基于光储一体化投资测算的光储能量管理配置方法与流程

本发明涉及储能管理，尤指基于光储一体化投资测算的光储能量管理配置方法。

背景技术：

1、随着工商业分布式光伏和用户侧储能项目的快速发展，光伏装机容量、储能功率及储能容量的配置已经由单一设备选型问题转变为同时受到屋面可利用条件、变压器及并网点承载能力、用户负荷时序、光伏出力时序、分时电价、需量计费规则、余电上网价格、设备运行效率、容量衰减和全生命周期投资回报约束的综合工程问题。现有较为接近的技术通常根据屋面面积、组件排布密度和逆变设备规格确定光伏装机容量，再依据变压器剩余容量、储能配置比例、预设充放电时长和储能可布置面积确定储能功率及容量，并按照光伏自用比例、余电上网比例、每日循环次数、年运行天数、峰谷价差和预计削峰功率汇总年度收益，进而计算项目净现值、投资回收期和内部收益率；部分方案还采用典型日或全年时序数据，在已经给定的光伏和储能容量下生成充放电计划。

2、上述方法能够对项目进行初步投资比较，但设备配置、逐时能量管理和收益确认之间仍缺少连续对应关系。按照屋面面积、变压器能力和场地条件得到的设备容量只能说明相应设备具备安装条件，不能说明该容量能够在实际负荷与光伏出力的时间分布下得到有效利用；按照固定循环次数、平均充放电价格和年度电量比例估算的收益，也不能反映电量产生、充入、存储、放出和最终结算的先后关系。年度统计中即使同时存在光伏余电和峰段负荷，实际运行时仍可能因充电功率不足、放电功率受限、储能空间已被占用、储能电量提前释放或者充电时段与放电时段不连续而无法完成预计能量转移。特别是在同一套储能设备同时承担光伏余电吸收、电网谷段和平段补电、峰段负荷替代以及月度需量控制时，各类任务会共同占用同一储能容量、同一变流设备功率和同一时刻的可用电量，普通峰段提前放电可能削弱后续需量控制能力，谷段补电过多又可能占用后续光伏余电所需的储能空间。现有投资测算还难以对储能中不同来源电量的最终用途进行连续核验，容易使同一部分光伏发电同时计入即时自用、余电上网和储能收益，或者使同一部分储能放电同时计入峰谷套利和需量控制收益。随着光伏出力和储能可用容量在项目运行期内逐年变化，初始年度形成的固定比例和固定控制计划还可能与后续年份的实际设备状态不匹配。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供基于光储一体化投资测算的光储能量管理配置方法。

2、为实现上述目的，本发明提出了基于光储一体化投资测算的光储能量管理配置方法，包括：

3、确定能量平衡边界，并采集所述能量平衡边界内用户负荷，基于所述用户负荷确定统一调度时间片并修正异常记录，根据屋面排布形成候选光伏装机容量，并逐时划分自用、余电及剩余负荷，依据变压器能力确定功率边界并形成储能候选方案，将所述用户负荷、统一调度时间片、光伏候选方案、自用、余电及剩余负荷组合为统一时序基准集；

4、根据所述统一时序基准集建立各年份逐时能量序列及可用状态，通过分别识别光伏余电连续区间和区段生成充储任务和放电任务，当出现容量或功率冲突时，按任务生命周期增量贡献保留高值任务，并输出收益约束运行任务集；

5、读取收益约束运行任务集，并按时间顺序处理所述充储任务，分别建立光伏来源和电网来源的逻辑能量记录，并更新存储损失及储能占用状态，按收益用途从所述放电任务筛选可调用记录，并确定实际兑现放电量，将所述光伏来源、逻辑能量记录以及实际兑现放电量连接为能量路径，并对所述能量路径进行校验后确定为可兑现能量路径，遍历所述储能候选方案，输出可兑现能量路径集及各方案荷电状态序列；

