一种基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制方法

1.本发明涉及电池储能系统技术领域，更具体的说是涉及一种基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制方法。


背景技术：

2.高品质的调频和调峰服务是目前双碳目标背景下电网亟需的稀缺资源，电池储能系统不仅具有相应迅速，指令跟踪准确的优点，同时具备对能量进行时空平移的能力，在参与电力市场辅助服务时具有广阔的应用前景。
3.然而目前电池储能系统的盈利能力仍难以克服其密集的初始成本，在单一场景运行模式下既无法有效发挥出电池储能系统的性能优势，又无法实时捕捉最具盈利能力的辅助服务从而实现利润最大化。
4.因此，对于电池储能系统，建立多应用场景下的联合套利优化调度模型，进行协调优化控制，并以单日运行净收益最大为目标，提高其盈利能力，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制方法，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.s1、获取风电机组各时刻的运行数据，计算风电机组各时刻的弃风功率p
rw
(t)及电池储能系统参与能量市场售电预留调峰空间的售电时长t
re
；
8.s2、获取电网调度中心各时刻调频agc指令的预期出力功率p
ref
和持续出力时间t，以调频、调峰和能量市场三种应用场景作为博弈参与者，以单日运行净收益最大为目标，建立电池储能系统调频-调峰-能量市场联合套利优化调度模型；
9.s3、利用人工鱼群优化算法对所述电池储能系统联合套利优化调度模型进行求解，得到所述售电时长内各时刻电池储能系统的出力策略。
10.优选的，s1步骤中，所述获取风电机组各时刻的运行数据计算电池储能系统参与能量市场售电预留调峰空间的售电时长，包括如下过程：
11.s11、获取风电机组各时刻负荷功率py(t)，风电机组各时刻实际出力功率pw(t)；
12.s12、根据所述风电机组各时刻负荷功率py(t)和实际出力功率pw(t)，得到风电机组各时刻弃风功率p
rw
(t)，计算公式如下：
13.p
rw
(t)＝py(t)-pw(t)
14.s13、根据所述风电机组各时刻弃风功率判断日弃风高峰时段，判断方法如下：
15.若β＝2.5～3.5，
16.则t时刻为一个弃风高峰时刻，记为th，若连续12个及以上时刻均为弃风高峰时刻，则称该时段为弃风高峰时段；
17.s14、根据所述弃风高峰时段计算电池储能系统参与能量市场售电预留调峰空间的售电时长，公式如下：
[0018][0019]
优选的，根据前一天的弃风功率预测当天弃风功率出现的第一个高峰时段，所述电储能装置在每日第一个弃风高峰时段来临前参与能量市场售电，售电总量为该日所有弃风高峰时段的弃风量之和，售电时长为t
re
小时，非弃风高峰时段的弃风量不被预留。
[0020]
优选的，所述电池储能系统调频-调峰-能量市场联合套利优化调度模型为：
[0021]
i＝s-c＝(s1 s2 s3)-(c1 c2 c3)
[0022]
其中，所述s1为电池储能系统获得的调频收益，所述s2为调峰收益，所述s3为能量市场收益，所述c1、c2、c3分别为电池储能系统的损耗成本，电池储能系统未完成调频指令所受的惩罚成本以及未完成调峰指令所受的惩罚成本。
[0023]
具体的，所述s1通过如下公式得到：
[0024][0025]
所述b
agc
为储能系统参与调频的补偿单价，所述d为补偿深度，当调频电源补偿深度达到指令有效阀值范围pe并保持规定的agc指令被标记为有效所需的最短时间时，其值为所述为s2步骤中获取的第i个时段调频agc指令预期出力功率p
ref
中n个agc调频指令中的第j个指令的期望出力功率，k为储能系统跟踪agc指令的调节效果指标。
[0026]
进一步，所述k的计算公式如下：
[0027][0028][0029][0030]
所述ps为电池储能系统接到电网agc指令时的出力功率，所述pe为agc调频指令的有效阀值范围，所述vn为标准调节速率，所述p
fr
为调频动作的出力功率，所述δpn为调节允许的偏差量，所述t
st
为标准响应时间，所述δt为电储能装置输出功率从ps变化到pe所需的时间。
[0031]
所述s2通过如下公式获得：
[0032][0033]
所述b
pr
为储能系统参与调峰的补偿单价，所述p
pr
为调频动作的出力功率，所述t为一个时刻。
[0034]
所述s3通过如下公式获得：
[0035][0036]
所述b
em
为储能系统参与能量市场售电的分时电价，所述p
em
为能量市场动作的出力功率，所述t为一个时刻；
[0037]
