[發明專利]基于電池儲能系統的混合可再生能源電廠優化方法

有效

• 申請號: 202210256427.2
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114362256B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 栗志;白瑞虹
• 申請（專利權）人: 深圳市澤天數控機床有限公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/32;G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 深圳礫智知識產權代理事務所(普通合伙) 44722
• 代理人: 張合成

本發明公開了一種基于電池儲能系統的混合可再生能源電廠優化方法，涉及電力系統調度技術領域，解決了混合可再生能源電廠波動性較大，輸出不確定較大，降低了收益的技術問題。該方法通過以下步驟進行優化：對混合可再生能源電廠的功率輸出進行滾動小時經濟調度；以懲罰費用為因變量創建懲罰函數；通過滾動小時經濟調度，得到每小時的計劃調度及實際調度，代入所述懲罰函數計算出懲罰費用；以混合可再生能源電廠生命周期內的總利潤凈現值為目標函數，建立混合可再生能源電廠的優化模型；將所述懲罰費用代入所述優化模型，確定所述混合可再生能源電廠運行的優化參數。本發明通過懲罰費用進行抑制，減輕輸出的波動性和不確定性，提高收益。

技術領域

本發明涉及電力系統調度技術領域，尤其涉及一種基于電池儲能系統的混合可再生能源電廠優化方法。

背景技術

由于環保意識的持續提高，可再生能源(Renewable Energy, RE)在世界范圍內越來越受到關注，雙碳目標的實現也要求電網運營商提供一定比例的可再生能源，可再生能源在電網中占比將會越來越高。然而，由于光照強度、風速等不確定性因素隨機變化，可再生能源發電容易產生強不確定性和波動性，因此電力系統運營商通常通過傳統發電機來消納可再生能源波動。在電網運行過程中，需要大量的跟蹤容量備用，抑制可再生能源對電力系統的劇烈影響。由于慢速大型機組缺乏負載跟蹤能力，這就要求快速小型機組以額外成本提供必要的支撐，這導致小型燃氣發電機組的熱循環更加劇烈，該工藝的特點是燃料效率較低，熱循環中蒸汽壓力更高。采用低燃燒效率和高物理壓力為特征燃氣、火力發電進行可再生能源消納則違背了發展可再生能源的初衷。因此，爬坡容量備用是可再生能源消納中一直存在的問題，現有技術中通過多種技術路徑進行解決。

一種技術方案是采用一種概率方法來確定爬坡容量備用的要求，該方案可有效解決預測凈負荷時所產生的誤差。但集中在為系統提供更多的熱單元儲備，而不是緩解額外儲量的根本原因，即RE的可變性，這一備用容量代表針對大波動或預測誤差的儲備。為此，也有技術方案通過預測的方法確定備用容量，如生成風阻政策查找表，在實時運行過程中，將實際天氣條件與查表中的生成風況情景進行比較從而確定最接近的情景，以優化帶有電池儲能系統(Battery Energy Storage System, BESS)的可再生能源發電站的運行，但主要集中在消除幾秒到幾分鐘的波動上，且BESS退化過程也過于簡化。如將未來一分鐘風速的單一預測建模為一個高斯過程，通過兩階段決策資源問題進行優化；也有將BESS未來一分鐘的輸出構造成離散時間的馬爾可夫過程，并相應地優化運行。

另一方面，電池儲能系統的容量選取需要結合電池充放電效應、電池損耗、電池壽命等。例如，在極低的荷電狀態(State of Charge, SoC)下運行BESS會對BESS的生命周期造成嚴重的傷害。在分子水平上分析電化學反應的電池退化模型是最精確的，但模型非常復雜，而BESS疲勞累積模型具有可接受的精度、中等復雜度，并且還包含多種操作因素，可以廣泛應用于電池儲能系統的容量選取分析中。考慮到風的波動和不確定性，根據12-36小時的預報，利用BESS優化風電場的運行及仿射變換，針對風電預測和市場價格預測中的誤差更新決策變量，以最大化BESS所有者的利潤。

基于上述技術，出現了混合可再生能源電廠(Hybrid Renewable Energy Plant,HREP)，HREP的運行理念是在最大可用水平上調度風力渦輪機(Wind Turbine, WT)，同時控制海洋氣流渦輪機(Marine-Current Turbine, MCT)和BESS，以滿足硬爬坡約束。如在柴油發電機的幫助下優化一個混合可再生能源電廠的運行，在日前調度市場中計劃操作以最小化成本，在小時級市場中也是如此，目標是最小化偏離日前計劃的二次成本。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：

基于電池儲能系統的混合可再生能源電廠系統波動性較大，輸出不確定較大，運行成本較高，降低了混合可再生能源電廠收益。

發明內容