一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法与流程

1.本发明涉及储能价值评估领域，具体涉及一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法。


背景技术：

2.近年来，随着经济水平的不断发展，用户对能源需求量不断增长，由此带来的环境污染、能源利用率低等问题日益突出。为缓解温室效应，减轻环境污染问题，以风电为代表的新能源机组正在逐步取代传统的火电机组。然而受天气等环境因素影响，新能源发电出力具有的间歇性、随机性与波动性，对电力系统的安全稳定运行带来巨大挑战。储能作为一项新兴的电力技术，凭借其灵活的充放电特性，已经成为缓解新能源出力不确定性的有效手段之一。
3.随着储能示范项目的不断开展，储能在各个场景下的功能逐渐清晰，然而受制于储能成本较高，市场机制尚未理清，储能应用效益衡量较为困难。当储能应用于电力系统中，不仅会产生对系统收益有直接影响的显性价值，一般还会对系统中的安全性、可靠性等指标起到正向作用即产生隐性价值。因此为实现对储能的经济性衡量，需要基于等效替代思想，以同等效益下不含储能的系统收益为基准，对目前技术经济水平下的储能综合价值进行科学评估。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法，以解决现有技术对储能隐性价值难以定量评估，对电力系统中储能综合价值计算不能获得经济性的结果的问题。
5.为了实现上述目的，一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法，包括如下步骤：
6.(1)将配电网中储能综合价值分为显性价值与隐性价值两部分，其中以不含储能的配电网收益为基准进行价值的计算；
7.(2)以配电网收益最大化为目标函数建立储能的显性价值计算模型；
8.(3)将安装储能后给配电网带来的隐性效益作为指标，使用替代手段达到同等效益，以配电网收益最大化为目标函数建立储能的隐性价值计算模型；
9.(4)基于上述储能显性价值与隐性价值的计算，对价值进行叠加计算，得到储能的综合价值评估结果。
10.优选的，将配电网中储能的综合价值分为显性价值与隐性价值两部分，以不含储能的配电网运行收益为基准，显性价值体现于安装储能后的配电网运行收益，隐性价值体现于使用替代手段达到同等隐性效益指标后的配电网运行收益。
11.优选的，通过仅考虑安装储能后带来的配电网直接收益提升来体现储能的显性价值，如储能对系统中风电消纳量的提升、网损的减少，与安装储能前的原收益比较得到显性
价值计算结果。
12.优选的，将安装储能后给配电网带来的隐性效益作为指标，使用替代手段达到同等效益，如设备扩容改造、新建线路达到同等可靠性指标，通过此时的配电网收益与原收益进行比较得到储能隐性价值计算结果。
13.优选的，基于划分的储能显性价值与隐性价值计算模型，将两部分价值计算结果进行叠加，能够实现配电网中储能综合价值的科学评估。
14.本发明采用的技术方案包括如下步骤：
15.(1)建立储能的显性价值计算模型；
16.(2)建立储能的隐性价值计算模型；
17.(3)将储能显性价值与隐性价值叠加计算，得到储能综合价值计算结果。
18.在步骤(1)中，储能的显性价值计算模型的目标函数为：
19.maxf1＝s
1-s0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
20.式中：f1为储能的显性价值；s0为储能加入前的配电网收益；s1为储能加入后的配电网收益。
21.1)储能加入前的配电网收益表示如下：
22.s0＝e
s-eaꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
23.式中：es表示配电网的售电收入；ea表示配电网运营商从主网购电的费用。
24.配电网售电收入表示为：
[0025][0026]
式中：π
s,t
为配电网售电的分时电价；p
d,t
为t时段配电网中用户需求总负荷；δt为每个时段的长度。
[0027]
配电网购电费用表示为：
[0028][0029]
p
m,t
＝p
d,t
p
loss,t-p
w,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]
式中：π
d,t
为配电网从主网购电的分时电价；p
m,t
为t时段配电网从主网的购电功率；p
loss,t
为t时段配电网的网络损耗；p
w,t
为t时段配电网中接入的风电出力。
[0031]
2)储能加入后的配电网收益表示如下：
[0032]
s1＝e
s-ebꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0033]
式中：eb表示安装储能装置后发挥其显性收益后从主网的购电费用。
[0034]
安装储能装置后的配电网购电费用表示为：
[0035][0036][0037]
式中：为安装储能装置后配电网在t时段从主网的购电功率；p
′
loss,t