所述c1的计算公式如下：
[0038][0039]
所述c
p
为储能系统的单位功率成本，所述pb为储能系统最大充放电功率，所述ce为储能系统的单位容量成本，所述eb为储能系统额定容量，所述n
by
为储能系统平均使用寿命；
[0040]
所述c2的计算公式如下：
[0041]
c2＝σb
pfr
p
ref
(fail)
[0042]
所述b
pfr
为未达标的调频动作的惩罚单价，所述p
ref
(fail)为未达标的调频指令的预期出力功率；
[0043]
所述c3的计算公式如下：
[0044]
c3＝σb
ppr
p
rw
(fail)t
[0045]
所述b
ppr
为未达标的调峰动作的惩罚单价，所述p
rw
(fail)为未达标的调峰指令的预期出力功率，所述t为一个时刻。
[0046]
优选的，所述电池储能系统调频-调峰-能量市场联合套利优化调度模型中的参数满足如下约束条件：
[0047]
(1)所述调频、调峰、能量市场出力功率的约束条件为：
[0048][0049]
p
pr
(i)∈{0,λ2p
rw
(i)}0《λ2《1
[0050]
p
em
(i)∈{0,λ3p
max
}0《λ3《1
[0051]
所述表示第i个时段中n个agc调频指令中的第j个指令的期望出力功率，所述p
rw
(i)表示第i个时段调峰指令的出力功率，所述p
max
表示电池储能系统最大出力功率，所述λ1，λ2，λ3分别表示调频，调峰，能量市场出力功率系数；
[0052][0053]
[0054][0055][0056][0057]
p
pr
(i)p
em
(i)＝0
[0058]
所述和分别表示电池储能系统运行功率的下限和上限；
[0059]
(2)所述δt及能量市场总出力功率的约束条件为：
[0060]
0《δt≤t-2
[0061][0062]
(3)agc调频指令的有效阀值范围pe的约束条件为：
[0063]
p
ref-δpn≤pe≤p
ref
δpn[0064]
(4)所述电池储能系统在第i个时刻的荷电状态soc(i)的约束条件为：
[0065]
soc
min
≤soc(i)≤soc
max
[0066][0067]
所述soc
min
、soc
max
分别为电池储能系统荷电状态的下限与上限；所述qn为电池储能系统的容量。
[0068]
经由上述的技术方案，可以得到售电时间段内，单日运行净收益最大时的各时刻电池储能系统运行状态，从而进一步提高了电池储能系统的运行盈利能力。
附图说明
[0069]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0070]
图1附图为本发明基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制流程图；
[0071]
图2附图为本发明使用人工鱼群算法求解流程图。
具体实施方式
[0072]
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0073]
本发明实施例公开了一种基于多应用场景的电池储能系统协调优化控制方法，包
括如下步骤：
[0074]
s1、获取风电机组各时刻的运行数据，计算风电机组各时刻的弃风功率p
rw
(t)及电池储能系统参与能量市场售电预留调峰空间的售电时长t
re
；
[0075]
具体的，包括如下步骤：
[0076]
s11、获取风电机组各时刻负荷功率py(t)，风电机组各时刻实际出力功率pw(t)；
[0077]
s12、根据所述风电机组各时刻负荷功率py(t)和实际出力功率pw(t)，得到风电机组各时刻弃风功率p
rw
(t)，计算公式如下，单位：mw，
[0078]
p
rw
(t)＝py(t)-pw(t)
[0079]
s13、根据所述风电机组各时刻弃风功率判断日弃风高峰时段，判断方法如下：
[0080]
若β＝2.5～3.5，
[0081]
则t时刻为一个弃风高峰时刻，记为th，若连续12个及以上时刻均为弃风高峰时刻，则称该时段为弃风高峰时段；
[0082]
s14、根据所述弃风高峰时段计算电池储能系统参与能量市场售电预留调峰空间的售电时长，为节约电池储能系统的使用寿命，该计算过程采用半功率进行，具体计算公式如下
[0083]
根据前一天的弃风功率预测当天弃风功率出现的第一个高峰时段，所述电储能装置在每日第一个弃风高峰时段来临前参与能量市场售电，售电总量为该日所有弃风高峰时段的弃风量之和，售电时长为t
re
小时，非弃风高峰时段的弃风量不被预留。
[0084]
s2、获取电网调度中心各时刻调频agc指令的预期出力功率p
ref
