一种以交直流混合微电网为核心的综合能源系统储能容量优化配置方法

摘要

本发明公开了一种以交直流混合微电网为核心的综合能源系统储能容量优化配置方法，包括如下步骤：(1)获取电网历史数据,进行数据处理及分析，计算储能技术容量PS；(2)计算功率容量PW；(3)计算储能能量容量PE。本发明提高了综合能源系统整体的经济性和运行可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于分布式综合能源技术领域，特别涉及一种以交直流混合微电网为核心的综合能源系统储能容量优化配置方法。

背景技术

近年来，我国分布式电源并网容量的爆发式增长，不可避免的造成弃风、弃光事件发生，在减少用户收益的同时也影响了电网的安全稳定运行。

另一方面，我国能源消费结构性问题突出，2010年，煤炭在能源消费中的比重为69.2％，2018年煤炭消费在一次能源消费中比例首次低于60％，但仍远远高于2017年世界平均27.6％的水平。国家《能源发展战略行动计划(2014年—2020年)》提出，到2020年，中国煤炭消费总量控制在42亿吨左右，比重控制在62％以内，并要求京津冀鲁四省市煤炭消费比2012年净削减1亿吨，我国能源用能成本高、效率低的问题也十分突出。

综合能源是以电为核心，实现供电、制冷、供暖等多种服务的能源供应系统，是能源互联网在用户侧实现的核心方式，综合能源的发展可有效提高我国能源利用效率，提升全社会综合能效、有效降低企业投资运营成本，对推进能源体制改革有着重要的意义。

综合能源是新型的区域能源供应系统，可满足高渗透率分布式电源就地高效消纳、提高电网能源利用效率，可更有效推动“煤改电”、“光伏扶贫”等工程推广。

交直流混合微电网是综合能源系统中的电网络核心，其运行模式灵活，可赋予综合能源系统更灵活、更可靠的运行模式，在大电网故障时，可转为离网运行，保障综合能源系统中用户的供电可靠性和分布式电源的并网收益。

储能是交直流混合微电网核心，根据储能额定功率、有效放电时长、充放电效率和喜欢寿命、功率密度、能量密度等多种特点，可将储能分为能量型储能材料和功率型储能材料。其有效配合，组合为复合型储能系统可在最大程度上提高系统的经济性和可靠性。

储能系统可有效平抑综合能源系统中的功率波动，利用储能系统的快速充放电特性平抑分布式电源的快速波动性，可显著提高这些电源的功率输出品质，改善电能质量，减少分布式电源并网对于配电网冲击，可以实现削峰填谷模式运行，改善系统的电能质量，在一定的时间尺度上平滑输出功率，提高综合能源系统对于分布式电源的消纳能力。同时，储能还可方便的实现有功、无功功率的调节，改善电网的电压质量，提高系统的电压稳定性。针对这一现状，需要开发对储能容量进行优化配置的方法。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种以交直流混合微电网为核心的综合能源系统储能容量优化配置方法，通过对储能在不同运行模式下所发挥的作用进行单独分析，分别计算系统所需储能容量，根据系统运行要求，对储能容量进行优化配置。

本发明采用如下技术方案：

包括如下步骤：

(1)获取电网历史数据,进行数据处理及分析，计算储能技术容量P

(2)计算功率容量P

(3)计算储能能量容量P

进一步地，

步骤(1)中，计算储能技术容量P

a.获取电网历史数据；

b.优化配置维持系统电压稳定时储能容量P

c.优化配置平衡系统中分布式电源出力波动时储能容量P

d.优化配置配合分布式电源或负荷进行削峰填谷时储能容量P

进一步地，步骤a为分别获取综合能源系统中分布式光伏额定出力P

分布式风电额定出力P

微型燃气轮机、柴油发电机及其他电源额定出力P

最小负荷出力P

进一步地，步骤b中，如需要综合能源系统离网运行，则维持系统电压稳定时储能容量P

根据所述P

进一步地，步骤c中，在平衡系统中分布式电源出力波动时，储能容量P

P

进一步地，步骤d中，

在进行削峰填谷策略制定时，其双向功率均不超过并网点换流器或变压器功率P

在执行填谷策略时，储能系统容量设置为：

P

P

进一步地，

步骤(2)中，

其中，P

步骤(3)中，所述储能能量容量P

进一步地，所述储能能量容量P

进一步地，储能技术容量P

进一步地，，还包括步骤(4)；

所述步骤(4)为：对步骤(1)-(3)得到的储能技术容量P

本发明的积极效果如下：

1.本发明针对以交直流混合微电网为核心的综合能源储能容量进行优化配置，在进行能量优化配置时，充分考虑了综合能源系统离网运行时可靠性，提高了系统的供电可靠性。

2、本发明针对储能系统结构，预留充足裕量，从而保证系统运行的稳定性。

3、本发明考虑了储能能量容量和功率容量两种不同结构储能材料容量，既解决了储能系统应对电机等冲击负荷对可靠性影响，又最大程度上提高了系统的供电可靠性。

4、本发明将储能容量设置分解为储能技术容量、储能能量容量、功率容量，在进行储能优化配置时，按照步骤依次进行，具有可操作性强，计算结果直观优点。

5、本发明在计算储能技术容量时，充分考虑了储能多种工作模式，对其削峰填谷、维持电网电压稳定等多种功能分别进行了计算，并选取计算后的最大值，储能系统运行模式多样，提高了综合能源系统整体的经济性和运行可靠性。

