一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法与系统

技术领域

本发明涉及柔性互联配电网技术领域，特别是一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法与系统。

背景技术

柔性互联配电网耦合储能的新型电力系统结构被广泛应用。配置多样化的储能有望实现柔性互联配电网的多功能场景需求，提高储能系统的运行特性和经济性。然而，风光资源的波动性会影响储能的功率和容量支撑能力，需要考虑新能源的出力特征、时空互补特性，以及不同类型储能技术的动态响应特性、互补特性，从而满足不同应用场景下储能的技术和经济需求。

当前，新能源的出力预测存在误差，新能源并网计划的不确定性、柔性互联配电网频率波动的未知性等使储能容量的配置问题变得更加复杂。另一方面，由于储能的成本较高，为了保证储能配置结果的工程适用性，需要考虑储能的运行状态与特征，以及多个时间尺度、多个目标和多个约束条件。同时，受限于储能成本，储能设备功率和容量配置的合理性不仅影响柔性互联配电网整体的成本，还影响柔性互联配电网对不同工况的响应能力。

发明内容

鉴于上述和/或现有的柔性互联配电网中混合储能中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种面向接入电-氢混合储能的柔性互联配电网，研究电池储能和氢储能容量的最优配置的方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法，其包括，导入柔性互联配电网的数据和电-氢混合储能的参数，设置电-氢混合储能的容量配置参数，生产时序模拟总时长为T，设置初始时刻t＝1；计算当前时刻柔性互联配电网的不同时间尺度需求功率，设计多场景协同运行策略，计算当前时刻电-氢混合储能的充放电功率P

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述电-氢混合储能的容量配置参数包括电-氢混合储能的容量配置参数的上边界、下边界和步长；所述柔性互联配电网的数据包括柔性互联配电网的额定频率、全年实时频率、一次调频死区、新能源机组装机容量、新能源机组全年实际出力数据、全年日前预测数据、新能源并网峰谷线以及功率预测误差带上下限；所述电-氢混合储能的参数包括电池储能系统的初始电量，电池储能系统荷电状态的上下限，电池储能系统的单位容量价格、单位功率价格，储氢罐的初始储氢量，储氢罐储氢量的上下限，碱性电解槽和燃料电池的单位功率价格以及储氢罐的单位储氢价格；所述电-氢混合储能的容量配置参数包括：电池储能系统的额定功率，电池储能系统在额定功率下的充放电时长，碱性电解槽的额定功率，燃料电池的额定功率以及储氢罐的储氢量。

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述多场景协同运行策略包括，根据电-氢混合储能的能量管理策略对电-氢混合储能的充放电功率进行分配，分别得到当前时刻电池储能系统和氢储能系统的充放电功率；根据电-氢混合储能的功率约束和容量约束对电池储能系统和氢储能系统的充放电功率进行修正；所述电-氢混合储能的能量管理策略为：调频场景下以电池储能系统出力为主；功率预测补偿场景下以电池储能系统出力为主；当电池储能系统的输出功率无法满足功率预测补偿需求的功率时，氢储能系统辅助出力；消纳场景下以氢储能系统出力为主，当消纳需求的功率小于碱性电解槽的最低运行功率或者大于碱性电解槽的最大运行功率时，电池储能系统辅助出力；当电池储能系统的电量偏高或偏低时，氢储能系统辅助出力；所述电-氢混合储能的出力顺序为：优先响应柔性互联配电网的调频需求，新能源消纳需求次之，最后响应功率预测补偿需求；当柔性互联配电网无以上需求时，若电池储能系统的荷电状态不平衡，则电-氢混合储能可以通过自适应充放电来维持荷电状态平衡；所述不同时间尺度需求包括调频需求、功率预测补偿需求和新能源消纳需求。

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述根据电-氢混合储能的功率约束和容量约束对电池储能系统和氢储能系统的充放电功率进行修正的具体过程包括：当t时刻电池储能系统的充放电功率大于电池储能系统的额定功率时，取t时刻电池储能系统的充放电功率为电池储能系统的额定功率；当t时刻电池储能系统的荷电状态大于电池储能系统荷电状态上限或低于电池储能系统荷电状态下限时，修正后的电池储能系统充放电功率如下式：

