一种考虑频率动态约束的共享储能站和微网协同管理方法

本发明涉及一种共享储能站和综合能源微网的多主体协同管理方法，尤其是涉及一种考虑频率动态约束的共享储能站和综合能源微网协同管理方法。

背景技术：

1、随着电力系统中共享经济的推广应用，共享储能站的发展得到广泛关注。王秀丽、陈玥等学者研究了共享储能站的结构模式和定价机制，并分析了共享储能站对电力系统经济效益和灵活调节能力的影响。程静、徐艳春等学者将共享储能站扩展应用于多能源系统，计及综合需求响应构建了主从博弈模型，通过共享储能站为多个微网提供服务实现了多主体间的供需协同运行、清洁能源规模消纳和经济互利共赢。夏云睿、宫瑶等学者设计了一种基于功率和容量动态租赁的共享储能交易机制，确保了每个参与者的非负利润，实现了共享储能站和用户的整体利益提升。王秀丽，帅轩越等学者基于共享储能站容量租赁提出了储能容量最优配置和综合能源微网经济运行方法。周波等学者丰富了储能使用权的交易品种，基于能量容量权、功率容量权和爬坡容量权提出了考虑多时间尺度的灵活交易运行方法以应对光伏功率的随机变化特性。随着中国辅助服务市场的逐步建立，共享储能站将在调频、备用等灵活性辅助服务中占据重要地位。王旭等学者提出一种共享储能站以租赁或共享形式协同可再生能源电站参与能量-调频市场的运行策略。胡泽春等学者使发电侧共享储能站同时承担能量平衡和自动发电控制服务，提出了最大化储能效益的时前能量和辅助服务市场运行策略。共享储能站提供多种服务提升了其灵活调节能力和盈利能力，但可再生能源的高比例接入和微网终端电气化率的提升对用户侧综合能源微网的功率能量平衡产生严重影响，亟需用户侧共享储能站主动参与功率-能量平衡以满足不同综合能源微网差异化的灵活性需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑频率动态约束的共享储能站和综合能源微网协同管理方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑频率动态约束的共享储能站和综合能源微网协同管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1，基于综合能源微网差异化需求，提出功率自营和容量租赁的共享储能站使用权运行模型；

5、s2，考虑频率动态变化过程，采用分段线性化方法近似频率偏差累积值作为综合能源微网频率动态约束；

6、s3，考虑s2中综合能源微网频率动态约束，并基于源荷功率不确定变化构建综合能源微网鲁棒优化模型；

7、s4，基于主从博弈模型构建共享储能运营商和综合能源微网运营商的双层协同管理模型，所述双层协同管理模型的上层模型为s1中的共享储能站使用权运行模型，双层协同管理模型的下层模型为s3中的综合能源微网鲁棒优化模型，实现共享储能运营商使用权定价策略和综合能源微网的调度运行。

8、而且，步骤s1中，所述共享储能站使用权运行模型包括共享储能运营商的目标函数、充放电功率约束、能量和能量容量约束、电力网络功率约束和价格约束，

9、共享储能运营商的目标函数为：

10、maxfseso＝farb+frig-fcos

11、

12、式中：n和i为综合能源微网区域数量和区域标号；h＝24和h为运行周期数和小时时段；λd和λre分别为外部能源价格、功率自营价格、容量权租赁价格、共享储能单位功率运行成本和综合能源微网提升共享储能的能量奖励成本；为共享储能站与互联电力供应系统交互的充放电功率；和分别为共享储能站自营功率和综合能源微网租赁容量；为共享储能站参与综合能源微网运行的功率，为综合能源微网提升共享储能的能量；

13、充放电功率约束为：

14、

15、式中：和分别共享储能站向综合能源微网提供的充电功率和放电功率；为共享储能站的最大充放电功率；μ为0-1变量避免共享储能站同时处于充放电状态；

16、能量和能量容量约束为：

17、

18、式中：ηc和ηd为共享储能站的充放电效率；为共享储能站参与能源价差套利的能量变化；为共享储能站的能量；和为共享储能站的灵活调节容量最大最小值；

19、电力网络功率约束为：

20、

21、式中：为综合能源微网区域i在h时段内向电力供应系统购买的功率；ptie为电力网络允许功率阈值；

22、价格约束为：

23、

24、式中：λp和λe分别为共享储能站的功率和容量单位运行成本。

25、而且，步骤s2中，所述综合能源微网频率动态约束为：

26、cfi,t＝|min(0,kcfcfmax-cfi,t)|

27、式中：kcf为频率动态约束偏好；cfmax允许的最大频率偏差累积值；cfi,t为频率偏差累积值违反动态约束惩罚项，通过调整kcf实现频率性能的优化。

28、而且，步骤s3中，

29、综合能源微网运营商的目标函数为：

30、minfmg＝feg+frig+fperf+fcos

31、

32、式中：λgas和ηge为燃气价格和气电转换效率；λchp，和分别为chp单位功率运行成本、平衡功率和调频功率；λep和为热电转换系统系统单位功率运行成本和平衡功率；λgre和为弃光成本和弃光功率；λf和cfi,t为频率动态约束惩罚成本和频率偏差累积值；th＝12，t分别为小时时段内频率动态管理周期数和分钟时段，微网频率动态管理执行周期为5min；