为安装储能装置后配电网在t时段的网络总损耗；为t时段的储能充电/放电功率。
[0038]
3)储能加入后给配电网带来的隐性效益指标表示为：
[0039]
延缓设备扩容改造指标：
[0040]
d1＝p
max-p
′
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0041]
式中：d1表示配电网安装储能装置后延缓的设备升级改造容量；p
max
、p
′
max
分别为储能安装前后配电网峰时段的最大负荷值。
[0042]
提高供电可靠性指标：
[0043][0044][0045]
式中：d2表示配电网安装储能装置后的平均供电可靠率；ni为节点i的用户数；tf、t
′f分别为安装储能前后节点i的故障持续时间；表示大于li的小时数，为配电网节点i接入储能装置的额定容量，li为接入节点i的平均负荷。
[0046]
4)约束条件包括配电网运行约束与储能运行约束两部分。
[0047]
功率平衡约束：
[0048][0049]
式中：p
i,t
、q
i,t
分别为t时段注入节点i的有功/无功功率；u
i,t
、u
j,t
分别为节点i、j在t时段的电压；g
ij
、b
ij
分别为节点i、j的电导/电纳；θ
ij,t
为节点i、j在t时段的相角差。
[0050]
节点电压约束：
[0051][0052]
式中：分别为节点i的上/下限。
[0053]
线路潮流约束：
[0054][0055]
式中：s
l,t
为t时段第l条支路流过的复功率；为第l条支路可传输的最大功率。
[0056]
储能接入容量约束：
[0057][0058][0059]
式中：xi为决策变量，取值0/1分别表示节点i不接入/接入储能装置；p
iess,r
、分别为配电网节点i接入储能装置的额定功率/额定容量；分别为接入配
电网的储能装置总额定功率/总额定容量；p
ess,max
、p
ess,min
分别为允许接入配电网的储能最大/最小总功率；e
ess,max
、e
ess,min
分别为允许接入配电网的储能最大/最小总容量。
[0060]
储能运行约束：
[0061][0062][0063]
式中：为储能在第t-1个时间段的荷电状态；ηc、ηd分别为储能的充电/放电效率；分别为储能荷电状态的上限/下限。
[0064]
在步骤(2)中，储能的隐性价值计算模型的目标函数为：
[0065]
maxf2＝cn c
q-(s
2-s0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0066]
式中：f2为储能隐性价值；cn为新建线路的投资成本；cq为设备扩容改造费用；s2为通过新建线路与设备扩容达到与储能安装后同等可靠性指标后的配电网收益。
[0067]
1)达到同等可靠性指标后的配电网收益表示为：
[0068]
s2＝es e
o-e
c-c
q-cnꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0069]
式中：eo表示提高供电可靠性后避免的停电损失；ec表示达到同等可靠性指标后的购电成本。
[0070]
提高供电可靠性后避免的停电损失：
[0071]eo
＝ro(t
f-t
″f)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0072]
式中：ro为用户缺电损失评价率，表示用户缺少单位电量引发的经济损失；t
″f为提高供电可靠性后的故障持续时间。
[0073]
达到同等可靠性指标后的购电成本：
[0074][0075][0076]
式中：π
d,t
为配电网从主网购电的分时电价；为t时段配电网从主网的购电功率；为t时段配电网的网络损耗；为t时段配电网中接入的风电出力。
[0077]
设备改造扩容成本：
[0078]cq
＝k
vsdq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0079]
式中：k
vs
为投资单位功率配电设备所需的费用；dq为设备改造容量。
[0080]
新建线路投资成本：
[0081][0082]
式中：k
i-j
为节点i和j之间的单条线路造价；n
i-j
为节点i和j之间新建线路的数量。
[0083]
2)约束条件考虑配电网运行约束、可靠性指标达标两部分。
[0084]
配电网运行约束与显性价值计算模型中的保持一致。
[0085]
可靠性指标达标约束：
[0086]dq
≥d1＝p
max-p
′
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0087][0088]
式中：dn表示配电网通过设备扩容与新建线路达到的供电可靠率。
[0089]
在步骤(3)中，基于步骤(1)与步骤(2)得到的储能显性价值与隐性价值计算结果，对其两类价值进行叠加计算得到储能的综合价值：
[0090]
f＝f1 f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0091]
式中：f为储能的综合价值。
