一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法

摘要

本发明涉及一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，该评估方法包括以下步骤：(1)获取该区域电力系统的基本数据；(2)以该区域电力系统规划成本最小为优化目标，根据该区域电力系统规划年负荷需求构建系统运行模型；(3)计算在不同可再生能源发电渗透比例下，该区域电力系统的规划成本、各类型发电机组容量及供电量、各类型储能配置容量及储能系统的充放电量；(4)计算该区域电力系统储能配置及综合价值基准线；(5)计算该区域电力系统的储能配置及综合价值。本发明有效进行评估区域电力系统储能容量优化及其综合价值，完善了该区域电网储能容量配置的定量化与全局化的技术分析，也是对储能系统综合价值精益评估的完善。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统运行及设备技术领域，特别涉及一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法。

背景技术

作为低碳技术的可再生能源发电(风电、光伏发电等)，在应对气候变化与实现可持续发展方面发挥着重要作用。风电、光伏发电等可再生能源发电具有间歇性、波动性与不确定性的特点，大规模可再生能源发电并网会对电力系统产生影响。同时随着电力市场改革深化，电力需求侧的不确定性也在不断增加。电力系统供需的不确定增加为电网安全运行带来了巨大挑战。储能作为一种电力系统灵活性调节资源，能够在电力系统运行中发挥重要作用。随着储能技术发展与成本不断降低，有利于在高比例可再生能源电力系统中配置储能系统。

李建林(李建林,郭斌琪,牛萌,等.风光储系统储能容量优化配置策略[J].电工技术学报,2018,33(6):1189-1196.)等人提出了一种针对可再生能源消纳的储能容量优化方法。但这些现有方法通常仅适用其对应的具体应用场景，不适合区域电力系统中多种可再生能源发电应用。董文博(董文博,顾秀芳,罗振鹏,等.提高风电并网价值最优储能容量配置研究[J].热力发电,2021(8):41-47.)等人对提高风电并网价值最优储能容量配置进行了研究，确定了兼顾提高风电并网负面价值与系统总运行成本的最优储能装置容量。该研究是基于储能系统与风电、火电等机组优化运行分析的，但没有提出评估储能系统综合价值的方法。

修晓青(修晓青，唐巍，李建林，等.基于层次分析法的储能配置综合评估技术[J].电力系统自动化，2018，v.42；No.633(11)：78-84.)等人提出了基于层次分析法的技术经济指标下不同储能规模间的标度计算方法：考虑储能容量衰减，分别以投资成本、寿命、净现值、投资回收期、投资回报率等指标为上层目标函数；考虑削峰填谷、需求响应，以储能系统净年收益为下层目标函数，优化储能系统充放电曲线。该模型可对储能项目的可行性进行评估，但没有从区域电力系统的角度，提出储能配置容量优化及其综合价值优化的评估方法。

孙伟卿(孙伟卿,裴亮,向威,等.电力系统中储能的系统价值评估方法[J].电力系统自动化,2019,43(8):47-55.)等人根据储能在电力系统中的价值构成，根据储能同时应用在削峰填谷、平滑可再生能源和提高供电可靠性的多重价值评估模型，以设备使用率、静态投资回收期和盈利能力指数作为储能的系统价值评估指标。但这一评估方法是基于特定场景应用，在区域电力系统中储能容量配置优化及综合价值评估具有局限性。

赵会茹(赵会茹,陆昊,张士营,等.计及外部性的储能系统价值测算及经济性评估[J].技术经济,2020,39(10):19-26,53.)等人基于储能系统的外部性，提出了储能系统价值测算及经济性评估方法，研究储能系统应用在可再生能源发电侧的经济性。但该方法不是从区域电力系统中的各类型机组整体优化运行的角度进行分析的，没有基于储能系统的应用提出储能系统综合价值的分析方法。

孙伟卿(孙伟卿,刘唯,裴亮,等.高比例可再生能源背景下考虑储能系统价值的储-输多阶段联合规划[J].高电压技术,2021,47(3):983-993.)等人基于储能在电能生产时间与空间上的能力，提出了高比例可再生能源背景下考虑储能系统价值的储-输多阶段联合规划方法,但仅从储能磷酸铁锂电池储能系统验证所提模型和规划方案的正确性，没有考虑把储能与其他灵活性资源一起参与到电力系统调度中，降低了储能系统运行的综合价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，该评估方法包括以下步骤：

