一种计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化方法及系统与流程

本发明属于电力系统规划与运行，尤其涉及一种计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化方法及系统。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的深入推进，以风电、光伏为主的新能源装机占比持续攀升，电力系统的运行特性正发生深刻变化。新能源出力的波动性与间歇性，叠加负荷的时序变化，使得系统对灵活性调节资源的需求显著增加。储能系统，尤其凭借其快速的充放电响应能力和能量的时间转移能力，成为支撑新能源消纳、提升系统可靠性的重要手段之一。在电源规划阶段，决策者需要评估储能系统的综合价值，以确定合理的储能配置规模与运行策略。然而，现有电源规划方法在储能价值量化方面仍存在若干不足。

2、第一，储能备用能力的建模较为简化。传统规划方法通常主要考虑常规机组的旋转备用贡献，对储能系统快速提供备用的能力关注不足。部分研究虽尝试将储能纳入备用体系，但其建模方式往往将储能的备用能力设为与荷电状态无关的常数值。实际上，储能的向上备用能力受其当前剩余能量的制约：当荷电状态较低时，即使功率容量充足，储能也难以持续提供正备用功率。现有模型较少刻画这一动态耦合关系，导致对储能实际可靠性贡献的评估存在偏差。

3、第二，储能综合价值评估维度不够全面。储能在电力系统中的价值通常涵盖能量时移价值、容量价值和环境价值等多个方面。现有规划方法多侧重于能量时移价值的量化，对于储能的容量价值（可信容量）和环境价值（碳减排）尚未形成统一且易于工程实施的评估框架，储能的综合效益在规划决策中难以被完整识别。

4、第三，规划与运行模拟之间存在脱节。传统方法常采用典型日或负荷持续时间曲线进行简化模拟，难以精确反映新能源出力与负荷的时序耦合、常规机组的启停与爬坡约束、储能荷电状态的连续动态，以及多场景下随机故障与新能源波动的叠加影响。这可能导致规划方案在实际运行中出现备用不足或切负荷事件，使可靠性指标评估失真。

5、第四，现有方法对火电机组计划停运（检修）的影响考虑不足。火电机组每年需安排数周检修，若检修时段集中在负荷高峰期或新能源出力低谷期，将显著恶化备用充裕度。现有规划方法往往忽略计划停运，或仅假设全年均匀分配检修容量，未能在时序模拟中动态反映检修对可用容量的削减以及检修计划与负荷、新能源特性的协调，导致对可靠性的过高估计。

6、综上所述，有必要发展一种能够精细模拟储能动态运行特性、全面量化其多重价值、并紧密耦合规划与运行模拟的技术方法。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提到的问题，本发明公开了一种计及储能动态备用能力与综合价值评估的电源规划优化方法及系统，可以为电源扩展方案提供决策依据。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

2、一种计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、s1，基于每周净负荷峰值和储能可靠容量，建立平准化分配模型，将火电机组总计划检修容量周数优化分配到全年各周，得到每周计划停运容量，并将其平铺至该周每个小时，得到最终可用容量矩阵；

