本發(fā)明涉及混合儲能系統(tǒng)優(yōu)化運行，尤其涉及一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著近年來“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)的提出，新型電力系統(tǒng)中以風(fēng)力、光伏等新能源發(fā)電為主的可再生能源裝機(jī)容量日益增長。然而風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電具有間歇性、波動性等特征，直接并網(wǎng)可能會對新型電力系統(tǒng)造成沖擊，因此需要新型電力系統(tǒng)需要配備儲能設(shè)備減小新能源發(fā)電對于電網(wǎng)的影響。

2、混合儲能系統(tǒng)是解決問題的關(guān)鍵手段，其可以平抑新能源發(fā)電功率，提升風(fēng)光基地消納可再生能源和降碳減排的能力，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時混合儲能系統(tǒng)可以結(jié)合不同儲能設(shè)備的特點適應(yīng)不同的儲能場景，降低儲能成本優(yōu)化系統(tǒng)運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)對新型電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響的問題，基于風(fēng)光基地的可再生能源出力情況，構(gòu)建考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)模型，并利用karush-kuhn-tucher(kkt)條件轉(zhuǎn)換，而提出的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，包括以下具體步驟：

4、s1：構(gòu)建考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：

5、鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。

6、s1a：鋰離子電池在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，放電時則相反，其反應(yīng)式如下所示：

7、

8、s1b：由于啟動快等特性，鋰離子電池主要負(fù)責(zé)針對可再生能源發(fā)電的波動性和不確定性進(jìn)行快速響應(yīng)，短時內(nèi)平衡系統(tǒng)內(nèi)電功率并釋放儲備的電能，其轉(zhuǎn)換模型如下所示：

9、

10、液流電池通過電解液中活性物質(zhì)在電極上發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，全釩液流電池是一種以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲在不同價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。

11、全釩液流電池利用釩元素作為電解液原料，使得電解液在長期運行過程中可再生，避免了交叉污染帶來的電池容量難以恢復(fù)的問題，同時全釩液流電池正負(fù)極氧化還原電對的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)良好，在無外加催化劑的情況下即可達(dá)到較高的功率密度；且該電池在運行過程中無明顯析氫、析氧副反應(yīng)，具有優(yōu)良的可靠性。

12、s1c：全釩液流電池的正負(fù)極反應(yīng)如下所示：

13、充電時正極：

14、充電時負(fù)極：vo3++e-→v2+

15、放電時正極：v2+→vo3++e-；

16、s1d：液流電池的數(shù)學(xué)建模與鋰離子電池相似，如下所示：

17、

18、s2：建立混合儲能系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型：

19、s2a：hes的目標(biāo)是收益最大化即收入和成本的差最大，其具體的目標(biāo)函數(shù)如下所示：

20、fhes＝max(ihes-ches)

21、

22、s2b：在儲能系統(tǒng)運行時，儲能設(shè)備不能同時進(jìn)行充能和放能，且不能超過其額定容量，即

23、

24、s2c：下層的目標(biāo)是風(fēng)光基地棄風(fēng)棄光懲罰最小，即

25、

26、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述s1b中，式中，分別為鋰離子電池t和t-1時段所存儲的電能，為t時段鋰離子電池的充能(放能)功率，αli,btin、αli,btout分別為鋰離子電池充能效率和放能效率。

27、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述s1d中，式中，分別為全釩液流電池t和t-1時段所存儲的電能，為t時段全釩液流電池的充能(放能)功率，αlf,btin、αlf,btout分別為全釩液流電池充能效率和放能效率。

28、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述s2a中，式中，fhes為hes的收益、ihes為hes的收入、ches為hes的儲能成本、為系統(tǒng)調(diào)度hes的儲能功率、δli為鋰離子電池儲能的成本系數(shù)、δlf為液流電池儲能的成本系數(shù)。

29、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述s2b中，式中，分別為電儲能充能功率和放能功率，δbt,char、δbt,dischar為電化學(xué)電池的充、放能標(biāo)志位，為布爾變量。

30、作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述s2c中，式中ches,loss為風(fēng)光基地的棄風(fēng)棄光懲罰成本，ploss為風(fēng)光基地棄風(fēng)棄光總功率，δloss為棄風(fēng)棄光懲罰系數(shù)。

31、本發(fā)明的有益效果為：

32、1、本發(fā)明提出的方法使得混合儲能系統(tǒng)的收益比未配置儲能的方案高出5.47％，儲能成本降低12.31％，風(fēng)光基地棄風(fēng)棄光懲罰下降23.38％。

33、2、本發(fā)明提出的方法不僅可以平抑新能源發(fā)電的波動性，提升風(fēng)光基地消納可再生能源和降碳減排的能力，同時還可以結(jié)合不同儲能設(shè)備的特點適應(yīng)不同的儲能場景，降低儲能成本并優(yōu)化系統(tǒng)的運行，提高運營商經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)特征：

1.一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，所述s1b中，式中，分別為鋰離子電池t和t-1時段所存儲的電能，為t時段鋰離子電池的充能(放能)功率，αli,btin、αli,btout分別為鋰離子電池充能效率和放能效率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，所述s1d中，式中，分別為全釩液流電池t和t-1時段所存儲的電能，為t時段全釩液流電池的充能(放能)功率，αlf,btin、αlf,btout分別為全釩液流電池充能效率和放能效率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，所述s2a中，式中，fhes為hes的收益、ihes為hes的收入、ches為hes的儲能成本、為系統(tǒng)調(diào)度hes的儲能功率、δli為鋰離子電池儲能的成本系數(shù)、δlf為液流電池儲能的成本系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，所述s2b中，式中，分別為電儲能充能功率和放能功率，δbt,char、δbt,dischar為電化學(xué)電池的充、放能標(biāo)志位，為布爾變量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，其特征在于，所述s2c中，式中ches,loss為風(fēng)光基地的棄風(fēng)棄光懲罰成本，ploss為風(fēng)光基地棄風(fēng)棄光總功率，δloss為棄風(fēng)棄光懲罰系數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及混合儲能系統(tǒng)優(yōu)化運行技術(shù)領(lǐng)域，為了解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)對新型電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響的問題，具體公開了一種考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)運行優(yōu)化方法，包括以下具體步驟：S1：構(gòu)建考慮鋰離子和液流電池的混合儲能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；S2：建立混合儲能系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型。本發(fā)明使得混合儲能系統(tǒng)的收益比未配置儲能的方案高出5.47％，儲能成本降低12.31％，風(fēng)光基地棄風(fēng)棄光懲罰下降23.38％；不僅可以平抑新能源發(fā)電的波動性，提升風(fēng)光基地消納可再生能源和降碳減排的能力，同時還可以結(jié)合不同儲能設(shè)備的特點適應(yīng)不同的儲能場景，降低儲能成本并優(yōu)化系統(tǒng)的運行，提高運營商經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：王濤,梁振飛,李艷紅,曾瑞東,高瑞茂,高韋秦,吳宏元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國華電集團(tuán)有限公司青海分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10