[發明專利]一種綜合能源系統的多類型儲能配置方法

有效

• 申請號: 201910814885.1
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110503271B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 竇迅;王俊;陳竟成;吳磊
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;國網天津市電力公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q10/0637;G06Q50/06
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 吳肖敏

1.一種綜合能源系統的多類型儲能配置方法，其特征在于：包括以下步驟，

S1：建立綜合能源系統備用市場運行機制，建立系統備用價值模型；

所述建立綜合能源系統備用市場運行機制還包括以下步驟，

通過能量合同市場、平衡機制和結算建立備用市場運行機制；通過中長期合同和現貨合同獲取能量合同市場的交易量；通過平衡機制在備用服務市場解決剩余的不平衡量；交易活動停止后，調度機構通過負荷預測、日前安全校驗、機組啟停安排獲取調度計劃；在實際運行1h前，通過平衡機制獲取備用服務的需求并維持系統供需平衡；調度完成后，通過備用服務的價格和機組的實際供能曲線獲取不平衡結算；能源站和能源子系統的機組通過能量合同市場的交易值獲取日前調度計劃；通過預留容量來參與輔助服務市場，通過平衡機制維持系統供需平衡的同時獲取一定利潤；

所述系統備用價值模型由備用容量費用和能量生產費用兩部分組成；所述備用容量費用指系統短期運行中，機組因為預留容量，犧牲了部分參與能量市場獲利機會，造成損失的發電利潤；所述能量生產費用指實際參與短期備用市場容量的能量成本；

所述系統備用價值模型如下式所示，

式中，R_s,t為第s種能源的備用價值，G_s,t為能源s的系統總出力，為能源s的系統出力上限，B_s,t為能源s的備用容量成本系數，N_s,t為能源s的能量使用成本系數；

S2：以冷熱電三聯供設備為基礎構建面向綜合能源系統的能源站模型，并通過分別建立熱網模型、氣網模型、電網模型搭建綜合能源系統模型；

步驟S2中建立的所述能源站、熱網模型、氣網模型和電網模型，其中，

所述能源站考慮能量平衡約束；

所述能源站包括熱電聯產CHP、電力變壓器T、換熱器HE、熱回收器HR、電轉氣P2G、電制冷EC以及吸收式制冷設備AC，其能量平衡方程為：

其中L_e、L_g、L_h、L_c分別為電、氣、熱、冷的負荷消耗量，η_CHP、η_HE、η_T、η_HR、η_AC、η_P2G、η_EC為CHP、HE、T、HR、AC、P2G、EC的效率，φ_CHP為CHP的熱電比，λ_e,1、λ_e,2、λ_e,3為輸入的電力分配比例，λ_g,1、λ_g,2為輸入的天然氣分配比例，P_g為天然氣消耗量，P_e為電力消耗量；

所述熱網模型考慮節點流量平衡、節點溫度融合、負荷取用特性、供回水溫度約束以及管段傳熱特性；

所述氣網模型包括管道流量約束、氣源點約束、流量平衡約束、壓縮機約束以及節點壓力約束；

所述電網模型考慮節點功率平衡、機組出力約束、爬坡約束以及支路潮流約束；

S3：建立考慮系統備用價值的綜合能源系統多類型儲能選址模型，獲取電儲能、氣儲能、熱儲能的位置、個數，電儲能的額定功率，氣儲能、熱儲能的額定流量；

所述建立考慮系統備用價值的綜合能源系統多類型儲能選址模型還包括以下步驟，

S31：建立多類型儲能選址目標函數，包括電力網絡電損耗、熱力網絡熱損耗、能源站運行成本、系統備用的價值以及“棄風”損失；

所述建立多類型儲能選址目標函數，其目標函數如下所示，

其中，C_e,t，C_h,t，C_g,t為t時刻的電、熱、氣價格，E_loss,t，H_loss,t為t時刻電損耗和熱損耗，P_g,t，P_e,t為t時刻的用氣量和用電量，P_cw,t為t時刻的“棄風”量，C_ew為“棄風”成本系數；

S32：建立電儲能通過切換充放電模式參與系統運行的動態數學模型；

S33：建立氣儲能通過切換注入提取模式參與系統運行的動態數學模型；

S34：建立熱儲能通過切換吸熱放熱模式參與系統運行的動態數學模型；

S4：建立考慮循環壽命的綜合能源系統多類型儲能容量優化模型，獲取電儲能、氣儲能、熱儲能的容量；

所述建立考慮循環壽命的綜合能源系統多類型儲能容量優化模型還包括以下步驟，

S41：建立多類型儲能的循環壽命損耗模型；

考慮放能深度與循環次數對循環壽命N_s的影響，采用4階多項式函數表示，得到函數關系表示為:

式中，a_s、b_s、c_s、d_s、e_s為常數,第s類儲能的放能深度直接影響其循環壽命，記為D_s,dis；

儲能運行工況可視作一系列不同放能深度充放能循環的線性組合，將運行工況分解為多個放能深度不同的工況，分別計算分解后各工況下的儲能循環壽命，再根據儲能在各對應工況下的循環次數，直接線性疊加求出儲能循環壽命損耗；儲能在運行中循環壽命損耗可按下式計算：

其中，s為儲能類型，n_s為該放能深度下儲能s的循環次數；當L_s＝1時，則視作儲能s壽命損盡，需進行更換；

通過雨流計數法統計儲能的充放能循環次數與對應的放能深度，得到在運行過程中的循環壽命損耗情況；

S42：建立多類型儲能全壽命周期成本模型；

儲能全壽命周期成本包括一次投資成本與運行維護成本；

其中，一次投資成本為儲能額定容量與額定功率的函數，其表達式為：

C_s,1＝C_s,eE_s,e+C_s,pP_s,e

式中，C_s,1為儲能s的一次投資成本，C_s,e為儲能s單位容量的造價；E_s,e為儲能s的額定容量；C_s,p為儲能s單位充/放能功率的造價；P_s,e為儲能s額定充/放能功率；

儲能的運行維護成本為儲能額定容量的函數，且與儲能運行周期有關，其表達式為：

式中，C_s,2為儲能s的運行維護成本；C_s,m為儲能s單位充放功率或流量的年運行維護成本；i_r為通貨膨脹率；d_r為貼現率；y_s為儲能s的使用年份；T_s為儲能s壽命周期；

S43：建立多類型儲能容量優化目標函數，包括投資費用和維護費用；

將多類型儲能的全壽命周期成本分攤至壽命周期的每一年，以儲能使用壽命內，所有類型儲能的年成本之和最小為目標，對儲能容量進行優化，目標函數表達式如下：

式中，F₂為所有類型儲能年成本之和；C_s,1,i、C_s,2,i分別為第s類型第i個儲能的投資費用與使用壽命內的維護費用；k為該類型儲能配置的數量。