一种基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法与流程

技术特征：
1.一种基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选定某沿海地区已配建电化学储能的海上风电场，获取海上风电预测出力值和电化学储能相关参数，输入电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行的原始参数；步骤2，建立海上风电和电化学储能联合运行收益最大化的目标函数，包括在能量市场获取的电量收益、电化学储能代替部分火电机组参与调峰辅助服务带来减排污成本的间接收益、弃风惩罚成本以及电化学储能损耗成本；步骤3，建立海上风电和电化学储能联合输出功率波动方差最小化的目标函数；步骤4，建立火电机组总运行成本最小化的目标函数，包括火电机组燃煤成本、火电机组启用成本以及火电机组爬坡成本；步骤5，建立模型约束条件，包括海上风电出力约束、海上风电和电化学储能联合出力约束、电化学储能运行约束、系统功率平衡约束、系统正负旋转备用约束以及火电机组运行约束；步骤6，依据步骤2、3、4、5构建的调峰优化运行模型，以分层和归一化方法对该模型进行简化处理，并采用改进的遗传算法对简化模型进行求解；步骤7，输出不同场景和不同目标情况下系统运行曲线。2.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤2所述的海上风电和电化学储能联合运行收益最大目标函数，具体表述为：max f1＝f
11
f
12-f
13-f
14
海上风电和电化学储能在能量市场获取的电量收益：式中：n为总时段数；p
r,t
为t时刻内的电量电价；p
w,t
为海上风力发电在t时刻内的实际出力值；p
dis,t
、p
ch,t
分别为电化学储能在t时刻内的放电和充电功率；电化学储能代替部分火电机组参与调峰辅助服务带来减排污成本的间接收益：式中：λ
(
·
)
为各种大气污染气体的单位环境成本；m
cf
(
·
)为火电机组燃烧一吨煤所产生的各种大气污染气体释放量；q
n
为火电机组燃烧一吨煤可发电电量；电化学储能损耗成本：式中：c
p
、c
e
分别为电化学储能的单位功率成本和单位容量成本；p
n
、e
n
分别为电化学储能的额定功率和额定容量；a、b为电化学储能损耗成本系数；海上风力发电和电化学储能联合出力偏差所导致的惩罚成本：
p
wc,t
＝p
w,t
p
dis,t-p
ch,t
式中：α1、α2分别为海上风力发电和电化学储能联合出力过剩和联合出力不足时的惩罚系数，且满足α1＞1，α2＞1，两者具体数值根据实际问题需求进行设定；p
wp,t
为海上风力发电在t时刻内的预测出力值；p
wc,t
为海上风力发电和电化学储能在t时刻内的联合出力值。3.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤3所述的海上风电和电化学储能联合输出功率波动方差最小目标函数，具体表述为：数，具体表述为：式中：为海上风力发电和电化学储能联合系统的输出功率平均值。4.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤4所述的火电机组总运行成本最小目标函数，具体表述为：min f3＝f
31
f
32
f
33
火电机组燃煤成本：式中：n为火电机组总台数；a
i
、b
i
、c
i
分别为第i台火电机组的耗量特性系数；p
i,t
为第i台火电机组在t时刻内的出力值；火电机组启用成本：u
i,t
,u
i,(t-1)
∈{0,1}式中：s
i,t
为第i台火电机组在t时刻内的开机成本；u
i,t
为第i台火电机组在t时刻内的启停状态，u
i,t
＝1表示开机，u
i,t
＝0表示停机；火电机组爬坡成本：式中：γ为火电机组爬坡成本因子。5.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤5所述的模型约束条件，具体表述为：
海上风力发电出力约束：式中：为海上风力发电在t时刻内的最大出力值；海上风电和电化学储能联合出力约束：式中：为海上风力发电和电化学储能联合输出功率在t时刻内的最大值；储能系统的充放电状态约束：式中：β
ch,t
、β
dis,t
分别为电化学储能的充电和放电状态变量；β
ch,t
＝0、β
dis,t
＝1表示电化学储能正在放电，反之在充电；β
ch,t
＝0、β
dis,t
＝0表示电化学储能既不放电又不充电；储能系统的充放电功率约束：式中：分别为电化学储能的最大放电功率和最大充电功率值；储能系统的容量约束：储能系统的容量约束：式中：e
soc,t
为t时刻内电化学储能的容量状态值；η
ch
、η
dis
分别为电化学储能充电和放电效率；soc
min
、soc
max
分别为电化学储能的最小和最大荷电状态；分别为电化学储能在一个循环使用周期内的初始容量状态值和结束容量状态值；系统功率平衡约束：式中：p
l,t
为t时刻内的负荷值；系统正负旋转备用约束：式中：r
u,t
、r
d,t
分别为在t时刻内系统正旋转备用要求和负旋转备用要求；
火电机组出力上下限约束：u
i,t
p
i,min
≤p
i,t
≤u
i,t
p
i,max
式中：p
i,min
、p
i,max
分别为第i台火电机组的最小和最大出力值；火电机组爬坡约束：-r
i,down
≤p
i,t-p
i,(t-1)
≤r
i,up
式中：r
i,down
、r
i,up
分别为第i台火电机组的最大向下和向上爬坡速率；火电机组最小启停时间约束：式中：分别为第i台火电机组持续开机时间和持续停机时间；分别为第i台火电机组持续开机时间和持续停机时间；分别为第i台火电机组最小持续开机时间和最小持续停机时间。6.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤6所述的分层和归一化，具体表述为：(1)将前两个目标函数归为上层，最后一个目标函数归为下层；(2)归一化处理：(2)归一化处理：式中：f1'、f'2分别为两个目标函数的归一化值；f
1,any
、f
2,any
分别为两个目标函数的任一解；f
1,opt
、f
2,opt
分别为两个目标函数的最劣解；f
1,inf
、f
2,inf
分别为两个目标函数的最优解。7.根据权利要求1所述的基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法,其特征在于，步骤7所述的不同场景和不同目标情况，包括：(1)不同场景：1)场景一：海上风力发电不配建电化学储能，仅火电机组参与调峰，求解模型进而获取系统运行曲线；2)场景二：海上风力发电配建电化学储能，且海上风力发电、电化学储能以及火电机组联合参与调峰，求解模型进而获取系统运行曲线；(2)不同目标情况：1)情况一：考虑第一个目标函数和第三个目标函数，求解模型进而获取系统运行曲线；2)情况二：考虑第二个目标函数和第三个目标函数，求解模型进而获取系统运行曲线；3)情况三：考虑三个目标函数，求解模型进而获取系统运行曲线。

技术总结
本发明提出一种基于电化学储能参与含大规模海上风电的调峰优化运行方法：选定某沿海地区已配建电化学储能的海上风电场，考虑海上风电和电化学储能联合参与调峰辅助服务，以海上风电和电化学储能联合运行收益最大、海上风电和电化学储能联合输出功率波动方差最小以及火电机组总运行成本最小为优化目标，建立海上风力发电和电化学储能联合参与调峰辅助服务的优化模型。采用分层和归一化方法对含多目标的模型进行简化处理。本发明对海上风电和电化学储能出力进行优化运行，可有效减少海上风电弃风量，提高海上风电与电化学储能联合运行的总收益，并减少火电机组总运行成本。并减少火电机组总运行成本。并减少火电机组总运行成本。


技术研发人员：朱自伟 罗志将 易锦桂 郭毅成 陶婧 钟云鹤
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/3/1