考慮可變壽命特性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮可變壽命特性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的方法，將電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能的能源節(jié)約效益、環(huán)保效益、容量替代效益進(jìn)行量化，并納入到容量規(guī)劃目標(biāo)中；計(jì)及電池儲能的年運(yùn)行成本，并根據(jù)電池儲能運(yùn)行過程中其實(shí)際使用壽命和放電深度的關(guān)系建立了電池儲能可變壽命模型，計(jì)算其建設(shè)投資成本等年值，形成確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的目標(biāo)函數(shù)。在考慮系統(tǒng)功率平衡約束、系統(tǒng)備用約束、常規(guī)機(jī)組出力約束、火電機(jī)組爬坡約束以及電池儲能運(yùn)行約束的基礎(chǔ)上，以年凈收益最大為目標(biāo)對模型進(jìn)行求解。本發(fā)明考慮電池儲能的實(shí)際運(yùn)行特性，建立了電池儲能的可變壽命模型，能更客觀、準(zhǔn)確的反映系統(tǒng)對調(diào)峰用電池儲能的容量需求。
【專利說明】考慮可變壽命特性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力規(guī)劃及工程設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種考慮可變壽命特 性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能（Battery Energy Storage System,BESS)容量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡是電網(wǎng)運(yùn)行中的基本問題，影響著系統(tǒng)中長期電源規(guī)劃和短期 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模依據(jù)規(guī)劃水平年峰值負(fù)荷確定，然峰值負(fù)荷持續(xù)時(shí)間較短，導(dǎo)致系 統(tǒng)設(shè)備利用率較低。同時(shí)，為滿足系統(tǒng)高峰時(shí)段爬坡需求，大量高煤耗率小容量調(diào)峰機(jī)組處 于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)；低谷時(shí)段發(fā)電機(jī)組又需降額運(yùn)行，使系統(tǒng)耗煤量增大，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 較差。因此，減小系統(tǒng)的峰谷差，緩解系統(tǒng)調(diào)峰壓力有利于系統(tǒng)可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0003] 通過儲能系統(tǒng)"低儲高發(fā)"的運(yùn)行方式可有效的減小系統(tǒng)的峰谷差，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 性：負(fù)荷低谷時(shí)，儲能系統(tǒng)充電，從而避免火電機(jī)組降額運(yùn)行；負(fù)荷高峰時(shí)，儲能系統(tǒng)放電， 從而替代部分高煤耗率調(diào)峰機(jī)組的出力。抽水蓄能電站為理想的調(diào)峰電源，然其應(yīng)用規(guī)模 受選址和水文條件的限制。大規(guī)模電池儲能響應(yīng)速度快、不受選址限制的特點(diǎn)使其在電力 系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。
[0004] 目前，較多的研究集中于電池儲能與新能源聯(lián)合運(yùn)行的控制策略上，對電池儲能 承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰功能的經(jīng)濟(jì)效益評估及容量規(guī)劃研究較少。此外，目前對電池儲能容量 規(guī)劃的研究均沿襲傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)峰電源規(guī)劃方法，將電池儲能的使用壽命取為確定值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮可變壽命特性的確定電力 系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中將電池儲能的使用壽命取為確定值 導(dǎo)致高估或低估電池儲能的使用壽命，從而對其調(diào)峰效益的評估及系統(tǒng)對其容量需求的計(jì) 算廣生偏差。
[0006] 本發(fā)明提供了一種考慮可變壽命特性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的方 法，包括以下步驟：
[0007] (1)根據(jù)電池儲能的充放電運(yùn)行狀態(tài)確定電池儲能在規(guī)劃水平年內(nèi)電池出力狀 態(tài)；根據(jù)所述電池出力狀態(tài)獲得電池儲能在不同容量配置下的各放電過程的放電深度；
[0008] (2)根據(jù)電池儲能放電深度對其使用壽命的影響，建立電池儲能使用壽命模型，并 將所述電池出力狀態(tài)以及各放電過程的放電深度代入所述電池儲能使用壽命模型中獲得 電池儲能在不同容量配置下的使用壽命Y b ;
[0009] (3)根據(jù)所述電池儲能使用壽命Yb獲得電池儲能投資成本的等年值Finv，并根據(jù)電 池儲能投資成本的等年值F inv和年運(yùn)行成本F。獲得電池儲能在不同容量配置下的年投資運(yùn) 行成本 Fb = Finv+F。；
[0010] 其中，電池儲能投資成本的等年值Finv = (PbmaxKp+EbmaxKe)CRF(r，Y b); (7?F(r，y；,)C:):i;電池儲能年運(yùn)行成本F。= PbmaxKk+EbmaxKv，Pbmax、E bmax分別為電池儲能功 率容量、電池儲能電量容量；κρ、&分別為電池儲能單位功率容量價(jià)格、單位電量容量價(jià)格； r為貼現(xiàn)率；CRF(r，Yb)為等年值系數(shù)；Kk、Κν分別為電池儲能單位功率容量年運(yùn)行維護(hù)費(fèi) 率、電池儲能單位電量容量年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率；
