分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)配置優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的 優(yōu)化配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及負(fù)荷需求的不斷增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展將基于可 靠、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、靈活等方面。電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中發(fā)生著翻天覆地的變化，而一 些問題也逐漸暴露出來(lái)，在配電網(wǎng)方面，關(guān)鍵的問題包括：1、電力負(fù)荷需求存在越來(lái)越大的 峰谷差，系統(tǒng)裝機(jī)容量不能滿足高峰時(shí)期配電網(wǎng)負(fù)荷的需求；2、配電網(wǎng)中的用戶對(duì)電能質(zhì) 量和可靠性要求日益增高；3、需要就環(huán)境保護(hù)等因素對(duì)電力系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的影響進(jìn)行深入 考慮。為了解決這些問題，在智能電網(wǎng)中的配電網(wǎng)層面需要考慮接入風(fēng)電和光伏兩種分布 式電源?？紤]到分布式電源的出力受到天氣和季節(jié)等多種客觀因素的影響，具有間歇性和 不穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以需要在配電網(wǎng)中加入儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)解決電能供需不平衡的問題，以滿足 配電網(wǎng)在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求。
[0003] 目前，相關(guān)技術(shù)提出了一種儲(chǔ)能電站規(guī)劃與運(yùn)行綜合優(yōu)化方法及系統(tǒng)（專利申請(qǐng) 號(hào)：201310452591. 1)。通過仔細(xì)研宄發(fā)現(xiàn)，采用該優(yōu)化方法能夠?qū)?chǔ)能電站的運(yùn)行和規(guī)劃 問題統(tǒng)一考慮，有效減少電網(wǎng)的棄風(fēng)損失，滿足儲(chǔ)能電站規(guī)劃運(yùn)行的要求，符合新能源發(fā)電 與控制的發(fā)展趨勢(shì)。但該優(yōu)化方法的不足在于，對(duì)于新能源僅僅考慮風(fēng)電，而忽略了電網(wǎng)中 廣泛存在的光伏發(fā)電；在目標(biāo)函數(shù)中考慮了儲(chǔ)能電站的投資成本、運(yùn)維成本及網(wǎng)損成本，而 對(duì)于儲(chǔ)能電站套利產(chǎn)生的成本以及無(wú)功功率所引起的費(fèi)用考慮較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，該方法綜合 考慮了儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝成本、電網(wǎng)運(yùn)行成本、儲(chǔ)能系統(tǒng)的套利收益等，能夠優(yōu)化配置儲(chǔ)能系 統(tǒng)在配電網(wǎng)中的位置和容量，提高全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法， 包括以下步驟：獲取歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)所述歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以確定聚類數(shù)目和初始聚類中 心；根據(jù)所述聚類數(shù)目和初始聚類中心進(jìn)行聚類以獲取聚類結(jié)果；根據(jù)所述聚類結(jié)果生成 多個(gè)典型日；以及對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方案按照所述多個(gè)典型日進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，并 通過遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，以生成最優(yōu)配置。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法還可以具有如下 附加的技術(shù)特征：
[0008] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)所述歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以確定聚類數(shù)目和初始聚類 中心，具體包括：確定聚類的數(shù)目m，并將樣本進(jìn)行從小到大排列，再將樣本平均分成m個(gè)區(qū) 間，確定每個(gè)區(qū)間的樣本數(shù)，按照排列后的樣本從小到大開始進(jìn)行區(qū)間劃分，最后對(duì)每個(gè)區(qū) 間的樣本進(jìn)行平均值的計(jì)算，平均值即為該區(qū)間的初始聚類中心。
[0009] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述聚類數(shù)目和初始聚類中心進(jìn)行聚類以獲取聚 類結(jié)果，具體包括：通過K均值算法進(jìn)行聚類：通過聚類原則進(jìn)行反復(fù)修正聚類，不合適的 重新進(jìn)行聚類直至合適為止，其中，聚類原則采用如下公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)所述歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以確定聚類數(shù)目和初始聚類中心； 根據(jù)所述聚類數(shù)目和初始聚類中心進(jìn)行聚類以獲取聚類結(jié)果； 根據(jù)所述聚類結(jié)果生成多個(gè)典型日； 對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方案按照所述多個(gè)典型日進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，并通過遺傳算法 進(jìn)行優(yōu)化，以生成最優(yōu)配置。
2. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述方法對(duì)歷 史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以確定聚類數(shù)目和初始聚類中心，具體包括： 確定聚類的數(shù)目m，并將樣本進(jìn)行從小到大排列，再將樣本平均分成m個(gè)區(qū)間，確定每 個(gè)區(qū)間的樣本數(shù)，按照排列后的樣本從小到大開始進(jìn)行區(qū)間劃分，最后對(duì)每個(gè)區(qū)間的樣本 進(jìn)行平均值的計(jì)算，平均值即為該區(qū)間的初始聚類中心。
3. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述方法根據(jù) 聚類數(shù)目和初始聚類中心進(jìn)行聚類以獲取聚類結(jié)果，具體包括： 通過K均值算法進(jìn)行聚類：通過聚類原則進(jìn)行反復(fù)修正聚類，不合適的重新進(jìn)行聚類 直至合適為止，其中，聚類原則采用如下公式：
其中，a為初始聚類中心個(gè)數(shù)，N為樣本數(shù)，n為樣本號(hào)，Cnm為第n個(gè)樣本是否屬于m類，x%待聚類日的相關(guān)因素構(gòu)成的向量，《m為類Rm的聚類中心。
4. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述方法對(duì)分 布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方案按照所述多個(gè)典型日進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，具體包括以下步驟： 51 :根據(jù)工程經(jīng)濟(jì)參數(shù)，確定規(guī)劃周期年數(shù)NY，貼現(xiàn)率a，安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)的單位費(fèi)用 PrDESS ($ /MW)，不同負(fù)荷水平下的時(shí)間間隔數(shù)量Nui，第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)度 AUh)，第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的單位網(wǎng)損費(fèi)用PrUi，k($/MW*h)，第i年第k個(gè)時(shí)間間隔 的高壓網(wǎng)側(cè)注入無(wú)功功率的單位費(fèi)用PrH^k($/MVar*h)，第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的分布式 電源提供無(wú)功功率的單位費(fèi)用PrD(U，k($/MVar*h)，第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的有功能量的單 位費(fèi)用辦&^1;($/麗4)，考慮通貨膨脹情況下？1^ 1;每年的增長(zhǎng)率（^，考慮通貨膨脹情況 下Prav^k每年的增長(zhǎng)率aHV，考慮通貨膨脹情況下PrD(U，k每年的增長(zhǎng)率aD(；，考慮通貨膨脹 情況下PrElU，k每年的增長(zhǎng)率aDESS; 52 :根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)，確定節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的實(shí)部、虛部G、B，節(jié)點(diǎn)總數(shù)N，以及允許儲(chǔ)能系 統(tǒng)接入的最大功率Pmax; 53 :根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的特性參數(shù)，確定充電效率n。和放電效率nD，儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小荷電 狀態(tài)SOCmin和最大荷電狀態(tài)SOCmax，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定功率Ps; 54 :確定成本目標(biāo)函數(shù)，取得成本最小值的方案即為最優(yōu)方案，其中，目標(biāo)函數(shù)包括網(wǎng) 損帶來(lái)的費(fèi)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝費(fèi)用、高壓網(wǎng)側(cè)注入無(wú)功功率所引起的費(fèi)用、分布式電源 提供無(wú)功的費(fèi)用以及通過儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)價(jià)格套利等費(fèi)用，此外，考慮在配電網(wǎng)整個(gè)規(guī)劃周 期內(nèi)展開計(jì)算，在一年內(nèi)分析多個(gè)典型日，同時(shí)考慮到規(guī)劃期內(nèi)資金的時(shí)間價(jià)值，統(tǒng)一將成 本費(fèi)用折算成現(xiàn)值，具體通過如下公式計(jì)算： F - Cl〇SS+Cq，HV+Cq，DG+CpA+OlESS (2) 其中：