6、基于所述可兑现能量路径集，确定变流设备和电池组合，将所述变流设备与电池组合代入路径校核工程边界，生成可行组合，对所述可行组合筛选并生成最优组合，基于初始储能额定容量对所述储能候选方案进行筛选，将所述最优组合输入经筛选后的所述储能候选方案生成最终方案，基于所述最终方案生成能量管理配置内容。

7、在一些实施例中，所述根据屋面排布形成候选光伏装机容量，具体包括：

8、根据光伏组件的实际排布方式确定各安装区域能布置的完整组件数量；

9、根据光伏逆变设备允许接入的组串数量和适配范围进行校核；

10、将能组成完整组串、满足逆变设备接入条件且符合检修和消防布置要求的设备组合确定为候选光伏装机方案；

11、候选光伏装机容量由对应方案中的组件额定容量汇总得到，并关联安装区域、组件数量、组串结构和逆变设备配置。

12、在一些实施例中，所述根据所述统一时序基准集建立各年份逐时能量序列及可用状态，具体包括：

13、根据光伏出力衰减参数，将基准年度逐时光伏发电量转换为各运行年份对应值，并重新划分逐时光伏即时自用量、逐时光伏余电量和逐时剩余负荷；

14、根据候选储能设备方案的容量保持特性和电池更换条件，确定各运行年份对应的容量保持状态，达到更换条件时按所采用更换方案重新确定更换后的容量保持状态。

15、在一些实施例中，所述通过分别识别光伏余电连续区间和区段生成充储任务和放电任务，具体包括：

16、按照调度时间片的先后顺序，将相邻且均存在逐时光伏余电量的时间片组成充储任务，并记录任务开始时间、结束时间、各时间片可供充电的光伏余电量、允许充电功率以及余电上网价格；

17、按每个时间片的实际充电需求取逐时光伏余电量、储能充电功率边界在所述时间片内对应的可传输电量以及充电效率共同允许的范围，超过实际充电需求的逐时光伏余电量继续保持余电上网属性。

18、在一些实施例中，通过分别识别光伏余电连续区间和区段生成充储任务和放电任务，具体包括：

19、在谷段或平段依可用功率生成补电候选，并生成绑定未来的放电任务；

20、在峰段或尖段生成放电与需量控制的放电任务。

21、在一些实施例中，所述在谷段或平段依可用功率生成补电候选，并生成绑定未来的放电任务，具体包括：

22、在电价属性属于谷段或平段的时间片内，根据变压器当前可用功率、储能充电功率边界和调度时间片持续时间形成电网补电候选任务，每项电网补电候选任务绑定一个发生在其后的负荷替代放电任务或需量控制任务；

23、电网补电需求由所绑定放电任务尚未获得充电来源覆盖的电量向前确定，并扣除在所述放电任务发生前能够由光伏余电充储任务提供的有效电量；

24、存在未来光伏余电充储任务时，保留接收光伏余电所需的储能空间，并将其余空间分配给电网补电候选任务。

25、在一些实施例中，所述在峰段或尖段生成放电与需量控制的放电任务，具体包括：

26、根据峰段或尖峰段的逐时剩余负荷形成负荷替代放电任务，每个时间片的放电需求取逐时剩余负荷、储能放电功率边界在该时间片内对应的可输出电量以及储能变流设备能力共同允许的范围；

27、根据需量结算属性处理每一个需量结算周期，以储能介入前的实际计费需量为起点，按可执行的功率调节级别逐级降低候选需量控制值，所述候选需量控制值的下限由周期最大剩余负荷扣除储能放电功率边界后的最低水平、合同最低申报条件及项目允许控制范围共同确定；

