[发明专利]计及负荷特性的储能调峰日前优化调度方法

摘要

本发明是一种计及负荷特性的储能调峰日前优化调度方法，其特点是：包括：储能调峰调度模型、优化调度方案规划、调度模型求解方法、调度方案评价指标等步骤，通过对负荷特性的分析引入调度方案决策系数，结合决策系数制定相应的调度方案执行流程，从而对不同的调度方案进行合理的分配；该方法弥补了功率差法在连续运行时储能利用率低、削峰填谷效果不明显的缺陷。此外，分别采用了变功率法以及改进粒子群算法来求解两种不同的调度模式，通过对负荷特性的分析来决定储能系统的削峰填谷的调度方法，从而提高储能系统的削峰填谷效果以及其经济性。具有科学合理，适用性强，效果佳的优点。

主权项

1.一种计及负荷特性的储能调峰日前优化调度方法，其特征是，它包含以下步骤：1)储能调峰调度模型为了应对负荷低谷和高峰的差异性，提高储能系统的削峰填谷效果和经济性，在负荷低谷和高峰时期，通过设置不同的调度模型对储能系统功率进行优化调度分配：①调度模型一：调度模型一在考虑储能系统约束的前提下，以负荷填谷功率或削峰功率最大为目标对储能系统功率进行优化调度分配，由于调度模型在用于填谷和削峰时涉及的目标值不同，所以分别设置目标函数为：maxF_v,1＝P_Cmax/maxF_h,1＝P_Dmax  (1)其中，当模型用于负荷填谷时，目标函数为maxF_v,1；当模型用于负荷削峰时，目标函数为maxF_h,1；P_Cmax为储能系统最大充电功率，P_Dmax为储能系统最大放电功率：在调度模型一中，主要考虑的约束为系统功率平衡约束、储能功率约束、荷电状态约束及运行状态约束；a.系统功率平衡约束：P_G,t+P_wind,t＝P_load,t+P_C,t‑η_DP_D,t  (2)其中P_G,t为t时刻火电机组出力；P_wind,t为t时刻风电功率；P_load,t为t时刻负荷功率；η_D为储能放电效率；b.储能功率约束：其中，P_C,t为储能系统t时刻的充电功率；P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；P_C为储能系统最大充电功率，一般等于储能额定功率P_B；P_D为储能系统最大放电功率，一般等于储能额定功率P_B，c.储能荷电状态约束：E_SOC,min≤E_SOC,t≤E_SOC,max  (5)E_SOC,start＝E_SOC,end  (6)其中，E_SOC,t为t时刻储能系统荷电状态；E_B为储能系统额定容量；P_C,t为储能系统t时刻的充电功率，P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；η_C为储能充电效率；E_SOC,min为储能系统荷电状态上限值，E_SOC,max为储能系统荷电状态下限值；E_SOC,start为初始时刻储能系统荷电状态；E_SOC,end为末尾时刻储能系统荷电状态；d.储能充放电状态约束：B_C,t×B_D,t＝0，(B_C,t、B_D,t)∈[0,1]  (7)其中，B_C,t t时刻储能系统充电运行状态，B_D,t为t时刻储能系统放电运行状态，运行为1，停止为0；②调度模型二：考虑到经济性对储能在电网调峰应用时的影响，调度模型二将根据储能系统的盈余可充电电量或剩余可放电电量，以储能系统经济性以及削峰填谷效果最优为目标来优化储能系统的放电或充电功率：a.充电功率优化目标函数：其充电功率优化minF_v,2将以充电电量成本I_v以及负荷标准差SD_v最小为目标函数，其式为：I_v＝∫₁^TP_C,tP_price,tdt  (8)minF_v,2＝I_v+SD_v  (10)其中，P_price,t为电网的实时峰谷电价；P_load,ver为负荷平均值；P_C,t为储能系统t时刻的充电功率；P_load,t为t时刻负荷功率；T为数据总采样点数；在充电功率优化过程中，在满足调度模型一的约束条件外，还应满足储能放电电量约束，即：∫₁^Tη_CP_C,tdt＝E_D  (11)其中，η_C为储能充电效率；P_C,t为储能系统t时刻的充电功率；E_D为储能削峰所需的放电电量；b.