一种为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法

摘要

本发明涉及一种为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，属于电力系统运行和控制技术领域。首先对电储能设备的充电、放电功率和充电过程与放电过程不能同时进行的特点进行数学建模。然后对电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用与电储能设备充放电功率之间的关系、电储能设备上下旋转备用与电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量之间的关系进行数学建模，最终得到为电力系统提供旋转备用的电储能设备调度模型。本方法解决了电储能设备应用于考虑旋转备用的电力系统调度的建模问题，为电储能设备应用于考虑旋转备用的电力系统调度问题提供模型基础。

主权项

一种为电力系统实现电力平衡的电储能设备建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)分别对电力系统电储能设备的充放电功率以及充电过程与放电过程不能同时进行的逻辑关系进行建模，具体过程如下：(1‑1)设电储能设备在时刻t的状态为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统调度时间尺度，若电储能设备在时刻t处于充电状态，则若电储能设备在时刻t处于放电状态，则(1‑2)设模型中电储能设备在时刻t的充电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的充电功率的范围表述为调度模型如下：$0\le P_t^{ES,c}\le P_{max}^{ES,c}·x_t^{ES}$(1‑3)设模型中电储能设备在时刻t的放电功率为最大充电功率为t＝1,2,....,T，则电储能设备的放电功率的范围表述为调度模型如下：$0\le P_t^{ES,d}\le P_{max}^{ES,d}·(1-x_t^{ES})$(1‑4)设模型中电储能设备在时刻t的存储能量值为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，则电储能设备的存储能量值与步骤(1‑2)中电储能设备充电功率和步骤(1‑3)中放电功率的关系表述为模型如下：$-{\eta }_c·P_t^{ES,c}·\Delta t+\frac{P_t^{ES,d}}{{\eta }_{dc}}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES}=0$其中，η_c为电储能设备充电损耗，η_dc为电储能设备放电损耗，电储能设备自放电系数为γ，由电储能设备厂商给出，Δt为两个相邻调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2)对电力系统中电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量进行建模，具体步骤如下：(2‑1)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据上述步骤(1)中电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的上旋转备用的范围为：$0\le {\mathrm{Rh}}_t^{ES}\le (1-x_t^{ES})P_{\max }^{ES,d}-P_t^{ES,d}+P_t^{ES,c}$(2‑2)设电力系统中电储能设备向电力系统提供的下旋转备用为t＝1,2,....,T，T为电力系统的调度时间尺度，由人工事前设定，根据上述步骤(1)中的电储能设备状态电储能设备充电功率和电储能设备放电功率电储能设备向电力系统提供的下旋转备用的范围为：$0\le {\mathrm{Rl}}_t^{ES}\le x_t^{ES}{P}_{max}^{ES,c}-P_t^{ES,c}+P_t^{ES,d}$(2‑3)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，根据步骤(2‑1)中电储能设备向电力系统提供的上旋转备用和上述步骤(1‑4)中所述的电储能设备放电损耗η_dc，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：$\frac{{\mathrm{Rh}}_t^{ES}}{{\eta }_d}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES,reh}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES,reh}=0$其中，γ为电储能设备自放电系数，由电储能设备厂商给出，Δt为相邻两个调度时刻之间的时间间隔，取值为1；(2‑4)设电力系统中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量为t＝1,2,....,T，T为设定的电力系统的调度时间尺度，则根据步骤(2‑2)中所述的电储能设备向电力系统提供的下旋转备用和步骤(1‑4)中所述的电储能设备充电损耗η_c，则电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量范围表述为调度模型如下：$-{\eta }_c·{\mathrm{Rl}}_t^{ES}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES,rel}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES,rel}=0;$(2‑5)设电储能设备内部存储能量允许的最小能量值为电储能设备内部存储能量允许的最大能量值为将步骤(1‑4)中电储能设备在时刻t时内部存储能量值步骤(2‑2)中电储能设备用于向电力系统提供上旋转备用的容量以及步骤(2‑3)中电储能设备用于向电力系统提供下旋转备用的容量三者之间的关系表述为调度模型如下：${\mathrm{SOC}}_{min}^{ES}\le {\mathrm{SOC}}_t^{ES}\le {\mathrm{SOC}}_{\max }^{ES}-{\mathrm{SOC}}_t^{ES,rel}-{\mathrm{SOC}}_t^{ES,reh}$(3)综合上述步骤(1)所述的电储能设备的充电功率、放电功率和充电过程与放电过程不能同时进行的调度模型和步骤(2)所述的电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用及电储能设备为电力系统提供的上旋转备用、下旋转备用容量调度模型，得到为电力系统提供旋转备用的电储能设备调度模型如下：$0\le P_t^{ES,c}\le P_{max}^{ES,c}·x_t^{ES}$$0\le P_t^{ES,d}\le P_{max}^{ES,d}·(1-x_t^{ES})$$-{\eta }_c·P_t^{ES,c}·\Delta t+\frac{P_t^{ES,d}}{{\eta }_{dc}}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES}=0$$0\le {\mathrm{Rh}}_t^{ES}\le (1-x_t^{ES})P_{\max }^{ES,d}-P_t^{ES,d}+P_t^{ES,c}$$0\le {\mathrm{Rl}}_t^{ES}\le x_t^{ES}{P}_{\max }^{ES,c}-P_t^{ES,c}+P_t^{ES,d}$$\frac{{\mathrm{Rh}}_t^{ES}}{{\eta }_d}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES,reh}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES,reh}=0$$-{\eta }_c·{\mathrm{Rl}}_t^{ES}·\Delta t+{\mathrm{SOC}}_t^{ES,rel}-(1-\gamma ){\mathrm{SOC}}_{t-1}^{ES,rel}=0$${\mathrm{SOC}}_{\min }^{ES}\le {\mathrm{SOC}}_t^{ES}\le {\mathrm{SOC}}_{\max }^{ES}-{\mathrm{SOC}}_t^{ES,rel}-{\mathrm{SOC}}_t^{ES,reh}.$