计及配电节点电价激励的绿电直连项目共享储能配置方法

本发明属于配电网规划与共享储能优化配置，具体涉及计及配电节点电价激励的绿电直连项目共享储能配置方法。

背景技术：

1、当前分布式风电、光伏装机持续扩容，配网新能源消纳压力突出；叠加碳边境机制约束，工商业用户减碳需求旺盛，新能源厂商与工商业用户搭建的绿电直连项目可实现绿电就地消纳、满足企业降碳需求。现有政策对绿电直连项目设置自发自用比例硬性要求，配套储能成为项目合规运行的必要条件，单一主体自建储能投资高昂，多方共建共享储能成为优选方案。

2、电力市场化改革背景下，适配配网损耗、电压约束的配电节点电价，可输出精细化分时价格信号。绿电直连项目位于配网单节点内，新能源厂商与工商业用户分属不同主体，遵循 “自发自用、余电上网” 模式，内部签订长期购电协议；共享储能可平抑出力与负荷差值，减少弃电、降低购电成本，提升双方收益。

3、然而，现有针对绿电直连项目的共享储能配置方案大多仅考虑新能源出力、负荷时序特性、储能投资运维成本等基础约束开展优化计算，普遍忽略配电网市场化价格机制带来的经济激励影响，未引入配电节点差异化电价信号参与储能配置决策。

4、一方面，配电节点电价随配网潮流阻塞、线路损耗、节点电压状态实时差异化波动，不同节点的购售电收益、阻塞惩罚成本存在明显差异，直接改变共享储能充放电套利空间、项目整体投资收益；传统配置方法不区分配电节点电价差异，统一采用固定分时电价开展建模，储能选址、容量配置结果与配网实际市场运行场景脱节，易出现储能配置容量偏大造成资源浪费，或配置容量不足无法充分利用节点电价套利空间、降低项目整体经济效益的问题。

5、另一方面，现有技术未将配电节点电价激励、绿电自发自用考核指标、多主体利益均衡约束进行耦合协同优化，仅单独满足消纳或成本单一目标，无法兼顾配网安全运行约束、碳减排需求、多方经营主体收益诉求，配置得到的共享储能方案难以适配当前配网市场化运营环境，存在经济性差、消纳达标难度高、配网潮流阻塞加剧等现实短板。

6、因此，如何充分计及配电节点电价激励带来的市场化收益差异，构建适配绿电直连项目多主体运营模式、兼顾自发自用政策约束与配网运行约束的共享储能优化配置方法，是当前配网分布式新能源规划领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有绿电直连项目配置共享储能未考虑配电网本地电力市场影响，提供一种计及配电节点电价激励的绿电直连项目共享储能配置方法，实现共享储能的最优配置，并使工商业用户和新能源厂商经济效益达到最优水平。

2、本发明提供以下技术方案：计及配电节点电价激励的绿电直连项目共享储能配置方法，包括以下步骤：

3、步骤1、确定配电系统运行优化周期，采集输入参数；输入参数包括周期内典型分布式风光出力和负荷数据、分布式新能源装机容量和最大负荷、绿电自发自用比例参数、长期购电协议绿电价格、单位碳排放成本、碳排放因子、电化学储能充放电效率、单位功率成本、单位容量成本、储能寿命周期。

4、步骤2、基于配电网物理模型，构建配电网交流潮流转移因子矩阵与电压灵敏度因子矩阵。

5、步骤3、搭建计及配电节点电价影响的共享储能规划双层模型框架；上层为基于纳什议价理论的共享储能规划模型，下层为计及线损的配电网节点电价计算模型；上层向下层传递共享储能配置方案，下层向上层回传配电节点电价，通过上下层嵌套迭代求解得到均衡解。

6、步骤4、构建上层基于纳什议价的共享储能规划模型，分解为子问题sp1与子问题sp2；子问题sp1以工商业用户与新能源厂商总成本最小为优化目标，约束包括共享储能投资规划约束、共享储能运行约束、绿电直连政策约束；子问题sp2基于子问题sp1求解得到的储能配置、各方成本与收益结果，以支付效益最大为目标，增设合作博弈参与前提约束，完成共享储能成本在工商业用户、新能源厂商间的公平分摊。

7、步骤5、构建下层计及线损的配电网节点电价计算模型；以配电网运营商系统运行总成本最小为目标，引入系统功率平衡约束、节点注入功率约束、分布式风光出力约束、配电网潮流约束、节点电压约束，通过模型拉格朗日函数对偶乘子推导配电节点有功电价。

8、步骤6、采用基于遗传算法的嵌套迭代求解双层模型：上层遗传算法生成多组储能容量方案下发下层，下层迭代收敛计算线损与配电节点电价并将配电节点电价回传上层作为适应度计算依据；迭代完成后输出最优共享储能功率、容量配置结果；再通过纳什议价解析公式完成储能投资成本分摊。