其中，CMSS指的是網(wǎng)損所引起的費(fèi)用，cQ，HV指的是從高壓網(wǎng)側(cè)注入無(wú)功功率所引起的 費(fèi)用，CQ，D(；指的是分布式電源提供無(wú)功功率所引起的費(fèi)用，CPA指的是價(jià)格套利所引起的費(fèi) 用，CDESS指的是安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)所引起的費(fèi)用，PUi，k為第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的網(wǎng)損值（MW)， QsvAk為第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的高壓網(wǎng)側(cè)注入無(wú)功功率值（Mvar)，QD(U，k為第i年第k個(gè) 時(shí)間間隔的分布式電源提供的無(wú)功功率值（Mvar)，PDESS，k為第i年第k個(gè)時(shí)間間隔的所有 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)總的有功功率值（MW)，PDESu為第j個(gè)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功功率值（MW)， nDESS為安裝有儲(chǔ)能系統(tǒng)的總個(gè)數(shù)； S5 :考慮電網(wǎng)運(yùn)行約束，其中，所述電網(wǎng)運(yùn)行約束包括潮流約束（8)和（9)、發(fā)電機(jī)出力 約束（10)、節(jié)點(diǎn)電壓約束（11)、支路有功約束（12)和儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電約束（13)至（21)，具 體表示如下：
其中，Pit、Qit為t時(shí)段節(jié)點(diǎn)i的注入有功和無(wú)功功率，Vit、Vit為t時(shí)段節(jié)點(diǎn)i、j的電 壓幅值，Sit、S^為t時(shí)段節(jié)點(diǎn)i、j的相角， p，n彡匕彡P(guān)i隨 (10) 乂廣彡Vit彡V，51i= 1，2, ...，N，t= 1，2,...，T (11) -Prx彡P(guān)lt彡P(guān)工眶 1 = 1，2, ...，L，t= 1，2,...，T(12) 其中，prn、pr%、別為第i個(gè)發(fā)電單元的最小和最大發(fā)電功率，vrn、vrx分別為節(jié)點(diǎn)i電壓幅值的下限和上限，為支路1最大的有功功率，Plt為1支路在t時(shí)段流過的有功 功率，
SOCmin彡SOCt彡SOCmaxt= 1，2,…，T (14)
nDESS^ n max (21) 其中，Pah、PD，h分別為充電和放電功率，S〇C〇、SOCt分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)零時(shí)刻和t時(shí)刻的荷 電狀態(tài)，PDESS;i為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際接入功率，在最大功率范圍內(nèi)取離散值，PQt、PD，t 分別為t時(shí)段的充電和放電功率，nDESS為配電網(wǎng)中接入儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際個(gè)數(shù)，n_為允許接 入儲(chǔ)能系統(tǒng)個(gè)數(shù)的上限。
5.如權(quán)利要求1所述的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，其特征在于，所述通過遺傳 算法進(jìn)行優(yōu)化，以生成最優(yōu)配置，具體包括： 56 :基于優(yōu)化程序?qū)?chǔ)能系統(tǒng)的配置方案進(jìn)行各個(gè)典型日的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估； 57 :對(duì)步驟S6中得到的經(jīng)濟(jì)評(píng)估的結(jié)果進(jìn)行比較，篩選出較優(yōu)的配置方案，并保留到 下一代，通過外層的遺傳算法不斷優(yōu)化，直至最大遺傳代數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，包括以下步驟：獲取歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類以確定聚類數(shù)目和初始聚類中心；根據(jù)聚類數(shù)目和初始聚類中心進(jìn)行聚類以獲取聚類結(jié)果；根據(jù)聚類結(jié)果生成多個(gè)典型日；對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方案按照多個(gè)典型日進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，并通過遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，以生成最優(yōu)配置。本發(fā)明的方法綜合考慮了儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝成本、電網(wǎng)運(yùn)行成本、儲(chǔ)能系統(tǒng)的套利收益等，能夠優(yōu)化配置儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的位置和容量，提高全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】H02J3-28
【公開號(hào)】CN104578120
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410765190
【發(fā)明人】梁文舉, 劉華勇, 梁雨林, 崔榮, 唐文左, 溫力力, 周川杰, 胡澤春, 賈龍, 丁華杰
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 清華大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日