4、s2，建立含储能荷电状态与向上备用耦合约束的时序运行模拟模型，输入给定的电源配置，输出系统运行成本、切负荷序列和弃风弃光量；

5、s3，以所述时序运行模拟模型为计算核心，采用二分法迭代求解储能的可靠容量，量化储能对系统容量充裕度的贡献；

6、s4，基于所述时序运行模拟模型输出的运行结果结合所述可靠容量，将储能的能量价值和容量价值纳入年总成本目标函数，在可靠性约束下搜索最优扩容方案。

7、进一步的，所述s1中每周净负荷峰值由该周内逐小时负荷减去风电理论最大出力再减去光伏理论最大出力取最大值，计算公式为：

8、

9、其中，为每周净负荷峰值；为负荷；为风电理论最大出力；为光伏理论最大出力；

10、每周储能可靠容量的计算公式为：

11、

12、其中，为每周储能可靠容量；为储能额定放电时长；为每周净负荷高峰持续时长，定义为该周内净负荷功率超过其峰值95%的连续小时数中的最大值；为储能额定功率。

13、进一步的，所述s1中平准化分配模型的决策变量为每周计划停运容量；优化模型的公式为：

14、

15、其中，为火电总装机容量，为热备用系数，为目标平均值；所述优化模型可以用cplex求解器快速求解。

16、进一步的，所述s2中火电机组采用分段线性成本模型，划分k个出力分段，火电总出力的计算公式为：

17、

18、各分段出力满足，火电总出力不超过当前时段可用容量，且满足爬坡约束，爬坡约束的公式为：

19、

20、其中，、分别为向下和向上爬坡率标幺值。

21、进一步的，所述s2中时序运行模拟模型的目标函数为火电分段燃料成本、切负荷惩罚成本、弃风弃光惩罚成本、储能放电边际成本和碳排放成本之和的最小化。

22、6.根据权利要求1所述的计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化方法，其特征在于，所述s3中储能的可靠容量采用有效负荷承载能力进行量化，计算流程包括：

23、s31，计算无储能时的基准年缺电能量，公式为：

24、

25、其中，为场景数，为场景时段 的切负荷量；

26、s32，在原始负荷上叠加恒定的负荷增量，调用时序运行模拟模型得到；采用二分法搜索满足的负荷增量值，作为储能的可靠容量，收敛条件为搜索区间宽度小于预设容差；

27、s33，可靠容量除以储能额定功率得到容量信用比。

28、进一步的，所述s4中的年总成本目标函数包括年化投资成本和系统年均运行成本之和；所述年化投资成本采用等年值系数，计算公式为：

29、

30、将一次性投资折算为年均值，其中为折现率，为设备经济寿命；年化投资成本包含风电新增投资、光伏新增投资、储能功率新增投资和储能能量新增投资；所述年均运行成本由所述时序运行模拟模型对多个随机场景取平均得到；所述可靠性约束为失负荷期望不超过2.4小时/年。

31、进一步的，所述s4中对于火电扩容方案采用枚举给定容量集合中机组的所有可能组合的方式搜索最优方案，总新增容量不超过给定容量上限，对每个组合调用时序运行模拟模型计算运行成本和可靠性，并剔除不满足失负荷期望不超过2.4小时/年可靠性约束的方案，最终选出年总成本最小的组合。

32、进一步的，所述s4中对于风光储扩容方案，采用贝叶斯优化同时搜索风电扩容倍数、光伏扩容倍数、新增储能功率和新增储能时长，初始采样若干点后迭代优化，每个采样点调用所述时序运行模拟模型评估运行成本和可靠性，以年总成本最小为目标寻优。

33、本发明还公开了一种计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化系统，用于实现上述的计及储能动态备用贡献与综合价值评估的电源规划优化方法，其特征在于，该系统包括：

34、计划停运分配模块，用于执行上述的步骤s1；

35、运行模拟模块，用于执行上述的步骤s2；

36、容量评估模块，用于执行上述的步骤s3；

37、综合价值量化与规划决策模块，用于执行上述的步骤s4。

38、本发明具有以下有益效果：

39、（1）本发明在运行模拟中显式建立了储能向上备用容量与剩余能量的耦合约束，使备用能力随荷电状态动态调整，相较于现有技术通常将储能的备用能力设为与荷电状态无关的常数值，在储能能量较低时仍假设其可提供满额备用，导致对系统可靠性的高估，本发明更真实地反映了储能的物理限制。

40、（2）本发明采用分段线性聚合模型，将火电机组按边际成本排序后划分为有限个出力分段，相较于现有规划方法多采用单台等效机组或引入二进制启停变量，难以兼顾调度精度与计算效率，本发明既保留了经济调度的优先级特征，又保持为线性规划，可快速求解并输出系统边际电价。

41、（3）本发明提出平准化分配模型，将总检修容量周数优化分配到各周，约束条件包含储能可靠容量对备用的贡献，相较于大多数规划方法忽略火电机组的计划检修，或假设检修容量全年均匀分布，本发明使检修计划自然避开净负荷高峰周，同时最小化各周检修容量的波动。

42、（4）本发明构建了包含能量价值（运行成本+碳成本）、容量价值（elcc）和环境价值（碳减排）的三层次量化框架，并提供了组合枚举与贝叶斯优化两种寻优方式，相较于现有技术通常仅评估储能的能量时移价值，容量价值和环境价值难以统一纳入优化，本发明实现可靠性约束下的年总成本最小化决策。