装式储能电站的最终选址方案。
附图说明
图1是本发明预装式储能电站选址的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
1、利用潮流计算模块对电网模型仿真，得到未接入预装式储能电站时光伏电站出口的pv曲线，确定预装式储能电站的选址序列；
(1)首先搭建电网系统的仿真模型，当仿真模型搭建完成以后，通过潮流计算模块对电网系统进行仿真，从而得到未接入预装式储能电站时光伏电站出口的功率电压pv曲线；
(2)根据实际需求确定预装式储能电站的选址序列，并用一个n维向量b表示所有的选址序列：
b＝(b1,b2,…,bi,…,bn)
上式中，b表示所有的选址序列，i为电网系统的母线编号，其中1≤i≤n，n表示可供接入母线的总的数量，b1表示第1条母线的预装式储能电站状态，b2表示第2条母线的预装式储能电站状态，bi表示第i条母线的预装式储能电站状态，bn表示第n条母线的预装式储能电站状态，选址序列b中的所有元素取值为0或者1，取值为1时表示预装式储能电站接入相应的母线，取值为0时表示预装式储能电站未接入相应母线。选址序列中有且只有一条母线的预装式储能电站状态为接入，即只有一个非零值，其余的值均未零。
2、将预装式储能电站依次接入所述地址序列的n个选址点，分别选择光电并网极限容量增加率作为选址依据1，电压偏移值作为选址依据2，全网有功网损作为选址依据3并搭建数学模型；
(1)构建选址依据1的评估函数
确定完预装式储能电站序列后，将预装式储能电站依次接入所述选址序列中的n个选址点，利用潮流计算模块对电网系统进行仿真，得到接入预装式储能电站后光伏电站出口的功率电压pv曲线，从而可以得到n个接入预装式储能电站后新的风电并网极限容量。通过计算得到预装式储能电站接入前后的光电并网极限容量之差相对于n种方案所能增加的总的光电并网极限容量的百分比，并将其作为选址依据1。所构建的选址依据1的评估函数如下：
该函数中，定义函数f1(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据1的评估值，xi代表预装式储能电站接入第i个母线，pmax表示未接入预装式储能电站时光电并网极限容量，
(2)构建选址依据2的评估函数
接入预装式微网储能电站后，母线电压的偏移量的大小也是衡量选址方案优劣的一个指标，若电压偏移过大会造成电网系统的不稳定。所以构建电压偏移量评估函数也是至关重要的。
在所接入预装式储能电站容量一致的前提下，对预装式储能电站接入前后的电网系统进行潮流仿真，对接入前后的所有选址方案下的全网所有母线节点电压进行扫描并记录。所构建的选址依据2的评估函数如下：
该函数中，定义函数f2(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据2的评估值，xi表示预装式储能电站接入第i个母线，vi表示未接入预装式储能电站时第i个母线初始电压标幺值，v′i表示预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下的新的母线电压标幺值，n为系统母线总数量，其中1≤i≤n。
(3)构建选址依据3的评估函数
系统的有功损耗是电网运行的一项重要经济指标，合理的设定系统中各类无功设备的状态以及预装式储能电站的有功无功出力，能够有效的改善电网系统的潮流分布从而有效的控制系统的有功网损。所构建的选址依据3的评估函数如下：
该函数中，定义函数f3(xi)作为预装式储能电站接入第i个母线的选址方案下作为选址依据3的评估值，xi表示预装式储能电站接入第i个母线，p′loss表示预装式储能电站接入第i个母线后全网的有功网损，bi表示第i条母线的预装式储能电站状态，n表示共有n条母线即预装式储能电站共有n个接入方案，p、q均表示节点，m表示电网系统共有m个节点，v′p表示接入预装式储能电站后节点p的电压幅值，γ表示所有和节点q相连的节点集合，v′q表示接入预装式储能电站后节点q的电压幅值，gpq、bpq、δpq分别表示节点p、q之间的电导、电纳和相角差。
3、对选址依据1，2，3分别赋予不同的权重，并构建最终的选址评估函数。
对选址依据1，2，3的模型分别构建完成之后，对3个选址依据分别赋以不同的权重ω1、ω2和ω3，其中ω1+ω2+ω3＝1，ω1、ω2、ω3分别表示在进行最终选址时选址依据1，2，3的重要程度。其中选址系数的大小和选址依据的重要程度是成正相关性的。
接下来，在构建最终的选址评估函数时，对3个选址依据的评估值进行特殊处理并将量纲统一化，即按照预装式储能电站接入母线后相应的依据的评估效果与最优效果的比率同比的进行权重分配。鉴于此，预装式储能电站接入第i个母线后的选址方案下的最终的选址评估函数为：
该函数中，定义函数f(xi)为最终的选址评估函数，ω1、ω2、ω3分别表示选址依据1、选址依据2、选址依据3的权重系数，
依据最终选址评估函数f(xi)计算得到每种选址方案下的评估结果。针对所有选址方案的评估值进行搜索排序，选择评估值最大的一种选址方案作为预装式储能电站的最终选址方案。
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