基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性評價方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性評價方法，該方法考慮當全網光伏功率波動打破原有供需平衡時，即光伏站群出力波動導致凈負荷功率波動超出電力系統有功調節(jié)能力范圍時，光伏?電網之間的源網矛盾才需要緩解，避免了儲能的過度調控，減少棄光損失，提高儲能系統的經濟性，獲得綜合效益最高的最優(yōu)儲能配置容量，為提高光伏入網率提供重要借鑒。
【專利說明】
基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性評價方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于光伏領域，是一種基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性評價 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界范圍內能源枯竭與環(huán)境問題的逐步惡化，人們越來越關注可再生能源的 開發(fā)與利用，其中太陽能光伏W其清潔、安全、可再生的特點W及太陽能電池板價格逐步降 低的優(yōu)勢，在世界范圍內備受青睞。截至2015年底，我國光伏電站裝機達到4318萬千瓦。
[0003] 與風電類似，光伏出力同樣具有"難預測性"、"難調度性"與"強波動性"等特質，挑 戰(zhàn)電力系統調度運行安全。由于系統調峰限值，大規(guī)模光伏功率波動與電網安全運行之間 存在嚴重的源網矛盾，制約光伏接納的規(guī)模，造成大量棄光。據統計，我國甘肅電網、新疆電 網棄光率分別達到31%和26%[U，提高電網接納光伏的規(guī)模已成為目前亟待解決的問題。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提出一種基于光伏接納可行域的儲能控制策略及 經濟性評價方法，該方法考慮當全網光伏功率波動打破原有供需平衡時，即光伏站群出力 波動導致凈負荷功率波動超出電力系統有功調節(jié)能力范圍時，光伏-電網之間的源網矛盾 才需要緩解，避免了儲能的過度調控，減少棄光損失，并對儲能系統進行經濟性分析。
[0005] 解決其技術問題采用的技術方案是:一種基于光伏接納可行域的儲能控制策略及 經濟性評價方法，其特征在于，它包括W下內容：
[0006] 1)光伏接納可行域
[0007] 電力系統是一個功率實時平衡的系統，根據日前負荷預測安排當天電源出力計 劃，光伏功率PsDlar(t)的接入會影響源一網一荷功率的實時平衡，區(qū)域電網功率平衡關系如 …式：
[000引 Pl0ad(t)=PH(t)+Psolar(t)+PTH(t) ( 1 )其中，Pl0ad ( t )為全網實 時負荷;PH(t)為水力機組實時出力;PsDlar(t)為光伏電站群實時出力;PTH(t)為火力機組實 時出力；
[0009] 引入光伏接納可行域的概念，W計算電網接納光伏功率的最大值，W負荷需求與 水電、火電出力和之差表示，如(2)式：
[0010] Pli"(t) =Pl〇ad(t)-PH.min(t)-PTh.min(t) ( 2 )式中，Plim 為接納可行 域限值;扣.min為水力機組最小出力;PTH.min為火力機組最小出力，接納可行域區(qū)域如(3)式：
[00川 Ps0lararea(t)《Plim(t) (3)
[0012] 2)基于光伏接納可行域的控制
[0013] 在負荷低谷、光伏出力高峰時段，利用儲能系統吸收超出可行域的光伏電量;在負 荷高峰時段且光伏接納可行域尚有裕度時，儲能系統放電，
[0014] 在負荷低谷時段儲能的充電功率Pess為：
[0020] 式中，Τ為一個調度日內儲能系統總充電時間；
[0021] 3)儲能系統的運行的評價
[0022] a)儲能平抑后光伏電站群的棄光電量
[0023] 在光伏出力大于調度計劃出力時，受儲能系統自身的額定功率和額定容量限制， 光伏功率波動不能被完全平抑，將導致一部分光伏出力不能上網，運部分電量為"棄光電 量"，如(7)-(10)式：
