計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域，是一種計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系 統(tǒng)容量配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國(guó)風(fēng)電呈現(xiàn)"大風(fēng)電、高滲透"的發(fā)展態(tài)勢(shì)，隨著風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)，既 有電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力漸顯不足，風(fēng)電與電網(wǎng)的矛盾急劇升級(jí)，導(dǎo)致大面積棄風(fēng)甚至危及電網(wǎng)安 全，嚴(yán)重阻礙了風(fēng)電的規(guī)?；?。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能量的時(shí)空平移，從而達(dá)到減少 棄風(fēng)、提高電網(wǎng)及風(fēng)電運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)我國(guó)大規(guī)模風(fēng)電運(yùn)行時(shí)存在的嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn) 象，提出一種科學(xué)合理，以風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)限風(fēng)功率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先進(jìn)行了限風(fēng)功率特性的分 析，揭示了不同月份，不同時(shí)間段限風(fēng)差異性，在此基礎(chǔ)上提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)分場(chǎng)景調(diào)控的控 制策略并制定了場(chǎng)景劃分的原則，然后構(gòu)建了同時(shí)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)電量效益、環(huán)境效益、投資 成本和維護(hù)費(fèi)用等因素的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置 方法。
[0004] 解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量 配置方法，其特征是：通過對(duì)限風(fēng)功率的分析提出多場(chǎng)景調(diào)控的控制策略并制定場(chǎng)景劃分 的原則，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型，得到一種同時(shí)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與限風(fēng)特性 的最優(yōu)儲(chǔ)能系統(tǒng)配置容量，包括以下內(nèi)容：
[0005] 1)限風(fēng)特性分析以及場(chǎng)景劃分原則
[0006] 根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)提供的限風(fēng)功率數(shù)據(jù)，首先得到不同月份各時(shí)段限電次數(shù)或限電量的 統(tǒng)計(jì)圖以及限風(fēng)功率的分布圖，采用相關(guān)系數(shù)r來統(tǒng)計(jì)各月各時(shí)段限電次數(shù)之間的差異， 并作為儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置的依據(jù)，r的計(jì)算公式為
[0007]
⑴：
[0008] 其中：r表示第i月與第j月各時(shí)段限電次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖之間的關(guān)聯(lián)程度，flz與f]z分 別表示第i月和第j月在第z時(shí)段的限電次數(shù)，I與萬分別表示第i月和第j月各時(shí)段限 電次數(shù)的平均值；若〇< |r| <0.2,則關(guān)聯(lián)程度為極弱相關(guān)，0.2 < |r| <0.4表示弱相 關(guān)，0? 4 < |r|彡0? 6表示中等程度相關(guān)，0? 6 < |r|彡0? 8表示強(qiáng)相關(guān)，0? 8 < |r|彡1表 示極強(qiáng)相關(guān)，將r值大于0. 8的月份定義為同一場(chǎng)景，則全年可劃分為多個(gè)場(chǎng)景，且同一場(chǎng) 景內(nèi)的各月份采用相同的儲(chǔ)能配置及充放電原則，限風(fēng)嚴(yán)重的集中時(shí)段內(nèi)充電，其余時(shí)段 放電；
[0009] 2)計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置
[0010] 將全年分為m個(gè)場(chǎng)景，以第i個(gè)場(chǎng)景為例，若該場(chǎng)景下共有Q個(gè)調(diào)度日，為便 于分析，設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)日充放電1次，考慮到限風(fēng)功率"大幅值小概率、小幅值大概率" 的分布特征，設(shè)風(fēng)電場(chǎng)群的裝機(jī)容量為Cin，該場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電功率為aiCin， 0彡a# (max(Pk_tail)/Cin)，故第k個(gè)調(diào)度日內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)段存儲(chǔ)的限風(fēng)電量為：
[0011]
⑵
[0012] 其中，Ek_all表示第k個(gè)調(diào)度日儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的限風(fēng)電量，tlk、t2k為儲(chǔ)能系統(tǒng)的 充電起始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻，^⑴表示儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻的吸收功率，計(jì)算公式為：
[0013]
(3)
[0014] 其中，(0表示t時(shí)刻的限風(fēng)功率，
[0015] 設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電效率均為n，則此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)需配置容量為
[0016]
_
[0017] 其中，Ek_表示第k個(gè)調(diào)度日儲(chǔ)能系統(tǒng)需配置容量，對(duì)表示第k個(gè)調(diào)度日儲(chǔ)能系統(tǒng) 的初始荷電量，
[0018] 考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)日充放電1次，為保證存儲(chǔ)的限風(fēng)能量能夠完全釋放，則有
[0019]
(5:).