(1)获取该区域电力系统的基本数据；所述基本数据包括规划年负荷需求数据、常规发电机组数据、可再生能源发电机组数据和储能系统数据；

(2)以该区域电力系统规划成本最小为优化目标，根据该区域电力系统规划年负荷需求构建系统运行模型；

(3)根据所述系统运行模型，计算在不同可再生能源发电渗透比例下，该区域电力系统的规划成本、各类型发电机组容量及供电量、各类型储能配置容量及储能系统的充放电量；

(4)设定所述系统运行模型中的储能容量、充放电为零，基于全年电力需求进行运行模拟，计算在同等可再生能源发电渗透比例下，该区域电力系统的规划成本、各类型发电机组容量及供电量、储能配置容量及储能系统的充放电量，得到该区域电力系统储能配置及综合价值基准线；

(5)根据所述储能配置及综合价值基准线，计算该区域电力系统的储能配置及综合价值。

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，所述储能配置及综合价值包括经济价值、系统价值和社会价值。

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，步骤(2)中，所述系统运行模型为：

其中，TOCO为该区域电力系统的规划成本，N

其中，N

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，所述系统运行模型的基本约束条件包括：

(1)电力供需平衡：

其中，P

(2)可再生能源发电约束：

f

其中，f

(3)储能系统充放电约束：

SE

其中SE

(4)各类型机组运行容量或能量约束：

P

PI

(5)区域电力系统备用约束：

其中，R

(6)常规机组容量与提供辅助服务容量增长约束：

N

N

其中，N

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，步骤(5)中，计算高比例可再生能源发电渗透下，该区域电力系统中储能配置及综合价值：

TASV

VLCOS

其中，TASV

其中，p

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，所述系统价值SV

TSV

其中，TSV

进一步的，所述的一种用于区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，所述社会价值SCV

SCV

ΔEG

其中，ΔEG

本发明的优点与效果是：

本发明提供的区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法，基于该区域电力系统储能配置优化，获取系统的能量成本、容量成本、辅助服务成本及其变化量，得到储能系统的综合价值。本发明能够全面有效进行评估区域电力系统储能容量优化及其综合价值。基于该区域电力系统运行评估储能配置及其综合价值，完善了该区域电网储能容量配置的定量化与全局化的技术分析，也是对储能系统综合价值精益评估的完善。

本发明提供的区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法具有实用性且简单易行，适用于区域电力系统储能需求规划。

附图说明

图1示出本发明提供的基于收益的区域电力系统储能配置及综合价值评估原理图；

图2示出本发明提供的基于成本的区域电力系统储能配置及综合价值评估原理图；

图3示出本发明提供的区域电力系统储能配置及综合价值评估方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

本发明提出的一种区域电力系统的储能配置及综合价值评估方法中的储能配置综合价值包括储能的内部价值与外部价值。其中，储能配置的内部价值是指储能投运后本身的经济价值，是由其充放电运营收益体现或由其投资建设、运行维护等成本体现的。储能配置的外部价值是指其应用对电力系统中其他利益主体产生的价值，其包括系统价值与社会价值。储能配置的系统价值是区域电力系统中储能参与系统应用而体现的，是在区域电力系统运行中与其他各类型机组运行、负荷需求等相互作用中得以体现的，其包括其容量价值、辅助服务价值和能量价值等。也可理解为，储能的系统价值包括调频、调峰、黑启动、延迟电网容量建设与缓解阻塞、可再生能源出力平滑、提升供电可靠性与质量、降低用户电量电费等。储能配置的社会价值是通过区域电力系统储能运行后所产生的碳减排价值来体现。

图3示出本发明提供的区域电力系统储能配置及综合价值评估方法的流程图。本发明提出的储能配置及综合价值评估方法，根据储能参与电力系统运行，利用电力系统运行模拟，计算高比例可再生能源电力系统中储能容量配置及综合价值。该评估方法步骤如下：

(1)预先设定区域电力系统中的包含不同储能设备或系统的类型，不限制各类型储能设备或系统的容量能量，此处指不限制各类型储能的充放电功率与充放电时间。获取各类型储能设备或系统的成本，同时获取该区域电力系统的基本数据，基本数据包括规划年负荷需求数据、常规发电机组数据、可再生能源发电机组数据和储能系统数据等。

(2)以该区域电力系统规划成本最小为优化目标，储能系统与常规机组参与灵活性辅助服务，根据该区域电力系统规划年负荷需求构建系统运行模型，模型中不限制参与系统灵活性辅助服务常规机组容量与发电量。该区域电力系统运行模型包括：