和持续出力时间t，具体的，在运行时获取电网调度中心每15分钟下发的调峰调频指令，以调频、调峰和能量市场三种应用场景作为博弈参与者，以电池储能系统在同一时刻投入各个场景运行的功率作为参与者策略，在考虑电池储能系统各项运行约束条件、收益及成本费用、以及参与能量市场售电预留调峰空间的条件下，以单日运行净收益最大为目标，建立电池储能系统调频-调峰-能量市场联合套利优化调度模型，所述模型如下：
[0085]
i＝s-c＝(s1 s2 s3)-(c1 c2 c3)
[0086]
所述s1为电池储能系统获得的调频收益，所述s2为调峰收益，所述s3为能量市场收益，所述c1、c2、c3分别为电池储能系统的损耗成本，电池储能系统未完成调频指令所受的惩罚成本以及未完成调峰指令所受的惩罚成本。
[0087]
其中，
[0088]
所述p
fr
为调频动作的出力功率，所述b
agc
为储能系统参与调频的补偿单价，单位为元/mw，所述d为补偿深度，当调频电源补偿深度达到指令有效阀值范围pe并保持规定的agc指令被标记为有效所需的最短时间时，其值为所述为s2步骤中获取的第i个时段调频agc指令预期出力功率p
ref
中n个agc调频指令中的第j个指令的期望出力功率，k为储
能系统跟踪agc指令的调节效果指标。
[0089]
所述k的计算公式如下：
[0090][0091][0092][0093]
所述ps为电池储能系统接到电网agc指令时的出力功率，单位mw；所述pe为agc调频指令的有效阀值范围，单位mw；pe》0为储能系统放电，pe《0为储能系统充电，所述vn为标准调节速率，单位mw/min；所述p
fr
为调频动作的出力功率，单位mw；所述δpn为调节允许的偏差量，单位mw；所述t
st
为标准响应时间，单位s；所述δt为电储能装置输出功率从ps变化到pe所需的时间。
[0094]
进一步地，
[0095][0096]
所述b
pr
为储能系统参与调峰的补偿单价，所述p
pr
为调频动作的出力功率；所述t为出力时间，调峰与能量的衡量尺度都是以一个时刻(每15分钟为一个时刻)计算，这15分钟内可认为出力恒定。
[0097][0098]
所述b
em
为储能系统参与能量市场售电的分时电价，所述p
em
为能量市场动作的出力功率，所述t为出力时间，指一个时刻；
[0099]
此外，所述c1、c2、c3的计算公式分别如下：
[0100][0101]
所述c
p
为储能系统的单位功率成本，所述pb为储能系统最大充放电功率，所述ce为储能系统的单位容量成本，所述eb为储能系统额定容量，所述n
by
为储能系统平均使用寿命；
[0102]
c2＝∑b
pfr
p
ref
(fail)
[0103]
所述b
pfr
为未达标的调频动作的惩罚单价，所述p
ref
(fail)为未达标的调频指令的预期出力功率；
[0104]
c3＝∑b
ppr
p
rw
(fail)t
[0105]
所述b
ppr
为未达标的调峰动作的惩罚单价，所述p
rw
(fail)为未达标的调峰指令的预期出力功率，所述t为出力时间。
[0106]
需要说明的是，建立的电池储能系统套利优化调度模型中的参数需满足如下约束
条件：
[0107]
(1)所述调频、调峰、能量市场出力功率的约束条件为：
[0108][0109][0110]
p
em
(i)∈{0,λ3p
max
}0《λ3《1
[0111]
式中，表示第i个时段中n个agc调频指令中的第j个指令的期望出力功率，p
rw
(i)表示第i个时段调峰指令的出力功率，即第i个时段调峰指令的弃风功率，p
max
表示电池储能系统最大出力功率，λ1，λ2，λ3分别表示调频，调峰，能量市场出力功率系数；
[0112][0113][0114][0115]
所述和分别表示电池储能系统运行功率的下限和上限；
[0116][0117][0118]
p
pr
(i)p
em
(i)＝0
[0119]
(2)所述δt及能量市场总出力功率的约束条件为：
[0120]
0《δt≤t-2
[0121][0122]
(3)agc调频指令的有效阀值范围pe的约束条件为：
[0123]
p
ref-δpn≤pe≤p
ref
δpn[0124]
(4)所述电池储能系统在第i个时刻的荷电状态soc(i)的约束条件为：
[0125]
soc
min
≤soc(i)≤soc
max
[0126][0127]
所述soc
min
、soc
max
分别为电池储能系统荷电状态的下限与上限；所述qn为电池储能系统的容量。
[0128]
s3、利用人工鱼群优化算法对所述电池储能系统联合套利优化调度模型进行求解，得到所述售电时长内各时刻电池储能系统的出力策略。
[0129]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0130]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。