本發(fā)明涉及智能配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是涉及儲(chǔ)能站的容量及充放電功率配置方法，具體適用于配網(wǎng)規(guī)劃中投建儲(chǔ)能站前，對(duì)儲(chǔ)能站的容量和充放電功率進(jìn)行確定。

技術(shù)背景

在配電網(wǎng)中，儲(chǔ)能站(電池儲(chǔ)能系統(tǒng))具有削峰填谷、安裝地點(diǎn)靈活的特點(diǎn)。對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，進(jìn)行削峰填谷能提高設(shè)備利用率，節(jié)省設(shè)備更新費(fèi)用；對(duì)于用戶(hù)，會(huì)有更低的峰谷電價(jià)差。因?yàn)橐陨蟽?yōu)點(diǎn)，儲(chǔ)能站在電網(wǎng)中的推廣工作逐步展開(kāi)。在國(guó)外，2011年美國(guó)BE公司建成首座儲(chǔ)能站投運(yùn)后，已有更多的大規(guī)模儲(chǔ)能站投入運(yùn)行；在國(guó)內(nèi)，南方電網(wǎng)開(kāi)展的MW級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目，建成了深圳寶清儲(chǔ)能站，而且在各地市供電公司中，各類(lèi)基于載重汽車(chē)的移動(dòng)式儲(chǔ)能站早已應(yīng)用于重要負(fù)荷的供電保障工作中。

現(xiàn)有的研究，針對(duì)儲(chǔ)能站相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)方法主要集中于儲(chǔ)能站的能量管理、設(shè)備監(jiān)控及保護(hù)技術(shù)方面。而在配網(wǎng)中儲(chǔ)能站的容量配置，確定其充放電功率的參數(shù)水平，都是在儲(chǔ)能站投建前需要考慮的問(wèn)題。本發(fā)明所提方法能夠通過(guò)儲(chǔ)能站待建區(qū)域的負(fù)荷水平確定儲(chǔ)能站的建設(shè)容量，并通過(guò)計(jì)算其充放電功率，使建設(shè)容量滿(mǎn)足區(qū)域負(fù)荷削峰填谷的需求。

查詢(xún)關(guān)于儲(chǔ)能容量配置的類(lèi)似發(fā)明和已有技術(shù)手段：

已有發(fā)明《一種微網(wǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法》及《一種多目標(biāo)的區(qū)域多微網(wǎng)結(jié)構(gòu)和容量?jī)?yōu)化規(guī)劃方法》，主要通過(guò)建立多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性配置。本發(fā)明與其具有明顯區(qū)別，首先，發(fā)明范圍不同，本發(fā)明應(yīng)用范圍為大規(guī)模配電網(wǎng)，區(qū)別于獨(dú)立運(yùn)行的小型微網(wǎng)，配電網(wǎng)的負(fù)荷水平及負(fù)荷容量遠(yuǎn)高于微網(wǎng)；其次，發(fā)明對(duì)象不同，本發(fā)明容量及功率的配置對(duì)象為儲(chǔ)能站而不是小型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為適應(yīng)大規(guī)模配電網(wǎng)，儲(chǔ)能站的容量和建造規(guī)模要遠(yuǎn)大于微網(wǎng)中的小型儲(chǔ)能系統(tǒng)；本發(fā)明面向配電網(wǎng)，與配網(wǎng)負(fù)荷密切相關(guān)，配置方法在配網(wǎng)中具有削峰填谷的效用，因此，配置方法完全不同。

已有發(fā)明《一種可再生能源發(fā)電的儲(chǔ)能配置方法及系統(tǒng)》主要通過(guò)可再生能源發(fā)電是否能滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)頻需要來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置，用以滿(mǎn)足可再生能源參與電網(wǎng)調(diào)頻的需要。區(qū)別于本發(fā)明在配網(wǎng)中配置儲(chǔ)能站，且滿(mǎn)足配網(wǎng)削峰填谷的需要，所用技術(shù)方法區(qū)別明顯。

已有發(fā)明《考慮電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的儲(chǔ)能平抑波動(dòng)功率的容量規(guī)劃方法》以并網(wǎng)功率目標(biāo)值偏移量方差最小作為優(yōu)化目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，確定混合儲(chǔ)能電站最優(yōu)容量數(shù)值。本發(fā)明目的是基于配網(wǎng)的削峰填谷，考慮的時(shí)間跨度以小時(shí)為單位，區(qū)別于其微秒級(jí)并網(wǎng)平波的目的。且所用步驟方法區(qū)別明顯。