33、电热功率平衡约束为：

34、

35、式中：和为电热负荷的小时尺度预测值；为光伏功率小时尺度预测值；为综合能源微网区域间交互功率；和为共享储能运营商自营充放电功率；为弃光功率；ηgh和ηeh分别为气热转换效率和电热转换效率；

36、室温平衡约束为：

37、

38、式中：和δtemp分别为h时段室温、初始室温和允许的室温变化温度；ηh＝0.278coρovo，co，ρo和vo分别为室内空气比热、空气密度和空气体积；

39、综合能源微网区域间交互功率约束为：

40、

41、式中：ptie-pro为综合能源微网区域联络线传输功率阈值；

42、可调系统功率约束为：

43、

44、式中：和为chp和ep的最大功率；

45、频率平衡约束为：

46、

47、式中：和为共享储能运营商租赁容量对应的一次和二次备用上调频总功率和备用下调频总功率，为chp一次和二次调频总功率；

48、频率动态约束为：

49、cfi,t＝|min(0,kcfcfmax-cfi,t)|

50、chp的调频功率约束为：

51、

52、式中：ηachp为chp调频备用功率系数；

53、综合能源微网运营商购买的自营功率约束为：

54、

55、式中：kr为共享储能运营商向综合能源微网运营商提供的自营功率系数；

56、共享储能运营商参与综合能源微网调频的功率和能量约束为：

57、

58、式中：krf和crf为共享储能运营商可提供的调频功率和容量系数；和为共享储能运营商提供的备用上下调频容量；

59、共享储能运营商参与综合能源微网运行的总功率约束和综合能源微网提升共享储能站的能量约束为：

60、

61、而且，步骤s3中，所述综合能源微网鲁棒优化模型如下：

62、当考虑光伏功率和负荷功率的不确定变化时，得到综合能源微网运行模型的不确定性鲁棒优化模型紧凑形式为：

63、

64、式中：x为变量；c为综合能源微网运营商目标函数的系数列向量；a，b，iu为综合能源微网运营商约束条件中变量的系数矩阵；a，为常数列向量，x为：

65、

66、考虑光伏功率和负荷功率变化范围位于下式所构建的箱型不确定集u内；

67、

68、式中：为考虑功率不确定变化后引入的光伏功率和负荷功率不确定变量；为光伏功率和负荷功率的小时间尺度预测值；为光伏功率和负荷功率允许的最大变化量，为二进制变量，取值为1时相应时段的不确定变量即取到区间的边界；γdgs，γles为光伏功率和负荷功率的不确定性调节参数，取值范围0～nt，表示在调度周期内光伏功率和负荷功率取到变化区间的最小值或最大值的总时段数，可用于调节最优解的保守性；

69、不确定变量u在不确定集u内朝着最恶劣场景变化时，综合能源微网运营商的不确定性鲁棒优化模型为：

70、

71、式中：γ，ζ和ψ为各约束条件的对偶变量，根据强对偶理论，得到对偶模型为：

72、

73、式中：utψ为双线性项，该对偶模型最优解所对应的u*为不确定集u的一个极点，将箱型不确定集u代入对偶模型，通过约束条件线性化得到综合能源微网运营商线性规划模型为：

74、

75、式中：为引入的连续辅助变量；ψ为对偶变量的上界，可取为足够大的正实数。

76、而且，步骤s4中，所述的基于主从博弈模型构建共享储能运营商和综合能源微网运营商的双层协同管理模型包括步骤s1和步骤s3中所有目标函数和约束条件。

77、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

78、(1)本发明相较于单一的功率共享和综合能源微网独立建设小容量储能，共享储能运营商多使用权交易品种的提供和集中建设大容量共享储能站不仅能够提升综合能源微网频率管理能力，降低频率偏差累积值，使综合能源微网具备更灵活的调节能力以降低运行成本，而且能够提升共享储能运营商盈利能力；

79、(2)本发明通过频率动态约束体现多种灵活可调系统的频率响应特性，同时频率动态约束偏好的合理选取能兼顾综合能源微网运行的经济性和频率性能质量；

80、(3)本发明通过综合能源微网鲁棒优化模型，合理的向共享储能运营商购买自营功率和租赁容量，能够减少综合能源微网在短时间尺度或实时运行时的不平衡功率，进而减少综合能源微网运营商在电能量市场和辅助服务市场的短时交易，降低综合能源微网运行成本。

81、(4)本发明提出的共享储能和综合能源微网协同优化管理，不仅能够促进综合能源微网可再生能源的消纳、存储和综合能源微网多区域间功率互济，同时共享储能运营商通过合理的使用权定价策略，提升自身运行收益并降低运行成本；