[0092]
本发明的有益效果如下：
[0093]
本发明实施案例提供了一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法，以配电网场景为例，将储能综合价值分为显性价值与隐性价值，以配电网收益最大化为目标函数分别建立储能显性价值计算模型与储能隐性价值计算模型；本发明提出的储能综合价值动态评估方法，能够针对储能隐性价值难以定量评估的问题，基于等效替代的思想，实现当前技术经济水平下的储能综合价值评估。
附图说明
[0094]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0095]
图1为本发明提供的配电网场景的一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法流程图；
[0096]
图2为本发明中ieee 33节点配电网系统拓扑结构图；
[0097]
图3为本发明中系统内负荷典型日特性曲线；
[0098]
图4为本发明中系统内风电典型日特性曲线；
[0099]
图5为本发明中储能的显性价值计算图；
[0100]
图6为本发明中储能的隐性价值计算结果图；
[0101]
图7为本发明中储能的综合价值计算结果图；
[0102]
图8为本发明中储能荷电状态变化图。
具体实施方式
[0103]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0104]
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0105]
本发明提供了一种新能源电力系统储能综合价值动态评估方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0106]
步骤1：以配电网场景为例，将不含储能的配电网收益作为基准，计算含储能装置的配电网直接收益与使用替代措施实现储能隐性效益后的配电网收益；
[0107]
步骤2：将两种价值收益与不含储能的配电网收益分别作比较得到储能的显性价值收益与隐性价值收益；
[0108]
步骤3：基于上述计算结果，对价值收益进行叠加计算得到储能的综合价值，具体如下：
[0109]
以ieee 33节点配电网系统为例，如图2所示。ieee 33节点配电网系统包含32条支路，系统基准容量为10mva，基准电压为12.66kv，其中5、9、10、20、28节点上接入额定容量为1.3mw的风电机组，节点5、16、20、28接入待定容量的储能装置。配电网参数如表1所示。
[0110]
表1 ieee 33节点配电网支路参数
[0111][0112][0113]
配电网从主网购电分时电价见表2，售电电价为1.5π
d,t
，线路造价为100万/km，单
位功率配电设备升级改造费用为96.8万元/mw，储能充/放电效率为95％，充满需2.5h，荷电状态范围为0.1～0.9，负荷四季典型日曲线如图3所示，风电四季典型日特性曲线如图4所示，完成相关基础数据设置。
[0114]
表2分时电价表
[0115][0116]
以上数据作为输入，将评估模型通过matlab进行求解，得到储能的显性价值与隐性价值分别如图5和图6所示。
[0117]
由图5可以看出储能的显性价值随着容量的增加呈现先快后慢，最后趋于平缓的趋势。当储能容量较小时，储能显性价值较小，其容量在逐渐增大的过程中储能发挥的显性作用逐渐凸显，其经济性在不断提升；而当储能容量达到8.0mwh附近时，储能显性价值曲线开始趋于一条水平的直线，其价值收益趋于饱和，此时再对系统中进行储能的配置将造成系统经济性的降低与资源的浪费。
[0118]
由图6可以看出储能的隐性价值随着容量的增加呈现逐渐上升的趋势。当储能容量较小时，储能隐性价值较低，随着储能容量的增加其隐性价值收益稳步上升，而当系统中储能容量较大时其隐性价值达到一个较高的水平。
[0119]
对储能显性价值与隐性价值进行叠加，得到储能的综合价值如图7所示。
[0120]
由图7可以看出，储能的综合价值曲线随着储能配置容量的增加呈现先快速增长，中途存在平缓过渡期，后继续增长的趋势。当储能容量较小时，其显性价值与隐性价值都呈现同步增长导致综合价值迅速增长；当储能容量达到过渡期阶段，显性价值呈现饱和状态引起综合价值增长幅度减缓；当储能容量较大时，此时隐性价值的持续增长引起综合价值的上升。
[0121]
图8为储能荷电状态变化图。储能能量吸收与释放主要分为两个阶段：储能在谷时段1:00-7:00进行充电，主要实现对系统中风电量的消纳，在11:00-15:00峰时段进行能量的释放；储能在平时段16:00-18:00进行充电，对应峰时段19:00-21:00放电时段。
[0122]
以上所述，仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能认定具体实施只局限于这些说明。对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，都应涵盖在本发明的保护范围之内。