[0011] (4)根據(jù)所述電池出力狀態(tài)獲得電池儲能在不同容量配置下的年調(diào)峰效益R = Rf+Re+I^ ;Rf為能源節(jié)約效益，為環(huán)保效益，&為容量替代效益；
[0012] (5)根據(jù)所述電池儲能的年投資運(yùn)行成本和所述電池儲能的年調(diào)峰效益獲得調(diào)峰 用電池儲能容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)約束條件對所述調(diào)峰用電池儲能容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) 進(jìn)行求解，得到電池儲能最優(yōu)的功率容量和電量容量。
[0013] 其中，所述電池儲能使用壽命模型，

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮可變壽命特性的確定電力系統(tǒng)調(diào)峰用電池儲能容量的方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1) 根據(jù)電池儲能的充放電運(yùn)行狀態(tài)確定電池儲能在規(guī)劃水平年內(nèi)電池出力狀態(tài)；根 據(jù)所述電池出力狀態(tài)獲得電池儲能在不同容量配置下的各放電過程的放電深度； (2) 根據(jù)電池儲能放電深度對其使用壽命的影響，建立電池儲能使用壽命模型，并將所 述電池出力狀態(tài)以及各放電過程的放電深度代入所述電池儲能使用壽命模型中獲得電池 儲能在不同容量配置下的使用壽命Y b ; (3) 根據(jù)所述電池儲能使用壽命Yb獲得電池儲能投資成本的等年值Finv，并根據(jù)電池儲 能投資成本的等年值F inv和年運(yùn)行成本F。獲得電池儲能在不同容量配置下的年投資運(yùn)行成 本 Fb = Finv+F。； 其中，電池儲能投資成本的等年值Finv = (PbmaxKp+EbmaxI〇CRF(r，Yb); ^mrjh)=二;:二;電池儲能的年運(yùn)行成本F。= PbmaxKk+EbmaxKv，Pbmax、E bmax分別為電池儲能 功率容量、電池儲能電量容量；κρ、&分別為電池儲能單位功率容量價(jià)格、單位電量容量價(jià) 格；r為貼現(xiàn)率；CRF(r，Yb)為等年值系數(shù)；Kk、Kv分別為電池儲能單位功率容量年運(yùn)行維護(hù) 費(fèi)率、電池儲能單位電量容量年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率； (4) 根據(jù)所述電池出力狀態(tài)獲得電池儲能在不同容量配置下的年調(diào)峰效益R = Rf+Re+I^ ;Rf為能源節(jié)約效益，為環(huán)保效益，&為容量替代效益； (5) 根據(jù)所述電池儲能的年投資運(yùn)行成本和所述電池儲能的年調(diào)峰效益獲得調(diào)峰用電 池儲能容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)約束條件對所述調(diào)峰用電池儲能容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行 求解，得到電池儲能最優(yōu)的功率容量和電量容量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電池儲能使用壽命模型為 Y = WrDrEbmwi · 五· ，Dr A客跪方她又植白嫌職吏冊欠 ? Nr,U _也傲泛 i=l /=1 n=\ 的電量容量；NS為一年中的研究階段數(shù)；ND為第i階段中的天數(shù)；N為第i階段第j天經(jīng)歷 的放電過程數(shù)；i為階段數(shù)的序號，j為第i階段天數(shù)的序號，η為第i階段第j天放電過程 數(shù)的序號，為電池儲能在第i階段第j天第η個(gè)放電過程的放電電量，為該放電過程電 池儲能的出力與經(jīng)歷小時(shí)數(shù)的乘積；對應(yīng)于實(shí)際放電深度的折算因子。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以系統(tǒng)年凈收益Rnrt最大為所述調(diào)峰用電池 儲能容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)maxR net = R-Fb。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，約束條件包括：系統(tǒng)功率平衡約束 堂/^+4 = /) (lHp + σ);系統(tǒng)備用約束 Cc+Pbmax >Ptax(l+P + c〇 (1+Y);常規(guī)機(jī)組出 僉二1 力約束Ρωη < Pkt < Pk_ ;火電機(jī)組爬坡約束-DRk < Pkt-PkH < URk;電池儲能運(yùn)行約束 ~^bmax ~^bt~ ^bwax Em 二 E- Pbt f\ric - Pbt1ηd ^bmin ~ ^bt ~ ^raax ， 24 J^(Pb,Piflc+Pb,M2/^,) = 〇 .t=l 其中，Pbt為電池儲能在t時(shí)刻的出力；Pw為t時(shí)刻系統(tǒng)的負(fù)荷值；P和σ分別為廠用 電率和系統(tǒng)線損率；Pkt為第k臺機(jī)組在t時(shí)刻的出力，Ne為機(jī)組的臺數(shù)，μ kt為第k臺機(jī)組 在t時(shí)刻的開機(jī)狀態(tài)，k為機(jī)組臺數(shù)序號，Ce為系統(tǒng)原有火電裝機(jī)容量，P taax為系統(tǒng)年最大 負(fù)荷，Y為系統(tǒng)備用率，Pkmin、Ptaax分別為第k臺機(jī)組出力的上、下限，UR k和DRk為第k臺機(jī) 組的升、降荷速度；Ebt為電池在t時(shí)刻所存儲的能量；η。、η d分別為電池的充、放電效率； μ ρ μ 2為電池的充、放電狀態(tài)：充電時(shí)pbt < 〇, μ i = 1，μ 2 = 〇 ;放電時(shí)pbt > 〇, μ i = 〇， 以2=1;閑直時(shí)Pbt = 〇，^1= ^2 = 0 ;Ebmin為電池儲遺的取小限值。
【文檔編號】G06Q50/06GK104103020SQ201410311696
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】婁素華, 吳耀武, 易林, 李蓉蓉, 金小明, 周保榮, 盧斯煜, 張聯(lián)邦, 胡斌, 楊育豐 申請人:華中科技大學(xué), 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司