[0030] 其中，Pnonl為儲能系統額定功率限制棄光功率;Enonl為儲能系統額定功率限制棄光 電量;Εηοη2為儲能系統額定容量限制棄光電量;Εη。。為總棄光電量；
[0031] b)儲能系統的經濟性分析
[0032] 儲能系統的綜合收益Μ為：
[003引 Μ 二 Cincome-Cinvest (11)
[0034] 其中，Μ為儲能系統的綜合收益;Cinwme為儲能系統的總收益;Cinvest為儲能系統的 總投資；
[0035] 儲能系統的投資成本Cinvest有功率成本W及容量成本兩個部分構成，具體表達式 為：
[0036]
(12)
[0037]
(13)
[003引 Cinvest 二（Cp+Ce) · ( 1甘） （14)
[0039] 其中，Cp為儲能系統功率成本;Pm為儲能系統額定功率;Ce為儲能系統容量成本;Em 為儲能系統額定容量;化為儲能系統單位功率成本;化為儲能系統單位容量成本；S為貼現 率;η為儲能系統運行年限;r為儲能系統運行及維護費用與初始投資的比例；
[0040] 儲能系統的收益包括儲能的"低儲高發(fā)"運行收益Cd，提高光伏入網規(guī)模的電量收 益Cg，W及減少C0油巧義的收益Ce，
[0041 ] Cincome = Cd+Cg+Ce (15)
[0042] Cd _ PdEmn.charge~PcEm/n.discharge ( 16 )
[0043] 其中，Pd為負荷高峰時的電價;Pc為負荷低峰時的電價;richarge為儲能系統的充電效 率;ridischarge為儲能系統放電效率；
[0044] 利用儲能系統多接納的光伏電量收益表達式為：
[0045] Cg = ivEd (17)
[0046] 其中，Ed為應用該策略儲能系統多接納的光伏能量;Ppv為光伏電站發(fā)電入網價格，
[0047]
(巧）
[004引其中，i為第i個調度日；η為儲能系統的運行年限，
[0049] 儲能系統提高了光伏入網規(guī)模，將減少C0油巧義，為此帶來的環(huán)境收益如（19)式
[0050] Q二化化。;胃 （19)其中，PC02為C〇2的交易價 格;化02化麗· h的電量向大氣排放的C〇2質量。
【附圖說明】
[0051 ]圖1是典型日光伏接納可行域限值與光伏出力曲線；
[0052] 圖2是兩種控制策略下儲能系統充放電功率曲線；
[0053] 圖3是不同額定功率下儲能系統配置容量；
[0054] 圖4是儲能系統不同額定功率下多接納的光伏入網電量；
[0055] 圖5是不同功率下的儲能系統綜合收益曲線；
[0056] 圖6是不同儲能系統單位容量價格下的綜合收益。
【具體實施方式】
[0057] 下面利用附圖和實施例對本發(fā)明基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性 評價方法作進一步說明。
[0058] 本發(fā)明的具體實施例是：W我國西北某省大型光伏電站群所處位置為例，分析用 數據來自光伏電站群實測數據，數據的獲得可采用本領域技術人員所熟悉的市售產品數據 采集裝置來實現。
[0059] 實施例計算條件說明如下：
[0060] 該區(qū)域主要供電能源分別為水電、光伏、火電W及極少量的風電，占比分別為 62.07%、23.27%、12.93%?及1.73%。該區(qū)域電網內的光伏電站群共有12個光伏電站，總 裝機920MW，計算條件如下：
[0061 ] 1)發(fā)電時段為Id,調度窗口為化，單站光伏采樣間隔為15min。
[0062] 2)全饑液流電池使用周期時間長，一般可運行15-20年，并且其功率與容量可W 靈活地變化，可達到100%的放電深度，較W閥控鉛蓄電池等作為儲能系統有明顯優(yōu)勢 設定本算例光伏儲能系統運行年限η為15年。其成本與收益參數見表1。
[0063] 表 1 算例參數 Tablel Parameters of example
[0064]
[0065] 某區(qū)域電網功率平衡關系如（1)式：
[0066] Pl〇ad(t)=PH(t)+Psolar(t)+Pxh(t) (1)
[0067] 由（1)式轉換到(2)式：
[0068] Plim( t)二Pload ( t)-扣.min( t )-PTh.min( t) ( 2 )
[0069] 將(2)式轉化為(3)式：
[0070] Psolararea(t)^Plim(t) (3)
