面向多应用场景的电网侧混合储能系统容量优化配置方法与流程

本发明涉及电网配置，具体为面向多应用场景的电网侧混合储能系统容量优化配置方法。

背景技术：

1、随着以风电、光伏为代表的可再生能源发电技术的大规模发展和并网渗透率的持续提高，电力系统的运行特性发生了深刻变化，可再生能源出力的间歇性、波动性和不确定性给电网的频率稳定、电压支撑、功率平衡和备用容量带来了前所未有的挑战。

2、混合储能系统通过组合功率型储能单元和能量型储能单元，能够同时提供快速功率响应和长时能量支撑，成为电网侧应对新能源不确定性的关键技术手段，通过结合常用场景如削峰填谷场景的功率等级、能量容量、响应速度、循环寿命的需求，建立混合储能系统容量配置，最小化系统全生命周期成本，同时提升储能系统对电网的支撑能力。

3、现有技术中传统的混合储能系统容量配置通常是基于常用场景中的功率等级、能量容量、响应速度、循环寿命的需求建立配置，但是电网在实际运行中，调频、削峰填谷、波动平抑、备用支撑等场景是交替出现甚至同时存在的，不同场景对储能系统的功率等级、能量容量、响应速度、循环寿命的需求差异显著，基于固定数据进行配置会导致调频响应不足或波动平抑效果不佳，从而影响电网运行的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供面向多应用场景的电网侧混合储能系统容量优化配置方法，解决以下技术问题：

2、如何实现场景自适应的混合储能系统容量配置。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、面向多应用场景的电网侧混合储能系统容量优化配置方法，所述方法包括：

5、s1：按照固定采样时间间隔对一个采样周期内电网侧至少一个监测点的历史运行数据进行采集，并在进行归一化处理和异常值剔除后构建时间序列样本集，所述历史运行数据包括有功功率、频率偏差与电压偏差；

6、s2：基于时间序列样本集提取多维特征向量，并采用聚类算法将电网运行状态划分为调频场景、削峰填谷场景、波动平抑场景与备用支撑场景的多个应用场景，并输出每个采样时刻对应的场景标签；

7、s3：建立混合储能系统拓扑模型，包括功率型储能单元和能量型储能单元，建立全生命周期综合成本模型，所述模型包括购置成本、更换成本、运维成本、损耗成本及惩罚成本；

8、s4：构建不同场景的自适应权重优化模型，并基于不同场景标签动态调整经济性目标权重、可靠性目标权重与响应速度目标权重；

9、s5：建立功率与能量双层解耦优化模型，上层模型以能量型储能单元的额定容量为决策变量，执行削峰填谷或备用容量匹配，下层模型以功率型储能单元的额定功率为决策变量，执行高频波动抑制与调频指令跟踪，并通过功率不平衡修正因子将上下层之间进行迭代耦合；

10、s6：采用优化算法求解s5中所述的双层模型，在满足功率平衡约束、荷电状态约束、储能寿命约束的条件下，输出最优的能量型储能单元额定容量和功率型储能单元额定功率；

11、s7：通过结合s6中输出的最优能量型储能单元额定容量和功率型储能单元额定功率，生成包含储能类型、额定容量、额定功率、安装位置建议的混合储能系统容量配置方案。

12、进一步的，所述s2中提取的多维特征向量包括：

13、基于时间序列样本集中有功功率数据提取的波动率指标、最大功率变化率与能量缺口持续时间特征向量；

14、基于频率偏差数据提取的频率越限幅值和频率越限持续时间特征向量；

15、基于电压偏差数据提取的电压越限幅值和电压越限持续时间特征向量。

16、进一步的，所述s4中动态调整目标权重的过程包括：

17、通过结合不同场景标签下经济性目标、可靠性目标、响应速度目标的归一化需求强度，动态调整经济性目标、可靠性目标、响应速度目标的权重。

18、进一步的，所述s5中建立功率与能量双层解耦优化模型的过程包括：

19、采用一阶低通滤波方法对功率型储能单元与能量型储能单元之间的功率进行分配，滤波时间常数由所述场景标签自适应确定，调频场景与波动平抑场景下采用秒级时间常数，削峰填谷场景与备用支撑场景下采用分钟级时间常数，以区分高频功率与低频功率的分配路径。

20、进一步的，所述s3中建立全生命周期综合成本模型的过程包括：

21、通过结合初始购置成本、更换成本、运维成本、寿命损耗成本以及惩罚成本融合计算获得全生命周期综合成本。

22、进一步的，所述s5中的功率不平衡修正因子包括：

23、通过公式计算获得在t时刻的功率不平衡修正因子；其中，t为任意时刻，为电网在t时刻的实际需求功率，为能量型储能单元在t时刻的实际响应功率，为功率型储能单元在t时刻的实际响应功率。