其中，S

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述根据电-氢混合储能的功率约束和容量约束对电池储能系统和氢储能系统的充放电功率进行修正的具体过程还包括：当t时刻氢储能系统的充电功率大于碱性电解槽的最大运行功率时，取t时刻氢储能系统的充电功率为碱性电解槽运行功率的上限；当t时刻氢储能系统的充电功率小于碱性电解槽的最小运行功率时，取t时刻氢储能系统的充电功率为碱性电解槽运行功率的下限；所述碱性电解槽的最大运行功率为120％的碱性电解槽额定功率，碱性电解槽的最小运行功率为20％的碱性电解槽额定功率；当t时刻氢储能系统的放电功率大于燃料电池的额定功率时，取t时刻氢储能系统的放电功率为燃料电池的额定功率；当t时刻储氢罐的储氢量大于氢储能系统储氢量的上限或低于氢储能系统储氢量的下限时，修正后的氢储能系统的充放电功率如下式：

其中，S

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述判断生产时序模拟周期是否结束包括，当t＝T时，即生产时序模拟周期结束，计算当前电-氢混合储能容量配置参数下的全寿命周期成本、收益和净收益值；更新电-氢混合储能的容量配置参数，继续执行设置电-氢混合储能的容量配置参数，采用遍历寻优的方法，以净收益最大为目标得到电-氢混合储能的最优容量配置方案；所述净收益计算公式如下：

f

其中，S

作为本发明所述柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的一种优选方案，其中：所述遍历寻优的具体步骤包括：设置电-氢混合储能的容量配置参数的上边界、下边界和步长，电-氢混合储能的容量配置参数初始值取下边界；完成当前时刻电-氢混合储能容量配置参数的时序模拟，并输出电-氢混合储能的净收益值；在当前时刻电-氢混合储能容量配置参数的基础上分别叠加所设置步长，继续重复执行柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的所有步骤，至所有电-氢混合储能的容量配置参数遍历完成，即电-氢混合储能容量配置参数大于所设置的上边界时，输出不同容量配置参数的净收益结果，净收益结果最大对应的电-氢混合储能的容量配置参数即为电-氢混合储能的最优容量。

第二方面，本发明为进一步解决现有的柔性互联配电网中混合储能中存在的问题，提出了一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置系统，包括多功能场景需求模块，用于采集新能源机组以及柔性互联配电网的多个时间尺度数据，计算不同场景的需求功率；时序生产模拟模型模块，用于根据不同场景的优先级出力顺序及控制逻辑，确定不同时刻电-氢混合储能的出力功率；根据电-氢混合储能的能量管理策略，确定不同类型储能的出力功率；根据全年的电-氢混合储能的出力功率，建立柔性互联配电网的时序生产模拟模型；优化运行模块，用于在建立时序生产模拟模型的基础上，建立考虑全寿命周期成本和不同场景辅助收益的电-氢混合储能的优化运行模型；用于优化求解模块利用遍历寻优方法对优化模型进行求解，得到净收益最大的电-氢混合储能的运行方案。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的任一步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的任一步骤。

本发明有益效果为，本发明综合考虑了混合储能中电池储能、氢储能的运行特性和价格成本，在确保柔性互联配电网实现调频、功率预测补偿、新能源消纳等功能的基础上，以经济性最优为目标对电池储能系统、氢储能系统的容量进行优化配置，提升了电-氢混合储能的设备利用率与整体收益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实施例1中柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法流程图。

图2为实施例1中含电-氢混合储能的柔性互联配电网的结构图。

图3为实施例1中柔性互联配电网中混合储能的容量配置装置示意图。

图4为实施例1中电子设备的系统构成示意框图。

图5为实施例2中电-氢混合储能中不同容量配置方案对应的净收益图。

图6为实施例2中电-氢混合储能在24小时内的输出功率图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～图4，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：导入柔性互联配电网的数据和电-氢混合储能的参数，设置电-氢混合储能的容量配置参数，包括电-氢混合储能的容量配置参数的上边界、下边界和步长；生产时序模拟总时长为T，设置初始时刻t＝1。

