一种针对兆瓦级光伏储能电站的储能容量配置方法与流程

1.本发明涉及新能源利用领域，具体的是一种针对兆瓦级光伏储能电站的储能容量配置方法。


背景技术：

2.随着社会的飞速发展，风能和太阳能等清洁可再生能源越来越受到人们重视，其发电总量的比例逐年提高。
3.可再生能源具有不确定性和间歇性的特点，高比例渗入会给主动配电网的安全运行带来巨大的挑战。由可再生能源组成的分布式系统处于孤岛运行模式时，配电网的交流母线电压需要靠分布式发电系统来维持，但可再生能源的输出功率受到自然因素的影响，不能做到实时满足本地负荷的需求，系统功率的盈余或缺额将引起系统电压和频率的偏移。
4.储能系统具有削峰填谷的作用，对于提高系统对新能源发电的消纳有着重要意义。


技术实现要素：

5.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种针对兆瓦级光伏储能电站的储能容量配置方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种针对兆瓦级光伏储能电站的储能容量配置方法，包括以下步骤：
8.步骤一，建立含有储能系统的主动配电网优化模型，模型包含多种约束条件；
9.步骤二，通过主网购电成本、有功损耗成本与弃风弃光成本相关的约束条件，建立以主网购电成本、有功损耗成本与弃风弃光成本之和为优化目标的目标函数；
10.步骤三，通过二阶锥松弛技术将模型中的非线性约束条件转换成线性约束条件；
11.步骤四，基于ieee
‑
33节点系统对模型进行验证求解。
12.进一步地，所述步骤二中的目标函数c的表达式为：
13.c＝min c
buy
c
loss
c
res
；；
[0014][0015][0016][0017]
其中，c
buy
为主网购电成本，c
loss
为有功损耗成本，c
res
为弃风弃光成本，n为优化时段数量，b
s
为配电网中供电节点集合，为t时刻供电节点i提供的有功功率，w
t
为t时刻的电价，l为配电网支路集合，r
ij
为节点i和节点j的线路电阻，i
ij,t
为流过线路ij的电流有效
值，b
pv
、b
wtg
为光电、风电安装节点集合，和为节点i的光电在t时刻出力最大值与实际值，和为节点i的风电在t时刻出力最大值与实际值，β
pv
、β
wtg
为弃光、弃风惩罚因子。
[0018]
进一步地，所述步骤三中的约束条件包括distflow潮流约束，ess的运行约束，光伏发电约束，购电约束和安全约束；
[0019]
adn为径向接线方式，潮流约束反映出各节点之间功率流的基本关系，采用distflow潮流模型，对于任意节点j，在t时刻满足以下关系：
[0020][0021][0022]
其中，x
ik
表示节点i和节点k之间的线路电抗；表示以节点k为首端的支路对应的末端节点集合；λ(k)表示以节点k为末端的支路对应的首端节点集合；表示在t时刻节点k处的非关键负荷波动量；p
ik,t
和q
ik,t
分别表示在t时刻从节点i流向节点k的有功功率和无功功率；和分别表示在t时刻节点k处的有功负荷与无功负荷；
[0023]
对于任意支路，节点电压、线路电流和功率之间的关系约束表述为：
[0024][0025][0026]
其中，u
k,t
表示在t时刻节点k处的电压有效值；
[0027]
储能系统的运行约束具体分为充放电状态约束、充放电功率约束与荷电状态约束；
[0028]
充放电状态约束的表达式为：
[0029][0030]
其中，分别表示在t时刻节点k处储能充电、放电和静止三种工作状态的0
‑
1决策变量；
[0031]
充放电功率约束表达式为：
[0032][0033]
其中，和分别表示节点k处储能装置的充放电功率上限；
[0034]
荷电状态的约束表达式为：
[0035][0036][0037]
其中，d表示最大放电深度；soc
k,t
表示在t时刻节点k处储能的荷电状态；
[0038]
储能充放电功率与荷电状态的关系如下：
[0039][0040]
其中，φ
c
和φ
d
分别表示储能的充电效率和放电效率，0<φ
c
<1，φ
d
>1；表示在t时刻节点k处储能装置的剩余电量；表示节点k处储能装置的最大容量；
[0041]
光伏发电约束的表达式为：
[0042][0043]
购电约束的表达式为：
[0044][0045]
安全约束的表达式为：
[0046][0047][0048]
其中，u
k,min
和u
k,max
分别表示节点电压有效值上下限；i
ik,max
表示支路电流有效值上限。
[0049]
进一步地，所述步骤四中基于ieee
‑
33节点系统为：
[0050]
采用big
‑
m法，引入新的变量和并通过下列不等式进行约束：
[0051][0052][0053][0054][0055]
其中，m是一个较大的常数值；用和代替和消除原式中的0
‑
1变量与连续变量相乘项；
[0056]
采用变量v和a分别代替电压平方项与电流平方项，得到：
[0057][0058][0059][0060][0061]
采用二阶锥技术进一步凸化松弛，得到：
[0062][0063]
经过等价变换，得到：
[0064][0065]
本发明的有益效果：
[0066]
1、本发明建立含有储能系统的主动配电网优化模型，考虑风电和光电出力曲线建立最优潮流模型，并定量分析了储能系统对主网购电成本、有功损耗成本和弃风弃光成本的优化作用，降低电网容量需求，并兼顾储能运行效益，提高充电站经济性；
[0067]