附图说明

图1为本发明实施方式储能系统基础容量分类示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

如图1所示，在进行储能系统容量优化配置时，需要设计的储能系统基础容量分别为功率容量P

其中，储能能量容量P

储能系统主要功能是：

①维持系统电压稳定。

②平衡系统中分布式电源出力波动。

③减少系统中负荷并离网冲击对系统影响。

④配合分布式电源或负荷进行削峰填谷。

储能系统进行容量优化配置时，包括如下步骤：

在以交直流混合微电网为核心的综合能源系统中，储能容量应根据综合能源系统能否离网运行而明确。

(1)获取电网历史数据,进行数据处理及分析，计算储能技术容量P

步骤(1)中，计算储能技术容量P

a.获取电网历史数据，包括光伏、风电等分布式电源的输出功率曲线、负荷曲线等，可以根据历史数据生成全年分钟级数据。具体如下：

步骤a为分别获取综合能源系统中分布式光伏额定出力P

分布式风电额定出力P

微型燃气轮机、柴油发电机及其他电源额定出力P

最小负荷出力P

b.优化配置维持系统电压稳定时储能容量P

步骤b中，如需要综合能源系统离网运行，则维持系统电压稳定时储能容量P

根据所述P

如果不需要综合能源系统离网运行，则不考虑P

当分布式电源未关停时，考虑分布式电源波动对电网稳定性影响,波动量可根据实测光伏、风电出力数据选取，也可直接根据经验选取为0.1或者0.15。

根据上述公式进行计算，选取较大值作为P

c.优化配置平衡系统中分布式电源出力波动时储能容量P

步骤c中，在平衡系统中分布式电源出力波动时，储能需要最大功率为：

P

d.优化配置配合分布式电源或负荷进行削峰填谷时储能容量P

步骤d中，

削峰填谷模式下，主要是对净负荷进行削峰填谷，即使用负荷和系统内发电功率差值进行削峰填谷。为了保证储能系统的连续使用，需要尽可能保证在一个削峰填谷周期内储能系统的充放电电量是相等的。

在进行削峰填谷策略制定时，其双向功率均不超过并网点换流器或变压器功率P

当综合能源系统内电源出力较小时，储能需补充负荷功率消耗，同时与分布式电源最小出力相加后，应可满足功率需求；当综合能源系统内电源出力较多时，储能仅需满足功率差额即可。

在执行填谷策略时，储能系统容量设置为：

P

当执行填谷策略时，储能需考虑当分布式电源出力最小时，且负荷最大时，储能需能满足功率差额，并可反向输出额定交换功率。

P

因此，储能技术容量P

(2)计算功率容量P

储能功率容量P

其中，P

所述储能能量容量P

(3)根据储能不同结构，根据效率、能耗指标预留储能系统容量，设定配置方案；在进行容量配置时，可以设计储能系统为复合型储能系统，包含能量型储能材料和功率型储能材料。能量型储能材料主要包括多种电池，可以储存较多能量，其容量为能量容量；功率型储能材料主要包括超级电容、飞轮储能等储能材料，主要应对系统中的冲击，其容量为功率容量。应分别设置不同的运行时间尺度，从而计算储能能量容量P

进一步地，还包括步骤(4)，步骤(4)为：对步骤(1)-(3)得到的储能技术容量P

为保证储能系统安全性，设置最小SOC为15％、最大SOC为95％，储能系统逆变器效率为98％，充放电电池效率为95％，则储能系统充放电效率为93％，则最终储能技术容量P

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

因为储能技术容量主要是考虑综合能源系统长期运行时所计算，因此储能技术容量即为储能能量容量。

实施例：

以某微电网为例，微电网中分布式光伏安装容量P

根据所述P

选取较大值作为P

优化配置平衡系统中分布式电源出力波动时储能容量P

P

P

因此，计算P

在执行削峰策略时，储能系统容量为：

因此，

在执行削峰策略时，储能系统容量设置为：

在执行填谷策略时，储能系统容量设置为：

P

因此，P

因此，储能技术容量P

设置综合能源系统中水泵、电机等动力负荷总功率为P

因此，功率容量P

为保证储能系统安全性，设置最小SOC为15％、最大SOC为95％，储能系统逆变器效率为98％，充放电电池效率为95％，则储能系统充放电效率为93％，则功率容量P

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。