放电功率优化目标函数：其放电功率优化maxF_h,2将以放电电量收益I_h以及负荷标准差改善量SD_h最大为目标函数，其式为：I_h＝∫₁^Tη_D(P_D,tP_price,t)dt  (12)maxF_h,2＝I_h+SD_h  (14)其中，P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；P_price,t为电网的实时峰谷电价；P_load,SD为负荷标准差；η_D为储能放电效率；P_load,t为t时刻负荷功率；P_load,ver为负荷平均值；T为数据总采样点数；在放电功率优化过程中，在满足调度模型一的约束条件外，还应满足储能充电电量约束，即：∫₁^TP_D,tdt＝E_C  (15)其中，P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；E_C为储能填谷所需的充电电量；2)优化调度方案规划a.调度方案决策系数：为使两种调度模型应用于负荷填谷或削峰进行合理的分配，建立调度模型决策系数，调度模型决策系数为负荷低谷时期功率与容量比例关系与负荷高峰时期功率与容量比例关系的对比结果，其式为：其中，P_B为储能系统额定功率；N₁为负荷填谷中，P_load,min+P_B与负荷曲线交于2N₁个点，产生N₁个填谷区间t₁～t₂；N₂为负荷削峰中，P_load,max‑P_B与负荷曲线交于2N₂个点，产生N₂个削峰区间t₁’～t₂’；P_load,t为t时刻负荷功率；P_load,min为负荷功率最小值；P_load,max为负荷功率最大值；b.调度方案执行原则：判断调度方案决策系数是否大于或小于1，若决策系数大于1时采用调度模型一对负荷进行填谷目标函数：maxF_v,1，然后输出储能充电电量E_C，接着采用调度模型二对负荷进行削峰目标函数：maxF_h,2，最后输出各时刻储能充放电功率；若决策系数小于等于1时，采用调度模型一对负荷进行削峰目标函数：maxF_h,1，然后输出储能放电电量E_D，采用调度模型二对负荷进行填谷目标函数：minF_v,2，最后输出各时刻储能充放电功率；3)调度模型求解方法①调度模型一求解方法：调度模型一用于负荷填谷的求解步骤为：a.以日预测负荷曲线最小值P_load,min，以储能系统额定功率P_B向上作直线P_load,min+P_B；b.计算在P_Cmax＝P_B下的充电电量E_C，其公式为：其中P_Cmax为储能系统最大充电功率；N₁为负荷填谷中，P_load,min+P_B与负荷曲线交于2N₁个点，产生N₁个填谷区间t₁～t₂；P_load,t为t时刻负荷功率；P_load,min为负荷功率最小值；c.判断充电电量是否满足储能容量约束关系式：0＜(E_SOC,max‑E_SOC,min)‑E_C＜ε  (18)其中，E_SOC,min为储能系统荷电状态上限值；E_SOC,max为储能系统荷电状态下限值；ε为接近于0的数；不满足，则令P_Cmax＝P_Cmax‑ΔP进行迭代，直至满足约束，输出E_C；调度模型一用于负荷削峰的求解步骤为：a.以日预测负荷曲线最大值P_load,max，以储能系统额定功率P_B向下作直线P_load,max‑η_DP_B；b.计算在P_Dmax＝P_B下的放电电量E_D，其公式为：其中P_Dmax为储能系统最大放电功率；η_D为储能放电效率；N₂为负荷削峰中，P_load,max‑P_B与负荷曲线交于2N₂个点，产生N₂个削峰区间t₁’～t₂’；P_load,t为t时刻负荷功率；P_load,max为负荷功率最大值；c.