[0020] 其中，Pdlseharge表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電功率，
[0021] 由式⑵一（5)，該場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)配置容量為
[0022]
__
[0023] 其中，E:表示第i個(gè)場(chǎng)景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)配置容量，max()表示求取最大值的函 數(shù)，依據(jù)式（2) -（6)得到的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量包含未知數(shù)ai，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮a取值， 包含以下因素：
[0024] ①電量效益
[0025] 利用大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)提高風(fēng)電的入網(wǎng)規(guī)模會(huì)給電力系統(tǒng)帶來兩方面的電量效益： 一方面是由于儲(chǔ)能系統(tǒng)消納了超過電網(wǎng)安全運(yùn)行極限的棄風(fēng)風(fēng)電電量而增收的風(fēng)電發(fā)電 效益；另一方面是儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)段通常是負(fù)荷的低谷時(shí)段，而放電時(shí)段為負(fù)荷的高峰時(shí) 段，由此因峰谷電價(jià)差帶來的效益。
[0026] 在儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行壽命周期內(nèi)，因配置儲(chǔ)能系統(tǒng)而帶來的多接納風(fēng)電發(fā)電量為
[0027]
{7)
[0028] 其中，Epwind表示儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命周期內(nèi)多接納的風(fēng)電發(fā)電量；n為儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行 壽命，
[0029] 因此，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高風(fēng)電的入網(wǎng)規(guī)模帶來的電量效益為
[0030] R(Qi) = (Cw+Cd)Epwind (8)
[0031] 其中，R(aJ表示電量效益；(；、(^分別為風(fēng)電的上網(wǎng)電價(jià)與電網(wǎng)峰谷電價(jià)差；
[0032] ②環(huán)境效益
[0033] 利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高風(fēng)電入網(wǎng)規(guī)模帶來的環(huán)境效益具體表現(xiàn)在：提高新能源的利用 率、減少了溫室氣體的排放。環(huán)境效益的計(jì)算公式為
[0034] T(Qi) =CfEpwind (9)
[0035] 其中，T(aJ表示環(huán)境效益；Cf表示火電機(jī)組生產(chǎn)單位電能的排放成本；
[0036] ③投資成本
[0037] 儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本具體表現(xiàn)為：功率成本、容量成本、維護(hù)費(fèi)用，具體的計(jì)算公 式為
[0038]
(10)
[0039] 其中，I(aJ表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本；為儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量成本，包括置換費(fèi) 用；Cp為儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率成本；M為儲(chǔ)能系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用；
[0040] 因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合收益為
[0041] S(ax) =R(a^+1(0^-Kax) (11)
[0042] 取ai的值從〇到max (a)變化，得到綜合收益與a之間的曲線，根據(jù)使綜合收益 最大的a值，即可得到第i場(chǎng)景下需配置的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，全年共分為m個(gè)場(chǎng)景，依據(jù)類似 的方法即可得到各場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)需配置的容量以及a的值，即E= {E、s}，a={aJ (i= 1，2,…，m)，由于得到的各場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置不一定相等，（^的值也不相同， 故需按照以下方法確定儲(chǔ)能系統(tǒng)最終配置容量艮^取^^min(E)到max(E)變化，a從 min(a)到max(a)變化，其中，max()，min()分別表示求最大值與最小值的函數(shù)，從而得到 E_、a與綜合收益之間的三維曲線，使綜合收益最大的￡_即為最終確定的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量。
[0043] 本發(fā)明的計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法，通過對(duì)限風(fēng)功率特性 分析以及構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型得到儲(chǔ)能系統(tǒng)的最優(yōu)配置容量，從而在提高風(fēng)電 入網(wǎng)規(guī)模的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來的綜合效益最大化，具有方法科學(xué)合理，適用性強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0044] 圖1:不同月份00:00- 01:00限電量分布圖；
[0045] 圖2:不同月份各時(shí)段限電次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖；
[0046] 圖3:不同月份各時(shí)段限電量統(tǒng)計(jì)圖；
[0047] 圖4:限風(fēng)功率的概率分布統(tǒng)計(jì)圖；
[0048] 圖5:算例全年各月各時(shí)段限電次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖間相關(guān)系數(shù)；
[0049] 圖6:場(chǎng)景1下儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合收益曲線；
[0050] 圖7:場(chǎng)景1下儲(chǔ)能系統(tǒng)每天充電電量統(tǒng)計(jì)圖；
[0051] 圖8:場(chǎng)景1下儲(chǔ)能系統(tǒng)每天充電功率曲線（1月份）；
[0052] 圖9:場(chǎng)景1下儲(chǔ)能系統(tǒng)每天放電功率曲線（1月份）；
[0053] 圖10:不同儲(chǔ)能容量與a值下儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合收益；
[0054] 圖11:單一調(diào)控下儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合收益曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面利用附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置 方法作進(jìn)一步描述。
[0056] 本發(fā)明的計(jì)及限風(fēng)特性與經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法通過對(duì)限風(fēng)功率的分 析提出多場(chǎng)景調(diào)控的控制策略并制定場(chǎng)景劃分的原則，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型， 得到一種同時(shí)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與限風(fēng)特性的最優(yōu)儲(chǔ)能系統(tǒng)