9、步骤7、输出绿电直连项目共享储能额定功率、额定容量配置方案，并对比储能投建前后项目各方经济效益与综合效益。

10、优选的，所述步骤4中，子问题sp1的目标函数为：

11、(1)

12、(2)

13、(3)

14、(4)

15、(5)

16、式中，为工商业用户成本，为新能源厂商收益，为共享储能投资成本，和分别为典型场景集合和场景对应的概率，

t为时间周期，为典型场景下用户

i处

t时刻的配电节点电价，为典型场景下用户

i在

t时刻的购售电量，和则分别表示购电量和售电量；和分别为长期购电协议签订的绿电价格和典型场景下用户

i在

t时刻通过绿电直连消纳的绿色电能；和分别为单位碳排放成本和碳排放因子；分别为共享储能日化的单位功率和单位容量成本，由储能的单位功率和单位容量成本、储能寿命、折现率

r，以及年天数共同决定；和分别为投建共享储能的额定功率和额定容量，为储能日化单位功率成本，为储能日化单位容量成本。

17、更优的，所述绿电直连约束包括节点功率平衡约束、全年自发自用比例下限约束、全年余电上网比例上限约束；共享储能投资规划约束限定储能额定功率最大值，储能额定容量与额定功率满足固定时长比例关系；共享储能运行约束包括充放电功率上限、荷电状态上下限、周期始末储能容量相等约束。

18、优选的，所述步骤 4 中，子问题sp2目标函数为：

19、(20)

20、式中，和分别为未投建共享储能时的工商业用户成本和新能源厂商收益，和分别为求解子问题sp1后所得到的工商业用户成本和新能源厂商收益，和分别为工商业用户和新能源厂商分摊的共享储能成本。

21、更优的，所述步骤 6 中纳什议价解析求解分摊成本为：

22、(36)

23、(37)

24、(38)

25、式中：为双方合作剩余收益，为sp1求解最优储能总投资成本。

26、优选的，所述步骤5中，基于各约束对偶乘子推导配电节点有功电价计算为：

27、(35)

28、式中，、为系统有功、无功平衡对偶乘子，、分别为系统损耗因子；为配电网线路

l的有功功率关于节点

i注入有功功率的转移因子；为配电网线路

l的无功功率关于节点

i注入有功功率的转移因子，为配电网潮流约束的对偶乘子，、为多面体内部近似线性化方程的系数，

c为线性方程集合，为配电网全部节点集合，l为配电网所有线路构成的集合，、分别为节点电压约束的对偶乘子，为节点

i电压幅值关于节点

j注入有功功率的灵敏度因子。

29、优选的，所述步骤6中嵌套迭代求解步骤包括：

30、步骤6-1、初始化配电网拓扑、负荷、新能源参数，设置遗传算法种群规模、交叉概率、变异概率、最大迭代次数、线损收敛精度；

31、步骤6-2、随机生成多组储能功率、容量组合作为初始种群，将每组储能方案下发下层模型；

32、步骤6-3、下层模型迭代更新线路潮流、节点电压、系统线损，直至相邻两次线损差值小于收敛精度，求解得到配电节点电价；

33、步骤6-4、将节点电价回传上层模型，代入sp1目标函数计算种群个体适应度，记录当前全局最优储能配置方案；

34、步骤6-5、对种群执行选择、交叉、变异操作生成新一代储能配置方案；

35、步骤6-6、判断当前遗传进化代数是否达到最大进化代数，未达到则返回步骤6-3循环迭代；达到则输出最优共享储能额定功率、额定容量。

36、优选的，所述步骤2中，潮流转移因子矩阵量化节点功率变化对各线路潮流的灵敏度，电压灵敏度因子矩阵量化节点功率变化对节点电压幅值的影响，用于下层配电网潮流与节点电价线性化求解。

37、本发明的有益效果是：

38、1.本发明在绿电自发自用比例政策约束下，引入配网节点电价激励参与共享储能优化配置，有效解决政策限制带来的新能源消纳不足、项目收益受损问题，同步实现新能源厂商与工商业用户双方经济效益最大化。

39、2.本发明兼顾配电节点电价与共享储能的双向耦合作用：节点电价可引导用户用能、改变项目内部功率平衡，储能投建又会反向影响节点电价；依托精细化配电节点价格信号完成协同优化，能够得到适配市场运行规律的储能最优配置方案。

40、3.本发明融合储能投资成本、配网电力市场行情、绿电直连管控政策多重现实条件，可为项目内多经营主体提供客观、经济可行的共享储能容量与投资决策依据，实用性强。