需要说明的是，混合储能为电-氢混合储能，电-氢混合储能由电池储能系统和氢储能系统构成，氢储能系统包含碱性电解槽、储氢罐和燃料电池。

优选的，柔性互联配电网的数据包括柔性互联配电网的额定频率、全年实时频率、一次调频死区、新能源机组装机容量、新能源机组全年实际出力数据、全年日前预测数据、新能源并网峰谷线以及功率预测误差带上下限。

电-氢混合储能的参数包括电池储能系统的初始电量，电池储能系统荷电状态的上下限，电池储能系统的单位容量价格、单位功率价格，储氢罐的初始储氢量，储氢罐储氢量的上下限，碱性电解槽和燃料电池的单位功率价格以及储氢罐的单位储氢价格。

电-氢混合储能的容量配置参数包括：电池储能系统的额定功率，电池储能系统在额定功率下的充放电时长，碱性电解槽的额定功率，燃料电池的额定功率以及储氢罐的储氢量。

S2：计算当前时刻柔性互联配电网的不同时间尺度需求功率，设计多场景协同运行策略，计算当前时刻电-氢混合储能的充放电功率P

优选的，多场景协同运行策略包括，根据电-氢混合储能的能量管理策略对电-氢混合储能的充放电功率进行分配，分别得到当前时刻电池储能系统和氢储能系统的充放电功率；根据电-氢混合储能的功率约束和容量约束对电池储能系统和氢储能系统的充放电功率进行修正。

进一步的，电-氢混合储能的能量管理策略为：调频场景下以电池储能系统出力为主；功率预测补偿场景下以电池储能系统出力为主；当电池储能系统的输出功率无法满足功率预测补偿需求的功率时，氢储能系统辅助出力；消纳场景下以氢储能系统出力为主，当消纳需求的功率小于碱性电解槽的最低运行功率或者大于碱性电解槽的最大运行功率时，电池储能系统辅助出力；当电池储能系统的电量偏高或偏低时，氢储能系统辅助出力。

进一步的，电-氢混合储能的出力顺序为：优先响应柔性互联配电网的调频需求，新能源消纳需求次之，最后响应功率预测补偿需求；当柔性互联配电网无以上需求时，若电池储能系统的荷电状态不平衡，则电-氢混合储能可以通过自适应充放电来维持荷电状态平衡，不同时间尺度需求包括调频需求、功率预测补偿需求和新能源消纳需求。

优选的，根据电-氢混合储能的功率约束和容量约束对电池储能系统和氢储能系统的充放电功率进行修正的具体过程包括：当t时刻电池储能系统的充放电功率大于电池储能系统的额定功率时，取t时刻电池储能系统的充放电功率为电池储能系统的额定功率；当t时刻电池储能系统的荷电状态大于电池储能系统荷电状态上限或低于电池储能系统荷电状态下限时，修正后的电池储能系统充放电功率如下式：

其中，S

进一步的，当t时刻氢储能系统的充电功率大于碱性电解槽的最大运行功率时，取t时刻氢储能系统的充电功率为碱性电解槽运行功率的上限；当t时刻氢储能系统的充电功率小于碱性电解槽的最小运行功率时，取t时刻氢储能系统的充电功率为碱性电解槽运行功率的下限。

需要说明的是，碱性电解槽的最大运行功率为120％的碱性电解槽额定功率，碱性电解槽的最小运行功率为20％的碱性电解槽额定功率。

当t时刻氢储能系统的放电功率大于燃料电池的额定功率时，取t时刻氢储能系统的放电功率为燃料电池的额定功率；当t时刻储氢罐的储氢量大于氢储能系统储氢量的上限或低于氢储能系统储氢量的下限时，修正后的氢储能系统的充放电功率如下式：

其中，S

S3：根据t时刻电池储能系统和氢储能系统的充放电功率，对t+1时刻进行更新，分别更新t+1时刻电池储能系统的电量和储氢罐的储氢量，并继续执行上一步。

S4：判断生产时序模拟周期是否结束。

优选的，判断生产时序模拟周期是否结束包括，当t＝T时，即生产时序模拟周期结束，计算当前电-氢混合储能容量配置参数下的全寿命周期成本、收益和净收益值；更新电-氢混合储能的容量配置参数，继续执行步骤S1，采用遍历寻优的方法，以净收益最大为目标得到电-氢混合储能的最优容量配置方案。