28、逐时剩余负荷超过候选需量控制值的部分形成需量控制任务，相邻超限时间片组成连续需量控制区间；

29、同一时间片同时具有需量控制和峰段负荷替代条件时，达到候选需量控制值所需的放电部分归入需量控制任务，其余可用放电能力归入负荷替代放电任务。

30、在一些实施例中，所述分别建立光伏来源和电网来源的逻辑能量记录，具体包括：

31、所述充储任务到达时，从对应时间片的逐时光伏余电量中提取实际允许进入储能的部分，建立光伏来源逻辑能量记录；

32、所述电网补电候选任务到达时，从对应谷段或平段补电需求中提取实际进入储能的部分，建立电网来源逻辑能量记录。

33、在一些实施例中，所述实际兑现放电量通过当前仍可向负荷侧提供的电量、当前收益任务尚需完成的放电量、当前调度时间片内允许输出的电量以及扣除当前时间片结束后最低保留电量所得的可释放电量进行计算生成。

34、在一些实施例中，所述将所述变流设备与电池组合代入路径校核工程边界，生成可行组合，具体包括：

35、将储能变流设备的实际额定功率和所述储能电池组合的实际额定容量、允许荷电范围及各运行年份容量保持状态，共同代入对应的完整路径组合，逐时校核充电功率、放电功率、储能实际占用电量、最低保留电量和最低预留空间；

36、任一时间片超过变压器容量、并网点功率限制、变流设备能力、电池允许荷电范围或储能可布置条件时，将组合整体判定为不可实施方案，反之，将组合整体判定为可行组合。

37、本发明的有益效果在于：

38、本发明围绕投资测算收益、设备配置和能量管理执行相互一致的核心要求，将项目工程边界、逐时能量关系、收益任务形成、能量路径核验、设备选型和运行控制组织为连续的处理过程。首先依据并网点所覆盖的实际负荷范围，获取用户负荷、单位装机光伏出力、分时电价、余电上网价格、需量结算规则、屋面及储能可布置条件、变压器和并网点能力、候选光伏设备与候选储能设备参数以及生命周期经济参数，按照实际可安装的组件、逆变设备、电池设备和储能变流设备组合形成候选配置，并在统一调度时间尺度下确定各候选配置对应的光伏即时自用量、光伏余电量和剩余负荷。随后将光伏余电充储、电网谷段和平段补电、峰段负荷替代和月度需量控制分别转换为具有确定发生时间、功率需求、电量需求、使用时限和收益用途的运行任务，并根据后续放电任务所需留存的储能电量以及后续光伏余电所需保留的空置容量，形成随调度时间变化的储能运行限制，使普通峰谷调节只能使用完成后续削峰任务和光伏消纳任务之后的剩余储能范围。

39、对于各运行任务实际使用的储能电量，按照充电来源、形成时间、预定放电任务和唯一收益用途建立连续记录，在逐时充放电过程中同步扣减剩余电量、任务需求和储能空间占用，并根据实际负荷替代结果和需量结算结果确认相应收益，使光伏即时自用、余电上网、光伏余电充储、电网补电、峰段负荷替代和需量控制之间保持明确且唯一的电量归属。经过来源、时间、功率、容量和用途核验的能量转移过程形成可兑现能量路径，各候选配置在不同运行年份下的可兑现能量路径进一步结合光伏出力衰减、储能容量保持状态和电池更换条件形成对应的逐年现金流。最终依据各可兑现能量路径的最大逐时充电功率、最大逐时放电功率、储能实际占用电量及后续光伏余电所需预留空间，确定能够持续承载相应路径的光伏装机容量、储能额定功率和储能额定容量，并结合标准设备规格、变压器能力、并网限制和储能可布置条件确定实际设备组合。所述设备配置对应的充电来源、放电用途、最低保留电量、最低预留空间、需量控制值和功率限制被写入能量管理系统，能量管理系统依据并网点当前负荷、当前光伏输出和当前储能状态下发充电、放电或保持指令，并根据实际执行电量更新后续任务能够调用的储能电量及剩余需求，从而使全生命周期投资测算结果、设备配置结果和实际能量管理过程对应同一组可执行能量路径。

40、本发明中的投资评价参数用于在已经通过能量来源、时间、功率、容量、用途和工程边界核验的候选方案之间进行配置选择，不单独输出脱离设备承载和能量管理执行的财务建议，最终配置结果需要能够转化为项目控制器可执行的充放电条件、功率边界和储能状态约束。