基于以上分析和已經(jīng)公布的現(xiàn)有技術(shù)資料，對(duì)于儲(chǔ)能的配置工作主要集中于小型微網(wǎng)中，或者是出于其他配置目標(biāo)的配置方法，而對(duì)于在大規(guī)模配網(wǎng)中，儲(chǔ)能站運(yùn)行前投建的定容工作尚屬空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明彌補(bǔ)了儲(chǔ)能站投建規(guī)劃過(guò)程中定容方法的空白。主要方法是基于待建儲(chǔ)能站區(qū)域的負(fù)荷特性和儲(chǔ)能站削峰填谷的運(yùn)行特點(diǎn)建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，最終確定儲(chǔ)能站容量。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適應(yīng)削峰填谷的儲(chǔ)能站容量及充放電功率的配置方法，該方法包含下列步驟：

a、通過(guò)電力運(yùn)行部門(mén)取得儲(chǔ)能站待建區(qū)域的24小時(shí)典型負(fù)荷特性曲線(xiàn)；

b、確定儲(chǔ)能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，S_charge＝1表示儲(chǔ)能站處于充電狀態(tài)，S_charge＝0表示儲(chǔ)能站處于浮充狀態(tài)，S_charge＝-1表示儲(chǔ)能站處于放電狀態(tài)，可用下面數(shù)學(xué)公式描述：

式中，P_load為負(fù)荷功率，P_av為負(fù)荷平均功率，S_oc為負(fù)荷的荷電狀態(tài)，S_oc·min和S_oc·max分別指儲(chǔ)能站的最大和最小荷電狀態(tài)；

c、確定待建儲(chǔ)能站的容量E_max，計(jì)算方法如下：

其中：

式中，α_ESS為儲(chǔ)能站的容量裕度系數(shù)，和分別為儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大放電容量，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間；

d、確定待建儲(chǔ)能站的充電功率P_charge和放電功率P_discharge。計(jì)算方法如下：

式中，η_charge和η_discharge分別為充電效率和放電效，和分別為儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大放電容量，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間；

e、經(jīng)過(guò)以上步驟計(jì)算，可以得到該配網(wǎng)區(qū)域內(nèi)投建儲(chǔ)能站容量為E_max，充電功率為P_charge，放電功率為P_discharge時(shí)，容量能滿(mǎn)足該區(qū)域的負(fù)荷需求，并具有削峰填谷效果。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：填補(bǔ)了儲(chǔ)能站前期投建無(wú)規(guī)劃計(jì)算方法的空白，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確計(jì)算出儲(chǔ)能站投建前，待建區(qū)域設(shè)置儲(chǔ)能站的合理容量，避免了人為干預(yù)的主觀因素，增加了儲(chǔ)能站配置的合理性，節(jié)約了投資資金，避免了資源浪費(fèi)，對(duì)儲(chǔ)能站的規(guī)劃定容具有指導(dǎo)意義。

附圖說(shuō)明

圖1儲(chǔ)能站待建配網(wǎng)區(qū)域的典型負(fù)荷特性曲線(xiàn)。

圖2儲(chǔ)能站配置前后區(qū)域負(fù)荷特性的變化。

具體實(shí)施例

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例一

一種適應(yīng)削峰填谷的儲(chǔ)能站容量及充放電功率的配置方法，該方法包含下列步驟：

a、通過(guò)電力運(yùn)行部門(mén)取得儲(chǔ)能站待建區(qū)域的24小時(shí)典型負(fù)荷特性曲線(xiàn)；

b、確定儲(chǔ)能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，S_charge＝1表示儲(chǔ)能站處于充電狀態(tài)，S_charge＝0表示儲(chǔ)能站處于浮充狀態(tài)，S_charge＝-1表示儲(chǔ)能站處于放電狀態(tài)，可用下面數(shù)學(xué)公式描述：

式中，P_load為負(fù)荷功率，P_av為負(fù)荷平均功率，S_oc為負(fù)荷的荷電狀態(tài)，S_oc·min和S_oc·max分別指儲(chǔ)能站的最大和最小荷電狀態(tài)；

c、確定待建儲(chǔ)能站的容量E_max，計(jì)算方法如下：

其中：

式中，α_ESS為儲(chǔ)能站的容量裕度系數(shù)，和分別為儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大放電容量，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間；

d、確定待建儲(chǔ)能站的充電功率P_charge和放電功率P_discharge。計(jì)算方法如下：

式中，η_charge和η_discharge分別為充電效率和放電效，和分別為儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大放電容量，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間；

e、經(jīng)過(guò)以上步驟計(jì)算，可以得到該配網(wǎng)區(qū)域內(nèi)投建儲(chǔ)能站容量為E_max，充電功率為P_charge，放電功率為P_discharge時(shí)，容量能滿(mǎn)足該區(qū)域的負(fù)荷需求，并具有削峰填谷效果。

實(shí)施例二

一種適應(yīng)削峰填谷的儲(chǔ)能站容量及充放電功率的配置方法，該方法包含下列步驟：

步驟一：獲取儲(chǔ)能站待建區(qū)域的負(fù)荷特性數(shù)據(jù)。通過(guò)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T(mén)，取得24點(diǎn)制的典型負(fù)荷特性曲線(xiàn)如圖1所示。

