[發(fā)明專利]電力市場調(diào)度需求下混合儲能多時間尺度優(yōu)化調(diào)度策略

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310291823.3
• 申請日: 2023-03-23
• 公開（公告）號: CN116341241A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 唐早;陳慧嬌;方能杰;曾平良;劉佳;朱益波
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學;杭州中恒電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02J3/00;H02J3/28;H02J3/38;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F111/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.電力市場調(diào)度需求下混合儲能多時間尺度優(yōu)化調(diào)度策略，其特征在于，主要分為四步：

第一步，日前優(yōu)化調(diào)度，計算頻率為每天1次，預測數(shù)據(jù)的步長為1小時；

日前優(yōu)化調(diào)度以最小化日前調(diào)度總運行成本為目標，基于日前獲得的可再生能源預測出力和負荷需求信息，綜合考慮含系統(tǒng)運行約束、火電機組運行約束、混合儲能系統(tǒng)運行約束以及可再生能源運行約束，經(jīng)過優(yōu)化計算，獲得針對火電機組的啟停機狀態(tài)、能量型儲能的充放電策略以及日前火電機組的正、負備用方案；

第二步，日內(nèi)小時級優(yōu)化調(diào)度，計算頻率為每天96次，預測數(shù)據(jù)的步長為15分鐘；

將日前優(yōu)化調(diào)度的火電機組的啟停機狀態(tài)、能量型儲能的充放電策略以及日前火電機組的正、負備用方案作為確定值，基于日內(nèi)短期預測獲得的以15分鐘為步長的可再生能源預測出力和負荷需求預測數(shù)據(jù)，在滿足系統(tǒng)日內(nèi)運行約束、火電機組日內(nèi)運行約束、混合儲能日內(nèi)運行約束和可再生能源日內(nèi)運行約束的情況下，優(yōu)化獲得最小化系統(tǒng)期望功率運行成本的火電機組功率策略和能量型儲能的運行功率和容量值；

第三步，實時優(yōu)化調(diào)度，其計算頻率為每5分鐘計算一次，對應的預測數(shù)據(jù)步長為5分鐘；

將日前優(yōu)化調(diào)度獲得的結(jié)果作為確定值，日內(nèi)小時級調(diào)度獲得的結(jié)果作為參考值，以最小化與參考值的偏差為目標，結(jié)合實時調(diào)度運行約束，展開優(yōu)化計算火電機組的運行功率、能量型儲能運行功率以及功率型儲能的運行功率；

第四步，對日前優(yōu)化調(diào)度、日內(nèi)小時級調(diào)度以及實時調(diào)度運行的結(jié)果進行整合，獲得火電機組與混合儲能的實際控制策略。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力市場調(diào)度需求下混合儲能多時間尺度優(yōu)化調(diào)度策略，其特征在于，所述日前優(yōu)化調(diào)度具體方法如下；

日前優(yōu)化調(diào)度為每日10：00pm開展一次關(guān)于次日的調(diào)度計劃測算，計算的數(shù)據(jù)步長為1小時；該方案旨在通過日前優(yōu)化計算，確定次日日內(nèi)小時級優(yōu)化調(diào)度需要的火電機組的啟停機狀態(tài)、能量型儲能的充放電策略以及日前火電機組的正、負備用方案；具體的優(yōu)化策略模型如下：

1.1目標函數(shù)；

日前優(yōu)化調(diào)度旨在最小化系統(tǒng)發(fā)電機和儲能的運行成本，其目標函數(shù)能夠?qū)懗晒?1),主要分為兩個部分：第一部分是常規(guī)火電機組的啟動和關(guān)閉成本，第二部分是火力發(fā)電和HESS的電力成本；

其中，t表示時刻t，T_day表示日前優(yōu)化調(diào)度時刻的集合，g表示火電機組g，G表示所有火電機組的集合，G_r表示具有快速響應能力的常規(guī)火電機組，e表示儲能設備e，E表示所有儲能設備，s表示場景s，S_day表示日前預測生成的所有潛在場景的集合，表示在日前預測中場景s出現(xiàn)的概率，和分別為火電機組的啟動和關(guān)停成本；K_g,t和G_g,t分別表示火電機組的啟動和停機狀態(tài)，和p_g,t,s分別是火電機組的單位運行成本和功率；和分別表示儲能單位功率放電和充電的成本，和分別表示儲能的放電和充電功率；