[0071] 根據(3)式得到一典型日內該省電網光伏接納可行域限值與光伏功率曲線，如附 圖1所示。
[0072] 基于光伏接納可行域的儲能系統調控方法:在負荷低谷、光伏出力高峰時段，利用 儲能系統吸收超出可行域的光伏電量;在負荷高峰時段且光伏接納可行域尚有裕度時，儲 能系統放電。
[0073] 在負荷低谷時段儲能的充電功率Pess為：
[0077] 根據(4)(5)式得出典型日內儲能的充放電曲線，如附圖2。
[0078] 當儲能系統額定功率為25MW，由于儲能容量及功率限值，依照(7)(8)(9)(10)計算 兩種方法的棄光率。
[00 巧]Pnonl = Psolar(t)-Pm(t) (7)
[0080]功率限制棄光電量為：
[0081 ]
貨）
[0082] 容量限制棄光電量為：
[0083]
(9)
[0084] 總棄光電量為：
[00 化]Enon = Enonl+Enon2 (10)
[0086] 按照調度計劃的常規(guī)控制方法造成棄光量為179.4MW · h，可行域控制方法棄光量 2.49MW?？梢姡裙庹?、儲能配置條件下，本文可行域控制策略能多接納光伏176.91MW· h，將儲能成本歸算到一天，可節(jié)省17.65萬元/天。光伏功率沒超出系統平衡的時段，按照常 規(guī)控制策略儲能系統也會進行調控，屬于過度調控。而基于光伏接納可行域儲能控制策略 儲能動作次數明顯較少，儲能系統在負荷高峰時段集中放電，調控簡潔，提高了光伏電量的 入網率。
[0087] 根據式(6)計算光伏接納可行域的控制方法確定其在不同功率配置下的儲能容量 配置，如圖3所示。
[008引
（6;
[0089] 由圖3可知，儲能系統配置容量隨儲能功率的增加而增加，當儲能系統功率為 30.1MW時，其儲能配置容量為25.12MW · h。然而儲能功率繼續(xù)增加時，容量不再增加，運是 因為儲能額定功率增加達到光伏功率與光伏接納可行限制最大值時，儲能系統所儲存能量 即為光伏功率超出可行域限值部分，所W無需再增加儲能容量。
[0090] 利用一年的實測光伏數據研究運用可行域儲能策略時可多接納的光伏電量，如圖 4所示。
[0091 ]由圖4可知，隨著儲能系統額定功率增加，光伏接納量也在提高，但是曲線斜率趨 于減小，說明接納光伏的增量逐漸減少，運是由于一年中光伏電站規(guī)?；静蛔?，隨著額定 功率的增加，多接納的光伏電量會趨向于飽和。
[0092] 根據式(11)計算儲能系統經濟性。首先計算儲能系統的投資：
[0093] 將表1的參數代入式(12):
[0097]將表1的參數代入式并根據(12)(13)得出（14):
[009引 Cinvest=(Cp+CE) · (1+0.2%) (14)
[0099] 再次計算儲能系統的收益：
[0100] 儲能系統的收益包括儲能的"低儲高發(fā)"運行收益Cd，提高光伏入網規(guī)模的電量收 益Cg，W及減少CO油巧義的收益Ce。
[0101] Cincome 二 Cd+Cg+Ce (15)
[0102] 將表1的參數代入(16)式得：
[0103] Cd = 1024 X Em X 0.7-240 X Em/0.7 (16)
[0104] 將表1的參數代入(17)式得：
[0105] Cg = 900XEd (17)
[0106] 其中
（18)
[0107] 將表1的參數代入(19)式得：
[010 引 Ce = 200XEdX0.98 (19)
[0109] 根據式（11)計算不同儲能額定充電功率下，儲能系統的綜合收益如附圖5,其中Μ 為：
[0110] M = Cincc?H：invest (11)
[0111] 由圖5可知，隨著儲能系統額定功率地不斷增加，光伏電站群收益呈現先增大后減 小的趨勢，未配置儲能系統時其綜合收益為0萬元，當儲能系統額定功率為3.8MW時，其收益 最大，為51.98萬元，反觀圖3可知，此時儲能系統最優(yōu)配置3.84MW · h的額定容量。
[0112] 圖6為應用全饑液流電池作為光伏儲能系統隨著容量成本的降低，綜合收益曲線 變化圖，可明顯看出，雖然有明顯的"低儲高發(fā)"運行收益、可行域提高光伏并網規(guī)模電量收 益W及帶來的環(huán)境收益，但是儲能系統價格仍是主導著光伏電站群儲能系統的經濟性，隨 著儲能成本的降低，其最大靜態(tài)綜合收益呈現增大的趨勢。