其中，E

进一步的，净收益计算公式如下：

f

其中，S

其中，遍历寻优的具体步骤包括：设置电-氢混合储能的容量配置参数的上边界、下边界和步长，电-氢混合储能的容量配置参数初始值取下边界；完成当前时刻电-氢混合储能容量配置参数的时序模拟，并输出电-氢混合储能的净收益值；在当前时刻电-氢混合储能容量配置参数的基础上分别叠加所设置步长，继续重复执行柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的所有步骤，至所有电-氢混合储能的容量配置参数遍历完成，即电-氢混合储能容量配置参数大于所设置的上边界时，输出不同容量配置参数的净收益结果，净收益结果最大对应的电-氢混合储能的容量配置参数即为电-氢混合储能的最优容量。

本实施例还提供了一种柔性互联配电网中混合储能的容量配置系统，包括多功能场景需求模块，用于采集新能源机组以及柔性互联配电网的多个时间尺度数据，计算不同场景的需求功率；时序生产模拟模型模块，用于根据不同场景的优先级出力顺序及控制逻辑，确定不同时刻电-氢混合储能的出力功率；根据电-氢混合储能的能量管理策略，确定不同类型储能的出力功率；根据全年的电-氢混合储能的出力功率，建立柔性互联配电网的时序生产模拟模型；优化运行模块，用于在建立时序生产模拟模型的基础上，建立考虑全寿命周期成本和不同场景辅助收益的电-氢混合储能的优化运行模型；用于优化求解模块利用遍历寻优方法对优化模型进行求解，得到净收益最大的电-氢混合储能的运行方案。

本实施例还提供一种计算机设备，适用于柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法的情况，包括：存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法。

该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的实现柔性互联配电网中混合储能的容量配置方法；存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read－Only Memory,简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory,简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red－Only Memory,简称PROM)，只读存储器(Read－Only Memory,简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

综上，本发明综合考虑了混合储能中电池储能、氢储能的运行特性和价格成本，在确保柔性互联配电网实现调频、功率预测补偿、新能源消纳等功能的基础上，以经济性最优为目标对电池储能系统、氢储能系统的容量进行优化配置，提升了电-氢混合储能的设备利用率与整体收益。

实施例2

参照图5～图6，为本发明第二个实施例，在第一个实施例的基础之上，为了验证其有益效果，提供了本发明的具体应用实例和对比数据。

选取某接入新能源的柔性互联配电网的一年典型数据进行分析，相关算例参数指标如表1所示：

表1算例参数指标

选取储氢罐容量配置的上下边界为30MWh-50MWh，步长为5MWh；碱性电解槽功率配置的上下边界为6MW-18MW，步长为3MW；燃料电池功率配置的上下边界为1MW-6MW，步长为2MW；电池储能系统功率配置的上下边界为2MW-12MW，步长为3MW；电池储能系统容量配置的上下边界为0.5h—1.5h，设置步长为0.5小时。绘制电-氢混合储能中不同容量配置方案对应的净收益图如图3所示，其中119号方案的净收益最大，最大的净收益为1005.4万元，净收益最大对应的配置参数即为最优容量配置结果，如表2所示：

表2容量优化配置前后的结果对比

从表2中可以看出，通过容量优化配置，提升了电-氢混合储能的经济性，净利润从480.9万元提升至1005.4万元，投资回收期从54.92年变为8.27年，提升显著。

由图6可以得出，采用时序生产模拟的方法，能够准确全面的模拟电-氢混合储能出力的动态响应特性；在每一个分钟级的采样点，都可以准确地看到电-氢混合储能的出力状态；同时，在时序生产模拟的基础上，采用场景分析法，可以观察到电-氢混合储能在24小时内出力较为频繁，能够积极响应柔性互联配电网的需求，设备利用率较高，结合表2的数据，进一步验证所提方法的经济性。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。