判断放电电量是否满足储能容量约束关系式：0＜(E_SOC,max‑E_SOC,min)‑E_D＜ε  (20)其中，E_SOC,min为储能系统荷电状态上限值；E_SOC,max为储能系统荷电状态下限值；ε为接近于0的数；不满足，则令P_Dmax＝P_Dmax‑ΔP进行迭代，直至满足约束，输出E_D；调度模型一能够在满足储能功率和容量约束的条件下，使储能尽可能的发挥削峰填谷作用；②调度模型二求解方法：调度模型二是根据经调度模型一后储能系统的充电电量来优化储能系统的放电功率，或者是根据经调度模型一后储能系统的放电电量来优化储能系统的充电功率。调度模型二采用改进粒子群算法(PSO)，对速度惯性权重和学习因子进行如下改进，修正后的位置速度公式为：其中，v_id,t和x_id,t分别为第i个粒子在第t次迭代中第d维的速度和位置；p_id,t为在第t次迭代中的个体最优值；p_gd,t为在第t次迭代中的群体最优值；c₁和c₂为学习因子；r₁和r₂均为0,1之间的随机数；ω为惯性权重；用于负荷填谷的具体计算流程如下：首先输入经调度模型一处理后产生的E_D，设置迭代次数、种群规模以及个体和速度极值，然后以maxF_v,2为目标建立适应度函数，接着初始化粒子速度及位置并令sum(η_Cx_id,t)＝E_D，然后计算群体极值及个体极值适应度值，进行迭代更新粒子速度及位置并令sum(η_Cx_id,t)＝E_D，最后输出最优解；用于负荷削峰的具体计算流程如下：首先输入经调度模型一处理后产生的E_C，设置迭代次数、种群规模以及个体和速度极值，然后以maxF_h,2为目标建立适应度函数，接着初始化粒子速度及位置并令sum(x_id,t)＝E_C，然后计算群体极值及个体极值适应度值，进行迭代更新粒子速度及位置并令sum(x_id,t)＝E_C，最后输出最优解；调度模型二在充分对储能系统进行充放电的同时，兼顾其经济性及削峰填谷效果；4)调度方案评价指标①储能系统评价指标：a.储能系统利用率将储能系统在负荷低谷的充电电量和在负荷高峰的放电电量作为储能系统利用率指标的评判依据，其公式为：其中P_C,t为储能系统t时刻的充电功率；P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；η_C为储能充电效率；E_B为储能系统额定容量；b.储能系统套利率储能系统套利率指标由储能充电时段的购电成本和放电时段的售电收益组成，其计算公式为：其中P_C,t为储能系统t时刻的充电功率；P_D,t为储能系统t时刻的放电功率；η_C为储能充电效率；η_D为储能放电效率；E_C为储能系统充电容量；E_D为储能系统放电容量；P_price,t为电网的实时峰谷电价；P_price,min为电网的实时峰谷电价最小值；P_price,max为电网的实时峰谷电价最大值；②削峰填谷评价指标：a.峰谷差改善率峰谷差改善率指标为经储能系统削峰填谷后，减小的峰谷差与原负荷峰谷差的比值，其公式为：其中，P_Cmax为储能系统最大充电功率；P_Dmax为储能系统最大放电功率；η_D为储能放电效率；P_load,max为负荷功率最大值；P_load,min为负荷功率最小值；b.负荷标准差引入标准差的概念，从全局的角度来评价储能系统的作用，其计算公式为：其中，P_load,t为t时刻负荷功率；P_load,ver为原负荷平均值；P_B,t为t时刻储能充放电功率；c.负荷波动率为使负荷低谷时期减少常规机组切换出力状态的次数，其公式为：其中，t₁为低谷时段的起始时刻；t₂为低谷时段的结束时刻；P_aload,t为t时刻经储能削峰填谷后等效负荷功率；P_load,t为t时刻负荷功率。