一种移峰填谷的储能系统的容量配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于抑制电网负荷波动的储能技术领域，特别涉及一种移峰填谷的储能系 统的容量配置方法，具体涉及基于改进的生物地理学优化算法和充放电平衡对储能容量进 行配置的方法。
【背景技术】
[0002] 用电负荷的增加，可再生能源发电装置参与并网，都使得电网的波动性、随机性变 大，负荷峰谷差也逐步增大，大规模电池储能系统以其独特的优势在削峰填谷方面能够发 挥巨大作用，而储能系统的高成本限制了储能技术的规模化应用。
[0003] 电网负荷不规则、不间断变化，而其高峰直接影响输电、配电等设备的建设。但由 于高峰时段维持时间较短，因此导致常规状态下的用电设备利用率较低。为避免电网负荷 高峰期短、设备浪费的缺点，大规模的储能电池以其优良的特点，获得了更广阔的应用空 间。它的储能性能，保证了其在负荷高峰期的电能释放及负荷低谷期的电能存储能力，减小 了负荷波动，增强了系统的调节能力。它可以改变规划建设现状，减少建设资源的投入，增 加电网资源利用率，提高系统的整体效率。
[0004] 有关移峰填谷控制策略的研究已经有了大致成熟的体系，对于如何运用储能装置 来进行移峰填谷已经有相当多的研究，本专利将重点放在储能的定容以及配置带来的经济 效益分析上，运用改进的优化算法，得到有限条件下可靠的配置方案。
[0005] 本发明主要针对经济性最优目标，对峰谷差大的负荷进行移峰填谷，通过对满足 条件的配置方案进行寻优，从而得到合理的容量配置方案。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种移峰填谷的储能系统的容量配置方法，其特征在于，所 述容量配置方法包括出力设置、容量计算、成本计算、约束条件设置和算法编写；
[0007] 所述出力设置主要涉及可再生发电装置，设定风机和光伏发电的典型一日发电功 率曲线，光伏考虑偏差效率、线路损耗、灰尘影响等因素，风机考虑实际利用率、空气密度、 尾流影响、场网损失、天气影响等因素；
[0008] 所述容量计算和成本计算，主要涉及对储能容量的计算方法和各部分装置的成本 计算模型，容量计算以每日充放电平衡为前提，累积计算各采样区间的充放电量，并且考虑 电池充放电区间对电池寿命的影响，成本计算考虑每部分的建造成本、运维成本、基本电费 和替换成本；
[0009] 所述约束条件设置，主要涉及对包含风光的储能系统配置的优化目标及约束条件 进行设置；储能系统配置的优化目标从收益优化考虑，其中包括各部分装置的建造成本、运 维成本、政府补贴、设备基本电费和电价差带来的收益；对于约束条件的设定，主要考虑储 能电池充放电的剩余电量的约束、储能系统的充放电平衡约束和变流器的损耗约束；
[0010] 所述算法编写主要涉及改进的生物地理学优化算法（需要设定各项参数，并且将 突变操作替换为粒子群算法的快速迭代方式）和移峰填谷期间的充放电统计；充放电统计 则是通过设定的自变量，将累加的充放电量表达为带自变量的式子，充放电由正负号表示， 绝对值误差在一定范围内，即认为充放电达到平衡状态。
[0011] 所述出力设置主要涉及可再生发电装置包括：
[0012] 1)关光伏出力设置，光伏的出力大小受地理位置的影响，太阳辐射强度、温度等参 数都会不一样，同时，出力大小和用电设备所需电量也息息相关，根据用电量的大小需要随 时调整投入使用的光伏池板面积大小，因此，在任意时刻的理论出力大小如式（1)所示： [0013] Ppv (t) = n PV X Wpv X Spv (1)
[0014] 式中，nPV--光伏电池板的转换效率；
[0015] Wpv--平均太阳福射总量；
[0016] Spv--光伏电池板的投入使用面积；
[0017] 2)风机出力设置，风电机组发出的功率由现场机组条件、风机数量、实时的风速及 风力发电机组的总成本来共同决定；
[0018] 所述成本计算，各部分装置成本设置如下：
[0019] 1)光伏装置
[0020] 光伏（PV)机组的总成本由建造成本和运维成本两部分组成，由式（3)表示：
[0021] Cpv= B pVPPV+0MpVPpV (3)
[0022] 其中，Cpv 光伏机组成本；
[0023] Bpv--光伏机组单位功率下的建造价格；
[0024] OMpv--光伏机组单位功率下的运维价格；
[0025] Ppv--所使用的光伏机组额定功率；
