[發明專利]一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法

在審

• 申請號: 202010138930.9
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111241463A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 朱俊飛;張聶鵬;王衛國;楊利榮;吳旭;丁朝輝;鄧媛;張楠
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司;鎮江電力設計院有限公司
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06N3/12;H02J3/28;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：輸入基礎數據到excel，在matlab中讀取excel的數據；

步驟二：隨機生成初始種群P；

步驟三：調用外層模型，得到仿真周期內初始種群P中每個個體在調度周期內的儲能最優充放電曲線和月負荷削峰率；

步驟四：調用內層模型根據儲能容量、額定功率、年負荷削峰率、儲能充放電曲線、月負荷削峰率計算初始種群P中個體的適應度值；

步驟五：將初始種群P進行選擇交叉變異的遺傳操作得到子代種群P’；

步驟六：調用外層模型，得到仿真周期內子代種群P’每個個體在調度周期內的儲能最優充放電曲線和月負荷削峰率；

步驟七：調用內層模型，根據儲能容量、額定功率、年負荷削峰率和儲能充放電曲線、月負荷削峰率計算初始種群P’中個體的適應度值；

步驟八：將步驟五中的初始種群P替換為P’，重復步驟五至七，直到滿足終止條件為止，得到最終優化結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法，其特征在于，步驟一所述基礎數據，包括仿真時長、調度周期、負荷曲線、儲能電池壽命、儲能電池倍率性能。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法，其特征在于，步驟二所述隨機生成種群P，具體為生成100的初始種群P，種群中每個個體包含儲能容量、儲能額定功率、年負荷削峰率信息，年負荷削峰率為一年中負荷峰值減少量與安裝儲能裝置前負荷峰值的比值。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法，其特征在于，步驟三具體為：利用matlab軟件調用Cplex平臺，調用外層模型，得到仿真周期內初始種群P中每個個體在調度周期內的儲能最優充放電曲線和月負荷削峰率，月負荷削峰率為一年中負荷峰值減少量與安裝儲能裝置前負荷峰值的比值，外層模型的具體模型：

31)目標函數如下：

maxF＝C_inc+C_tran+C_rec-C_inv-C_ope

式中：F為儲能全壽命周期內的凈收益；

311)C_inc為用戶側儲能系統經濟運行的總收益，具體表達如下：

C_inc＝C_inc1+C_inc2

式中：C_inc1為月時間尺度下最大負荷削峰基本電價減少量，C_inc2為日尺度周期下儲能高峰放電低谷充電的價格套利收益，其具體表達式如下：

式中：C_ele,t,d為儲能裝置第t年d天的價格套利；C_bas,t,y為儲能第t年y月基本電費減少值；D為年運行天數；Y為年運行月數；T為電池壽命；i_r為通貨膨脹率；d_r為貼現率，貼現率為將未來支付改變為現值所使用的利率；

312)C_tran為峰值負荷減少所降低的變壓器成本，具體表達式如下：

式中：α為變壓器安裝費用占設備造價比率；C_d為工業用戶側變壓器單位造價；K為變壓器的負載率；為功率因數；T_tran為變壓器壽命周期；f_tran為變壓器頻率，δ_y為加入儲能后的年負荷削峰率,P_peak,y為年負荷峰值；

313)C_rec用戶側儲能的回收價值，即當儲能達到壽命年限時通過回收利用獲取的一定收益，與安裝成本C_inv和回收系數γ相關，γ取0.2，表達式如下：

C_rec＝γC_inv

314)安裝成本C_inv為用戶側儲能的全壽命周期一次性固定投資成本，與其自身額定容量和額定充/放電功率相關，具體表達式如下：

C_inv＝c_eE_max+c_pP_max

式中：E_max和P_max分別為儲能裝置額定容量和額定充/放電功率；c_e和c_p分別為儲能單位容量和單位充/放電功率造價；

315)C_ope為用戶側儲能裝置的全壽命周期運行維護成本，與其額定功率相關，具體表達式如下：

式中：c_op為儲能電池單位充/放電功率的年運行維護成本；

32)約束條件具體如下：

321)功率平衡約束：

P_grid＝P′_load＝P_load+P_ESS

式中：P_grid為負荷與電網交換功率，P_load為工廠負荷功率，P_ESS為儲能裝置功率；

322)投資成本約束：

式中：為投資成本限值。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙層優化模型的用戶側儲能裝置容量配置方法，其特征在于，步驟四所述調用內層模型，根據儲能電池容量和額定功率、年負荷削峰率和儲能充放電曲線、月負荷削峰率計算初始種群P中個體的適應度值，其具體模型為：

41)目標函數如下：

C_bas＝aδ_mP_peak,m

式中：i為時間段；Δt_i為i段持續時間，Δt_i＝15min；n_D為一個調度周期時間段總數，以24h作為一個調度周期；P_dis(i)、P_ch(i)分別為儲能放電、充電功率，C_ele為儲能裝置價格套利，C_bas為基本電費減少值；

42)約束條件如下：

421)儲能削峰約束，即在滿足調度周期內負荷峰值約束的同時，工廠母線側合成負荷不得超過年最大限值，具體表達式如下：

P_load(i)-P_dis(i)+P_ch(i)≤(1-δ_m)P_peak,m

(1-δ_m)P_peak,m≤(1-δ_y)P_peak,y

式中：P_peak,m、P′_peak,m和P_peak,y、P′_peak,y分別為加入儲能裝置前后的月負荷峰值和年負荷峰值，δ_m、δ_y為加入儲能后的月負荷削峰率和年負荷削峰率；

422)充放電功率約束，即在運行過程中充放電功率不超過額定值：

式中：B_dis(i)、B_ch(i)為0至1的變量且滿足任意時刻B_dis(i)+B_dis(i)≤1；

423)荷電狀態SOC約束，即在任一時刻，儲能的荷電狀態都必須小于S_OCmax且大于S_OCmin，此外，儲能系統每個調度周期始末存儲能量即荷電狀態一致可確保其連續運行的周期性，具體表達式如下：

S_OC(0)＝S_OC(n_D)

S_OCmin≤S_OC(i)≤S_OCmax

式中：η^ch、η^dis分別為儲能充電、放電時的能量轉化效率。