24、进一步的，所述s6中的储能寿命约束条件包括：

25、对能量型储能单元的循环寿命满足以下关系：

26、；

27、其中，t为总运行时间，为t时刻的放电深度，为在时刻t对应的深度放电条件下，储能单元可以承受的最大循环次数；

28、对功率型储能单元的循环寿命满足以下关系：

29、等效循环次数累加值不超过最大允许循环次数。

30、进一步的，所述s6中的功率平衡约束条件包括：

31、满足以下关系：

32、

33、其中，为能量型储能单元在时刻t 的实际响应功率，为功率型储能单元在时刻t 的实际响应功率，为混合储能系统在时刻t的总需求功率。

34、进一步的，所述s6中的荷电状态约束条件包括：

35、能量型储能单元的荷电状态约束条件满足以下关系：

36、；

37、其中，为能量型储能单元的荷电状态下限阈值，取值0.1，为能量型储能单元的荷电状态上限阈值，取值0.9，为能量型储能单元在时刻t的荷电状态；

38、功率型储能单元的荷电状态约束条件满足以下关系：

39、；

40、其中，为功率型储能单元的荷电状态下限阈值，取值0.05，为功率型储能单元的荷电状态上限阈值，取值0.95，为功率型储能单元在时刻t的荷电状态。

41、进一步的，所述s7中生成配置方案的过程包括：

42、s71：结合最优的能量型储能单元额定容量的输出结果，匹配市场上可用的标准规格能量型储能产品，确定能量型储能单元的电池类型、串并联方式、电池簇数量；

43、s72：结合最优的功率型储能单元额定容量的输出结果，匹配市场上可用的标准规格功率型储能产品，确定功率型储能单元的储能类型、模组数量；

44、s73：计算系统级配置参数，包括系统总额定功率、系统总能量容量、能量型储能与功率型储能的功率配比和能量配比，并配置电气接口参数，包括直流母线电压、pcs台数与功率分配、升压变压器容量、接入间隔位置；

45、s74：基于全生命周期综合成本模型，输出初始投资、年运维成本、平准化储能成本经济性指标；

46、s75：基于s1中的监测点位置和电网拓扑结构，输出安装位置建议；

47、s76：汇总生成包含系统总配置、储能单元明细、电气接口参数、控制策略、经济性指标与安装位置的结构化配置方案。

48、本发明的有益效果：

49、（1）本发明通过场景识别与分类，实现了储能系统对不同电网运行状态的差异化响应，避免传统储能配置方法往往采用统一策略，无法兼顾调频、削峰填谷、波动平抑等多种需求，导致储能资源利用率低的情况出现，并且通过动态调整优化目标权重，使储能系统能够在不同场景下发挥最佳性能，显著提升了储能系统的适应性和灵活性，进而提高配置完成后电网运行的可靠性。

50、（2）本发明通过采用功率与能量双层解耦优化模型，并引入由场景标签自适应确定的滤波时间常数，在容量配置阶段解决了不同时间尺度需求在同一模型中的耦合问题，上层模型专注于能量管理，下层模型专注于功率响应，通过功率不平衡修正因子实现上下层之间的协同耦合，这种双层结构有效避免了传统单层模型中功率与能量耦合导致的优化复杂度高、收敛困难的问题，显著提高了优化求解的效率和稳定性。

51、（3）本发明通过结合场景自适应的权重调整机制，使得储能系统的优化目标与实际运行需求高度匹配，避免因采用固定权重，无法适应电网运行状态的动态变化，往往导致在某些场景下储能系统表现不佳，所以通过场景标签驱动权重调整，例如在调频场景下提高响应速度权重，确保储能系统能够快速跟踪调频指令；在削峰填谷场景下提高经济性权重，优先降低储能系统的全生命周期成本，这种动态适配机制显著提升了储能系统的综合性能。

52、（4）本发明通过将全生命周期综合成本分解为五个组成部分，覆盖了储能系统从采购、安装、运行、维护、更换到退役的全过程，通过五类成本的完整建模，在优化过程中自动权衡初始投资与长期成本，输出的配置方案在全生命周期内综合成本最优，避免出现传统储能容量配置方法往往只考虑初始购置成本，但实际运行中可能因频繁更换、高额运维、快速老化、惩罚损失而导致总成本更高的情况出现，从而提高实现混合储能系统容量的优化配置。

53、（5）本发明通过场景识别提供时变的运行边界条件，并基于该边界条件动态调整优化目标的权重，解决了多目标优化中目标冲突时的动态权衡问题，最后通过双层解耦模型利用场景标签自适应地选择功率分配的时间常数，三者并非简单叠加，而是形成了有机的‘识别-决策-执行’闭环优化逻辑，产生了协同增效的技术效果，正是这种一体化设计可以使得最终求解出的容量配置能够同时满足调频场景的快速响应和削峰填谷场景的大容量支撑，从而实现混合储能系统容量的优化配置。