[0026] 2)风机装置
[0027] 风力发电机组的总成本由建造成本和运维成本两部分组成，由式（4)表示：
[0028] Cwind= B windPwind+0MwindPwind (4)
[0029] 其中，Cwind 风电机组成本；
[0030] Bwind一一风电机组单位功率下的建造价格；
[0031 ] OMwind--风电机组单位功率下的运维价格；
[0032] Pwind--所使用的风电机组额定功率。
[0033] 3)储能电池装置
[0034] 考虑到储能系统的寿命限制，必须进行装置的替换，根据不同的储能规模选取成 本价，则电池储能系统的成本如式（5)所示：
[0035]
(5)
[0036] 其中，Ces 储能电池（ES)系统成本；
[0037] Lpv 光伏机组的寿命；
[0038] Les 储能电池的寿命；
[0039] Bes--储能电池单位容量下的建造价格；
[0040] R一一所配储能电池的容量；
[0041] Bstorage--储能电池的能量存储价格；
[0042] Bconverslon--储能电池的能量转换价格；
[0043] Bealance--储能电池的能量均衡价格；
[0044] 4)储能系统配置的优化目标包括机组成本、运营维护费用、政府补贴、设备基本 电费和电价差带来的收益的计算：总收益=分段电价的收益+政府补贴-原始机组的成 本-运营维护成本-基本电费，基本电费（变压器容量费用）=最大需量*38元/kW，最大 需量是指用电最高峰时的用电功率，即装置全部开工时的功率，则总收益如式（6)所示。
[0045] C = max(Cs+Cz-CPV-Cwind-C ES-CB) (6)
[0046] Cb= 38(PPV+Pwind) (7)
[0047] Cz= kR (8)
[0048] 其中，Cb--设备基本电费，如式（7)所示；
[0049] Cs--电价差带来收益；
[0050] Cz--政府补贴费用，如式（8)所示；
[0051] k--单位容量政府补贴费用；
[0052] R一一所配储能电池的容量。
[0053] 所述对于约束条件的设定，主要考虑储能电池充放电的剩余电量的约束、储能系 统的充放电平衡约束和变流器的损耗约束；其中，
[0054] (1)电池充放电约束，储能电池充放电需要考虑其充放电效率和剩余电量的状况， 否则对电池寿命损耗有较大影响，剩余电量约束如式（9)所示。
[0055] 0· IR 彡 SOC(t)彡 0· 9R (9)
[0056] (2)变流器损耗约束，在计算中考虑储能变流器的转换效率，每段时间负载率不 同，转换效率也在变化；通过，经过4次拟合的误差率小于5 %，对应储能变流器厂商的转换 效率离散点数据拟合转换效率曲线的多项式函数如式（10)所示：
[0057]
[0058] 其中，X--负载率；
[0059] y--转换效率；
[0060] SOC(t)--t时刻储能剩余电量。
[0061] (3)储能电池寿命约束，根据储能锂电池厂商提供数据显示，在正确使用储能电池 的情况下，单体电池的循环次数为4500次，假设储能装置每天完全充放电一次，则其寿命 为12. 3年，而当多组电池共同形成系统时，整个系统的寿命也会受到影响，降为单体电池 的60%，因此，多组电池形成的储能电池系统寿命记为7. 4年，所以在计算设备成本和运营 维护费用时，要考虑设备更替费用；
[0062] 本发明的有益效果是使用储能电池调节峰谷差大的负荷，考虑储能电池约束、充 放电平衡约束、变流器效率和电价差带来的收益，对包含风光设备的微网系统进行整体经 济性配置，得到收益最佳的储能容量配置方案。
【附图说明】
[0063] 图1为青海典型日光照辐射强度柱状图；
[0064] 图2为典型日风机出力柱状图；
[0065] 图3为改进后的生物地理学优化算法流程图；
[0066] 图4为算例中储能电池充放电曲线图；
[0067] 图5为移峰填谷前后负荷变化和峰谷时段对比曲线图；
[0068] 图6是部分数据收益曲线图；
[0069] 图7为峰谷差率变化曲线图；
【具体实施方式】
[0070] 本发明提出一种移峰填谷的储能系统的容量配置方法，主要用来解决微网系统中 实现移峰填谷的储能容量配置问题，利用储能系统降低负荷的峰谷差，减少线路损耗，提高 资源利用率，采用实际电网负荷数据进行验证，得到储能系统充放电功率曲线，最终计算出 收益最大状况下储能的容量大小。下面结合附图予以说