1.2約束條件；

日前優(yōu)化調(diào)度模型的約束條件包括系統(tǒng)運行約束、火電機組運行約束、混合儲能系統(tǒng)運行約束以及可再生能源運行約束；

a)系統(tǒng)運行約束；

系統(tǒng)運行首先需要保證系統(tǒng)內(nèi)部所有設備的電力電量平衡，即火電機組、儲能、可再生能源機組與用戶負荷之間的平衡，如公式(2)所示；同時系統(tǒng)運行也需要保證系統(tǒng)輸電線路容量約束得到滿足，即所有設備流過改線路的功率總和需要在線路最大容量限制范圍內(nèi)，如式(3)所示；另一方面，系統(tǒng)運行需要保證備用功率得到滿足，而備用又分為正、負兩種備用，如式(4)所示；

其中，p_r,t,s代表可再生能源發(fā)電量，r表示可再生能源機組r，REN代表可再生能源機組的集合；p_d,t,s表示負荷的日前預測值，d表示負荷節(jié)點d，而D表示負荷的集合，是線路l的最大功率容量，SF_l,b是通過線路l的功率流對輸電節(jié)點b的功率注入的敏感系數(shù)，b表示輸電節(jié)點b，而B表示所有輸電節(jié)點的集合；和分別表示火電機組g的正功率備用和系統(tǒng)總正功率備用量，和分別表示火電機組g的負功率備用和系統(tǒng)總負功率備用量；

b)火電機組運行約束；

式(5)為火電機組的出力約束，公式(6)為火電機組的爬坡約束，左側(cè)為負向爬坡上限，右側(cè)為正向爬坡上限，公式(7)分別為火電機組啟動和關(guān)停的最小時間限制約束,公式(8)為火電機組的運行狀態(tài)、啟動狀態(tài)和停機狀態(tài)之間的關(guān)系；

其中，和分別是火電機組功率的最小、最大值；x_g,t、x_g,t'和x_g,t-1分別表示火電機組g在時刻t、t'和t-1的狀態(tài)變量，p_g,t-1,s表示火電機組g在場景s下時刻t-1的功率；和是火電機組的正爬坡和負爬坡能力極限，和代表火電機組的啟動和關(guān)停功率；QD_g和GT_g是火電機組的最小啟動、關(guān)停持續(xù)時間；

c)混合儲能系統(tǒng)運行約束；

日前階段的混合儲能系統(tǒng)運行約束包含常規(guī)運行約束和循環(huán)次數(shù)限制約束模型兩個部分；其中，常規(guī)運行約束針對功率型和能量型兩種儲能，而循環(huán)次數(shù)限制約束模型僅針對能量型儲能；式(9)表示儲能的充放電功率限制約束，式(10)為儲能的運行狀態(tài)約束，式(11)的等式部分為儲能的容量更新約束，不等式部分為儲能的容量限制約束，式(12)為儲能的周期運行終態(tài)約束，式(13)表示能量型儲能的充放電最小持續(xù)時間限制，式(14)表示能量型儲能的充放電最大循環(huán)次數(shù)限制，式(15)和式(16)為能量型儲能各種狀態(tài)描述之間的邏輯關(guān)系；

E_e,o,s＝e_e,T,s?(12)

其中，和分別為儲能e額定功率的最大、最小值，和分別為儲能e在場景s下時刻t的充電和放電狀態(tài)，和分別為儲能e的充電和放電效率；e_e,t-1,s和e_e,t-1,s分別表示儲能e在場景s下時刻t和時刻t-1的容量，E_e,o,s和E_e,T,s分別代表儲能e在場景s下時刻0和時刻T的容量；和代表儲能e額定容量的最大、最小值；CT和DT代表能量型儲能的最小持續(xù)充電和放電時間，代表能量型儲能ee一天內(nèi)最大可循環(huán)次數(shù)，和分別表示能量型儲能ee在時刻k下的充電和放電狀態(tài)，和代表能量型儲能ee從其他狀態(tài)分別切換到充電狀態(tài)和放電狀態(tài)，而和代表能量型儲能ee從充電狀態(tài)和放電狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)，和分別為儲能e在時刻t-1的充電和放電狀態(tài)；Δt^day表示日前優(yōu)化調(diào)度階段的單時刻步長；

d)可再生能源運行約束；

公式(17)為可再生能源機組的出力功率極限約束；

其中，代表日前優(yōu)化調(diào)度階段，可再生能源機組r在場景s下時刻t的預測出力值；

日前優(yōu)化調(diào)度策略模型的求解基于Matlab編譯，采用Gurobi求解，其中MILP?gap設置為0.1％；通過對數(shù)學模型的求解，計算獲得針對火電機組的啟停機狀態(tài)、能量型儲能的充放電策略以及日前火電機組的正、負備用方案，并將結(jié)果存儲。