2、本发明综合考虑了经济成本模型，包括整体储能系统成本、变流器成本、电网配电成本、降压变压器成本、充电成本和效率损失成本，共同反映了不同部分成本对储能系统效益的影响，提高了模型精度；
[0068]
3、本发明基于ieee
‑
33节点系统的算例，平衡了算法的全局搜索能力和局部搜索能力，提高了模型求解速度。
附图说明
[0069]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0070]
图1是本发明储能电站配合光伏并网模型图；
[0071]
图2是本发明光储并网结构示意图；
[0072]
图3是本发明伏 储能有功功率与agc指令对比图；
[0073]
图4是本发明光伏、风电与负荷时序特性曲线图。
具体实施方式
[0074]
下面将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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0075]
一种针对兆瓦级光伏储能电站的储能容量配置方法，如图1
‑
4所示，包括以下步骤：
[0076]
步骤一，提出一种含有储能系统的主动配电网优化模型，考虑风电和光电出力曲线建立最优潮流模型；
[0077]
步骤二，设定以主网购电成本、有功损耗成本与弃风弃光成本之和为优化目标函数；
[0078]
以配电网运行24h为优化时段，研究储能系统对主网购电成本c
buy
，有功损耗成本c
loss
和弃风弃光成本c
res
的影响，则优化函数c的表达式为：
[0079]
c＝min c
buy
c
loss
c
res
ꢀꢀ
(1)
[0080][0081]
[0082][0083]
n为优化时段数量，在本文即n＝24，b
s
为配电网中供电节点集合，为t时刻供电节点i提供的有功功率，w
t
为t时刻的电价，l为配电网支路集合，r
ij
为节点i和节点j的线路电阻，i
ij,t
为流过线路ij的电流有效值，b
pv
、b
wtg
为光电、风电安装节点集合，和为节点i的光电在t时刻出力最大值与实际值，和为节点i的风电在t时刻出力最大值与实际值，β
pv
、β
wtg
为弃光、弃风惩罚因子。
[0084]
步骤三，二阶锥松弛技术对模型中的非线性约束条件进行转换，转换成线性约束条件，包括distflow潮流约束，ess的运行约束，光伏发电约束，购电约束和安全约束。
[0085]
adn通常为径向接线方式，潮流约束反映出各节点之间功率流的基本关系，采用经典的distflow潮流模型，对于任意节点j，在t时刻满足以下关系：
[0086][0087][0088]
其中，x
ik
表示节点i和节点k之间的线路电抗；表示以节点k为首端的支路对应的末端节点集合；λ(k)表示以节点k为末端的支路对应的首端节点集合；表示在t时刻节点k处(若安装了es)的非关键负荷波动量；p
ik,t
和q
ik,t
分别表示在t时刻从节点i流向节点k的有功功率和无功功率；和分别表示在t时刻节点k处的有功负荷与无功负荷。
[0089]
对于任意支路，节点电压、线路电流和功率之间的关系约束可表述为：
[0090][0091][0092]
其中，u
k,t
表示在t时刻节点k处的电压有效值。
[0093]
储能系统的运行约束具体可分为充放电状态约束、充放电功率约束与荷电状态约束。
[0094]
充放电状态约束的表达式为
[0095][0096]
式中，分别表示在t时刻节点k处储能充电、放电和静止三种工作状态的0
‑
1决策变量。
[0097]
充放电功率约束表达式为：
[0098][0099]
其中，和分别表示节点k处储能装置的充放电功率上限；
[0100]
荷电状态的约束表达式为：
[0101][0102][0103]
其中，d表示最大放电深度；soc
k,t
表示在t时刻节点k处储能的荷电状态；
[0104]
储能充放电功率与荷电状态的关系如下：
[0105][0106]
其中，φ
c
和φ
d
分别表示储能的充电效率和放电效率，一般0<φ
c
<1，φ
d
>1；表示在t时刻节点k处储能装置的剩余电量；表示节点k处储能装置的最大容量；
[0107]
光伏发电约束的表达式为：
[0108][0109]
购电约束的表达式为：
[0110][0111]
安全约束的表达式为：
[0112][0113][0114]
其中，u
k,min
和u
k,max
分别表示节点电压有效值上下限；i
ik,max
表示支路电流有效值上限。
[0115]
步骤四，提出基于ieee
‑
33节点系统的算例，验证所提优化模型的有效性和正确性，并最终求解。
[0116]
采用big
‑
m法，引入新的变量和并通过下列不等式进行约束：
[0117][0118][0119][0120][0121]
其中，m是一个较大的常数值；用和代替和则消除了原式中的0
‑
1变量与连续变量相乘项。
[0122]
采用变量v和a分别代替电压平方项与电流平方项，得到：
[0123][0124][0125]
[0126][0127]
采用二阶锥技术进一步凸化松弛，得到：
[0128][0129]
经过等价变换，得到：
[0130][0131]
综上，原始ess优化模型已转化为一个混合整数二阶锥规划问题，通过gurobi和cplex等成熟的商用求解器便可以进行高效地求解。
[0132]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0133]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。