步驟二：確定待建儲(chǔ)能站的充放電狀態(tài)。根據(jù)步驟一區(qū)域的24小時(shí)負(fù)荷特性，以小時(shí)為單位，計(jì)算24小時(shí)的負(fù)荷平均功率，記為P_av，易于求得P_av＝106.08kW，數(shù)據(jù)已標(biāo)于圖1中。

為了達(dá)到儲(chǔ)能站削峰填谷的目的，定義儲(chǔ)能站的充放電時(shí)刻為：當(dāng)負(fù)荷水平高于負(fù)荷平均功率時(shí)，儲(chǔ)能站作為電源在配網(wǎng)中放電；當(dāng)負(fù)荷水平低于負(fù)荷平均功率時(shí)，儲(chǔ)能站作為負(fù)荷在配網(wǎng)中充電。這樣可以得到儲(chǔ)能站在24小時(shí)中各個(gè)時(shí)刻的充放電狀態(tài)。數(shù)學(xué)描述如下：定義儲(chǔ)能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，1表示儲(chǔ)能站處于充電狀態(tài)，0表示儲(chǔ)能站處于浮充狀態(tài)，-1表示儲(chǔ)能站處于放電狀態(tài)；

式中，P_load為負(fù)荷功率，P_av為負(fù)荷平均功率，S_oc為負(fù)荷的荷電狀態(tài)，S_oc·min和S_oc·max分別指儲(chǔ)能站的最大和最小荷電狀態(tài)，這兩項(xiàng)參數(shù)一般由生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行標(biāo)定，以鈉硫電池為例，最大和最小荷電狀態(tài)廠(chǎng)家標(biāo)定為0.9和0.2。

通過(guò)上述公式計(jì)算易于得到待建儲(chǔ)能站24小時(shí)的充放電狀態(tài)：09:30-23:00為放電狀態(tài)，其余時(shí)刻均為充電狀態(tài)。

步驟三：確定待建儲(chǔ)能站的容量。根據(jù)步驟二確定的儲(chǔ)能站在各個(gè)時(shí)刻的充放電狀態(tài)，即09:30-23:00為放電狀態(tài)，其余時(shí)刻均為充電狀態(tài)。分別對(duì)充電時(shí)刻的負(fù)荷進(jìn)行累加的到單日運(yùn)行的最大充放電容量。除此之外，儲(chǔ)能站容量要有一定的裕度，用以滿(mǎn)足電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、以及負(fù)荷未來(lái)增長(zhǎng)隨機(jī)性變化的要求。裕度按照待建區(qū)域夏季的變壓器容載裕度取值，本次實(shí)施例在計(jì)算中取1.5。

首先計(jì)算儲(chǔ)能站單日運(yùn)行的最大充放電容量。計(jì)算公式如下：

式中，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時(shí)間。因?yàn)槌浞烹姇r(shí)間在步驟二已知，這里容易得到T_charge＝13.5小時(shí)，T_discharge＝10.5小時(shí)。經(jīng)過(guò)積分計(jì)算后，

進(jìn)一步，使用下面數(shù)學(xué)公式計(jì)算儲(chǔ)能站的充放電容量：

式中，α_ESS為儲(chǔ)能站的容量裕度系數(shù)，即1.5，和分別為儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲(chǔ)能站單日運(yùn)行最大放電容量，取其中較大的充電容量乘以裕度系數(shù)1.5得到最終的儲(chǔ)能站容量E_max＝473.30kW·h。

步驟四：確定待建儲(chǔ)能站的充放電功率。儲(chǔ)能站的充電電量要和放電電量保持平衡，設(shè)置儲(chǔ)能站每24小時(shí)完成一次充放電循環(huán)。于是，24小時(shí)之內(nèi)儲(chǔ)能站的充放電功率可以通過(guò)下面公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，η_charge和η_discharge分別為充電效率和放電效率，同樣如步驟三取鈉硫電池標(biāo)定的充放電效率，本次算例充放電效率取值均為0.9。其余變量已在步驟二、三中求得，代入計(jì)算后最終得到充放電功率P_charge和P_discharge分別為33.39kW和19.09kW。

通過(guò)以上步驟，最終得到該區(qū)域儲(chǔ)能站配置容量為473.30kW·h，充放電功率為33.39kW和19.09kW。

下面是對(duì)該配置方案削峰填谷效果的驗(yàn)證：圖2中虛線(xiàn)為步驟一中獲取的未接入儲(chǔ)能站的區(qū)域負(fù)荷特性，粗實(shí)線(xiàn)為按本發(fā)明方法配置接入儲(chǔ)能站后的負(fù)荷特性，明顯可以看出，配置儲(chǔ)能站后，按本發(fā)明內(nèi)容配置接入儲(chǔ)能站后負(fù)荷峰值及持續(xù)時(shí)間明顯降低，說(shuō)明了在本發(fā)明下儲(chǔ)能站的配置方法具有明顯的削峰填谷作用。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。