(2-1)基于该区域电力系统的典型工作日与节假日电力负荷曲线以及全年日最高、最低负荷，获得区域规划年负荷需求曲线(365天8760小时或更小时间尺度)、以及区域电力系统备用系数。具体的，将1日24小时可分为24个时段或96个时段，24个时段是每小时一个时段，96个时段是把每小时再分为4个时段。

(2-2)目标函数：

其中，TOCO为区域电力系统规划成本，N

(2-3)目标函数中常规机组可包括基荷机组与辅助服务机组：

其中，N

(2-4)上述模型运行基本约束条件包括：

①电力供需平衡：

其中，P

②可再生能源发电约束：

f

其中，f

③储能系统充放电约束：

SE

其中，SE

④各类型机组运行容量或能量约束：

P

PI

⑤区域电力系统备用约束：

其中，R

⑥常规机组容量与提供辅助服务容量增长约束：

N

N

其中，N

以区域电力系统规划成本最小为优化目标，基于常规灵活性调峰机组，同一储能在同一时间只能存在一种状态，可以多次充放。

(3)根据步骤(2)所建模型，计算区域电力系统规划中不同可再生能源发电分析在比例下的发电成本、各类型发电机组容量及供电量、各类型储能容量及储能的充放电量。

(4)根据步骤(2)所建模型，计算该区域电力系统的储能配置综合价值的基准线。具体的是，设定步骤(2)中所建模型中的储能容量、充放电为零，计算在同等可再生能源发电渗透比例下，区域电力系统的规划成本、各类型机组容量及供电量、储能配置容量及储能系统的充放电量等。

(5)计算高比例可再生能源发电渗透情况下，区域电力系统储能配置综合价值中的系统价值。

(5-1)区域电力系统中储能系统的总系统价值包括容量价值、辅助服务价值和能量价值，其计算为：

TSV

其中，TOCO

(5-2)区域电力系统中各类型储能的系统价值计算：

其中，SV

(6)相对于该区域电力系统储能配置综合价值基准线，由于配置储能系统，该区域电力系统会影响可再生能源发电量变化。该区域电力系统可能连接更大区域电网(包括华北区域电网、东北区域电网、华东区域电网、华中区域电网、西北区域电网、南方区域电网)，根据所连接更大范围的区域电网的边际排放因子，计算区域电力系统储能配置综合价值中的社会价值(即碳减排价值)。

(6-1)区域电力系统中储能系统应用增加的可再生能源发电量计算：

ΔEG

其中，ΔEG

(6-2)区域电力系统中各类型储能的促进可再生能源发电量计算：

其中，ΔEG

(6-3)区域电力系统中各类型储能的碳减排价值计算：

SCV

其中，BE

(7)计算高比例可再生能源发电渗透下，该区域电力系统的储能配置及综合价值。

如图1所示，该区域电力系统储能配置及综合价值可以采用基于收益的计算方式：

TASV

其中，TASV

如图2所示，该区域电力系统储能配置及综合价值也可以采用基于成本的计算方式：

VLCOS

其中，VLCOS

电力系统储能为技术上与商业可行的储能技术，并考虑储能的充放电效率。本发明的模型中的成本包括各类型机组或储能系统的投资建设、运行维护成本，计算中可采用各自的平准化成本，可考虑增值税率与所得税率的影响并进行修正。

本发明构建模型中常规机组可包括煤电机组、气电机组与核电机组，可再生能源机组可包括风电机组、光伏发电机组、光热发电机组、水电机组，其中水电机组运行与煤电机组、气电机组运行约束类似。可再生能源发电机组需要配备的旋转备用容量由预测信度决定。

本发明评估方法的系统收益、社会价值收益都是基于系统规划运行成本获得。体现综合价值成本的评估方法可直接用于各类型储能价值决策。综合收益方式的充放电收益涉及充放电价，而系统收益与社会价值收益都是基于系统规划运行成本获得，没有涉及电价等因素影响，但其从区域电力系统的角度，体现了储能系统在该区域系统中的基本的潜在收益，其可应用于各类型储能价值决策。

虽然在上述详细说明中已经介绍了至少一个示例实施方式，但是应当理解存在许多变化。也应当理解本文中描述的一个或多个示例实施方式不旨在以任何方式限制本主题的范围、适用性、或配置。相反，上述详细说明将为本领域中的技术人员提供用于实现描述的一个实施方式或多个实施方式的便利路线图。应当理解，在没有偏离权利要求定义的范围的情况下，在元件的功能和排列方面可以进行各种变化，其包括在申请本专利申请时已知的等同物和可预知的等同物。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明的实施范围。但凡在本发明的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本发明的保护范围内。