用于多能源主动配电网的钒流电池储能系统优化方法与流程

本发明涉及多能源主动配电网钒流电池储能，更具体的说是涉及一种用于多能源主动配电网的钒流电池储能系统优化方法。

背景技术：

1、随着化石能源短缺告急，风力发电、光伏发电等可再生能源技术发展的成熟，分布式可再生能源接入配电网成为常态。大量分布式光伏电站、风电场的接入有效地保障了配电网中的用电负荷功率，减少了配电网对上级电网的功率需求，从而达到发电侧火电厂减少燃煤、减少碳排放和温室气体排放的目的。但是由于分布式可再生能源具有波动性和随机性，并不能满足配电网中的实时需求，另外大量分布式电源的接入给配电网潮流、节点电压波动带来较大影响。因此可以将能量进行时间尺度上的转移的储能系统成为了此类配电网中的必要配置系统，这种能实现功率灵活双向流动的配电网也被定义为主动配电网。

2、相较于飞轮储能和压缩空气储能等传统机械储能方式，钒流电池储能具有容量大、响应速度快、循环寿命长和投资成本低等优势。目前对主动配电网中钒流电池储能系统的配置方法较为简单，对钒流电池储能系统在主动配电网中的设置运行目标较为单一。

3、现有公告号为：cn110188408b的中国专利公开了一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法，其包括步骤：1、根据全钒液流电池的等效电路模型建立全钒液流电池的数学模型；2、参数辨识；3、构建瞬时能量效率方程；4、构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗，并确定相关约束条件；5、采用粒子群算法计算，输入功率值pch/dis和剩余电量soc求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及该效率对应的流速、温度和电压。

4、现有的优化规划方法并不能满足钒流电池储能系统在主动配电网中的多维运行收益，也不能实现精确的储能系统投资、运行成本最优，在造成配置容量冗余的同时增加了建设维护的成本。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于多能源主动配电网的钒流电池储能系统优化方法。

2、为实现上述的目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种考虑多场景运行策略的多能源主动配电网钒流电池储能系统优化规划方法，包括如下步骤：

4、步骤1、确立分布式电源出力特性模型以及全钒液流电池动态充放电率模型；

5、步骤1.1、调取风速-功率曲线和光照强度-功率曲线，并根据风速-功率曲线和光照强度-功率曲线获得接入主动配电网风电场和光伏电站的出力值；

6、步骤1.2、通过全钒液流电池组充放电实验数据拟合全钒液流电池动态充放电效率曲线，并构建钒流电池储能系统的动态充放电模型；

7、步骤2、构建钒流电池储能系统在主动配电网中多场景运行策略模型，并生成运行约束条件；

8、步骤2.1、根据所述运行约束条件形成不同的运行目标，以不同运行目标为基础构建钒流电池在主动配电网中的运行策略和对应的运行约束；

9、步骤2.2、确立全钒液流电池储能系统固有特性运行约束和在主动配电网中实现功率交换的运行约束；

10、步骤3、从包括配电网投资者、储能系统投资者和用户的多角度分析并构建钒流电池储能系统的多维运行收益指标体系，并对收益指标体系构建目标函数，分别以步骤2.1中构建的运行策略作为钒流电池储能系统运行约束条件，以改进的遗传算法求解目标函数的最优解，所得最优解的适应度值即为主动配电网中钒流电池储能系统的运行收益和相对应的解集为钒流电池储能系统优化规划解，即钒流电池储能系统的配置容量和配置功率，以获得不同运行目标下主动配电网的钒流电池储能系统运行策略和相应地优化规划结果。

11、作为本发明的进一步改进，所述步骤1.1中，接入主动配电网的分布式风电场和光伏电站的出力值可以表示为：

12、

13、

14、其中：pn为风电场的额定出力，a1-a4为风速-功率曲线拟合参数，v、vin、vn、vout分别为实际风速、切入风速、额定风速和切出风速，psn为光伏发电单元的额定输出功率，i和in分别为光照强度实际值和光照强度额定值。

15、作为本发明的进一步改进，所述步骤1.2中，通过钒流电池单元充放电实验数据拟合出钒流电池动态充放电效率曲线，并构建钒流电池储能系统动态充放电效率模型，可以表示为：

16、

17、其中：ac、bc、cc等为vrb充电效率系数，ad、bd、cd等为vrb放电效率系数，soct为钒流电池储能系统的实时荷电状态，pvrb为钒流电池储能系统的额定功率。

18、作为本发明的进一步改进，所述步骤2.1中，构建了多场景下钒流电池储能系统的运行策略约束，所述运行策略约束包括最大分布式可再生能源就地消纳运行策略、最大主动配电网负荷供电保障运行策略和参与电力市场最大套利运行策略，并根据运行策略约束确定多场景运行策略对钒流电池储能系统运行工况的约束。

19、作为本发明的进一步改进，所述步骤2.2中，确立全钒液流电池储能系统固有特性运行约束和在主动配电网中实现功率交换的运行约束，如下所示：

20、

21、其中，为规划配置钒流电池储能系统的额定功率，为规划配置钒流电池储能系统的额定容量。

22、作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，用于多能源主动配电网中钒流电池储能系统的多维运行收益指标体系可以表示为：

23、minj＝cop+closs-blr-barb

24、其中，cop为钒流电池建设包括投资成本和日常运行成本两部分组成的运行建设成本，closs为线路传输功率损耗组成的网络损耗成本，blr为钒流电池储能系统向负荷供电保障收益，barb为钒流电池储能系统参与电力市场交易收益。

25、作为本发明的进一步改进，所述运行建设成本、网络损耗成本、钒流电池储能系统向负荷供电保障收益和钒流电池储能系统参与电力市场交易收益分别可以表示为：

26、

27、

28、

29、

30、其中：kop为单位时间钒流电池储能系统运行成本系数；

31、ω为单日下钒流电池储能系统建设投资成本系数；

32、kloss为单位线路损耗成本系数；

33、kl为单位负荷供电保障效益；

34、ep(t)为上级电网供电实时电价。

35、作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，根据多能源主动配电网的运行环境，通过比较不同运行目标的运行策略下钒流电池储能系统的优化规划运行收益以确定该主动配电网运行环境下匹配的运行策略和优化规划结果。

36、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

37、1)本发明中对钒流电池充放电效率的动态特性进行分析，相应地构建了钒流电池储能系统的动态充放电模型，使得储能系统的实时运行工况更加精确，同时提高了优化规划结果的精确性；

38、2)本发明对钒流电池储能系统构建了多场景运行策略模型。相较于现有技术中固定的运行策略约束，使钒流电池储能系统在主动配电网中的运行多样性得以体现，充分发挥钒流电池储能系统的多场景运行功能，也可以在不同的主动配电网优化规划中因地制宜，选择适配于该运行环境下的钒流电池储能系统运行策略约束；

39、3)本发明构建了钒流电池储能系统多维运行收益指标体系，充分考虑钒流电池的运行收益，以此为目标函数可以提高优化规划结果的正确性和合理性。