[0113] 本發(fā)明實施例中的計算條件、圖例等僅用于對本發(fā)明作進一步的說明，并非窮舉， 并不構成對權利要求保護范圍的限定，本領域技術人員根據本發(fā)明實施例獲得的啟示，不 經過創(chuàng)造性勞動就能夠想到其它實質上等同的替代，均在本發(fā)明保護范圍內。
【主權項】
1. 一種基于光伏接納可行域的儲能控制策略及經濟性評價方法，其特征在于，它包括 以下內容： 1) 光伏接納可行域 電力系統是一個功率實時平衡的系統，根據日前負荷預測安排當天電源出力計劃，光 伏功率pscilar(t)的接入會影響源一網一荷功率的實時平衡，區(qū)域電網功率平衡關系如（1) 式： Pload(t) =PH(t)+Psolar(t)+PTH(t) (1) 其中，Pl〇ad(t)為全網實時負荷;PH(t)為水力機組實時出力;Psc>l ar(t)為光伏電站群實時 出力;PTH(t)為火力機組實時出力； 引入光伏接納可行域的概念，以計算電網接納光伏功率的最大值，以負荷需求與水電、 火電出力和之差表示，如(2)式： Plim( t ) = Pload (t) _Ph .min( t) _PTh .min( t) ( 2 ) 式中，Plim為接納可行域限值;Ph.min為水力機組最小出力;Pth.min為火力機組最小出力， 接納可行域區(qū)域如(3 )式： P solararea( t )^;Plim(t) (3) 2) 基于光伏接納可行域的控制 在負荷低谷、光伏出力高峰時段，利用儲能系統吸收超出可行域的光伏電量;在負荷高 峰時段且光伏接納可行域尚有裕度時，儲能系統放電， 在負荷低谷時段儲能的充電功率為：在負荷高峰時段，儲能系統放電功率為：儲能系統容量配置Ebs(t)為：式中，T為一個調度 日內儲能系統總充電時間； 3) 儲能系統的運行的評價 a)儲能平抑后光伏電站群的棄光電量 在光伏出力大于調度計劃出力時，受儲能系統自身的額定功率和額定容量限制，光伏 功率波動不能被完全平抑，將導致一部分光伏出力不能上網，這部分電量為"棄光電量"，如 (7)-(10)式： Pnonl = Psolar(t )"Pm(t) (7) 功率限制棄光電量為：容量限制棄光電量為：總棄光電量為： Enon - Enonl+Enon2 ( 10 ) 其中，Ρη〇η1為儲能系統額定功率限制棄光功率;Εη〇η1為儲能系統額定功率限制棄光電 量;E_2為儲能系統額定容量限制棄光電量;E_為總棄光電量； b)儲能系統的經濟性分析 儲能系統的綜合收益Μ為： M=Ci ncome-Cinvest ( 11 ) 其中，Μ為儲能系統的綜合收益;Cinc；_為儲能系統的總收益;Ci_st為儲能系統的總投 資； 儲能系統的投資成本Ci_st有功率成本以及容量成本兩個部分構成，具體表達式為：Cinvest =(Cp+Ce) · (1+r) (14) 其中，0>為儲能系統功率成本;pm*儲能系統額定功率;CE為儲能系統容量成本;E m為儲 能系統額定容量;PP為儲能系統單位功率成本;Pe為儲能系統單位容量成本;s為貼現率;η為 儲能系統運行年限;r為儲能系統運行及維護費用與初始投資的比例； 儲能系統的收益包括儲能的"低儲高發(fā)"運行收益Cd，提高光伏入網規(guī)模的電量收益Cg， 以及減少CO2排放的收益Ce， Ci ncome Cd+Cg+Ce (15) Cd - PdEmHcharge-PcEm/n.discharge (16) 其中，Pd為負荷高峰時的電價;P。為負荷低峰時的電價;為儲能系統的充電效率； ndischarge為儲能系統放電效率； 利用儲能系統多接納的光伏電量收益表達式為： Cg = PpvEd (17) 其中，Ed為應用該策略儲能系統多接納的光伏能量;Ppv為光伏電站發(fā)電入網價格，其中，i為第i個調度日；η為儲能系統的運行年限， 儲能系統提高了光伏入網規(guī)模，將減少C02排放，為此帶來的環(huán)境收益如（19)式 Q = (19) 其中，PCCI2為C〇2的交易價格;％02為1MW · h的電量向大氣排放的C〇2質量。
【文檔編號】H02J3/38GK106058918SQ201610389580
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月4日
【發(fā)明人】崔楊, 許伯陽, 嚴干貴, 張節(jié)潭
【申請人】東北電力大學