本發(fā)明涉及智能配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是涉及儲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)劃中投建儲能站前，對儲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，儲能站(電池儲能系統(tǒng))具有削峰填谷、安裝地點(diǎn)靈活的特點(diǎn)。對于電網(wǎng)運(yùn)營商，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；對于用戶，會有更低的峰谷電價差。因為以上優(yōu)點(diǎn)，儲能站在電網(wǎng)中的推廣工作逐步展開。在國外，2011年美國BE公司建成首座儲能站投運(yùn)后，已有更多的大規(guī)模儲能站投入運(yùn)行；在國內(nèi)，南方電網(wǎng)開展的MW級電池儲能系統(tǒng)示范項目，建成了深圳寶清儲能站，而且在各地市供電公司中，各類基于載重汽車的移動式儲能站早已應(yīng)用于重要負(fù)荷的供電保障工作中。

現(xiàn)有的研究，針對儲能站相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)方法主要集中于儲能站的能量管理、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，都是在儲能站投建前需要考慮的問題。本發(fā)明所提方法能夠通過儲能站待建區(qū)域的負(fù)荷水平確定儲能站的建設(shè)容量，并通過計算其充放電功率，使建設(shè)容量滿足區(qū)域負(fù)荷削峰填谷的需求。

查詢關(guān)于儲能容量配置的類似發(fā)明和已有技術(shù)手段：

已有發(fā)明《一種微網(wǎng)儲能容量優(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)和容量優(yōu)化規(guī)劃方法》，主要通過建立多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，實現(xiàn)微網(wǎng)中儲能系統(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)明對象不同，本發(fā)明容量及功率的配置對象為儲能站而不是小型的儲能系統(tǒng)，為適應(yīng)大規(guī)模配電網(wǎng)，儲能站的容量和建造規(guī)模要遠(yuǎn)大于微網(wǎng)中的小型儲能系統(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)電的儲能配置方法及系統(tǒng)》主要通過可再生能源發(fā)電是否能滿足電網(wǎng)調(diào)頻需要來進(jìn)行儲能系統(tǒng)的配置，用以滿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)中配置儲能站，且滿足配網(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)度的儲能平抑波動功率的容量規(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，考慮的時間跨度以小時為單位，區(qū)別于其微秒級并網(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，對于儲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，而對于在大規(guī)模配網(wǎng)中，儲能站運(yùn)行前投建的定容工作尚屬空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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、通過電力運(yùn)行部門取得儲能站待建區(qū)域的24小時典型負(fù)荷特性曲線；

b、確定儲能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，S_charge＝1表示儲能站處于充電狀態(tài)，S_charge＝0表示儲能站處于浮充狀態(tài)，S_charge＝-1表示儲能站處于放電狀態(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分別指儲能站的最大和最小荷電狀態(tài)；

c、確定待建儲能站的容量E_max，計算方法如下：

其中：

式中，α_ESS為儲能站的容量裕度系數(shù)，和分別為儲能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲能站單日運(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)時間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時間；

d、確定待建儲能站的充電功率P_charge和放電功率P_discharge。計算方法如下：

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

e、經(jīng)過以上步驟計算，可以得到該配網(wǎng)區(qū)域內(nèi)投建儲能站容量為E_max，充電功率為P_charge，放電功率為P_discharge時，容量能滿足該區(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)了儲能站前期投建無規(guī)劃計算方法的空白，計算方法簡單，能準(zhǔn)確計算出儲能站投建前，待建區(qū)域設(shè)置儲能站的合理容量，避免了人為干預(yù)的主觀因素，增加了儲能站配置的合理性，節(jié)約了投資資金，避免了資源浪費(fèi)，對儲能站的規(guī)劃定容具有指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1儲能站待建配網(wǎng)區(qū)域的典型負(fù)荷特性曲線。

圖2儲能站配置前后區(qū)域負(fù)荷特性的變化。

具體實施例

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例一

一種適應(yīng)削峰填谷的儲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、通過電力運(yùn)行部門取得儲能站待建區(qū)域的24小時典型負(fù)荷特性曲線；

b、確定儲能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，S_charge＝1表示儲能站處于充電狀態(tài)，S_charge＝0表示儲能站處于浮充狀態(tài)，S_charge＝-1表示儲能站處于放電狀態(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分別指儲能站的最大和最小荷電狀態(tài)；

c、確定待建儲能站的容量E_max，計算方法如下：

其中：

式中，α_ESS為儲能站的容量裕度系數(shù)，和分別為儲能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲能站單日運(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)時間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時間；

d、確定待建儲能站的充電功率P_charge和放電功率P_discharge。計算方法如下：

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

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

實施例二

一種適應(yīng)削峰填谷的儲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：獲取儲能站待建區(qū)域的負(fù)荷特性數(shù)據(jù)。通過當(dāng)?shù)仉娏Σ块T，取得24點(diǎn)制的典型負(fù)荷特性曲線如圖1所示。

步驟二：確定待建儲能站的充放電狀態(tài)。根據(jù)步驟一區(qū)域的24小時負(fù)荷特性，以小時為單位，計算24小時的負(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)到儲能站削峰填谷的目的，定義儲能站的充放電時刻為：當(dāng)負(fù)荷水平高于負(fù)荷平均功率時，儲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，儲能站作為負(fù)荷在配網(wǎng)中充電。這樣可以得到儲能站在24小時中各個時刻的充放電狀態(tài)。數(shù)學(xué)描述如下：定義儲能站的充放電狀態(tài)量為S_charge，1表示儲能站處于充電狀態(tài)，0表示儲能站處于浮充狀態(tài)，-1表示儲能站處于放電狀態(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分別指儲能站的最大和最小荷電狀態(tài)，這兩項參數(shù)一般由生產(chǎn)廠家進(jìn)行標(biāo)定，以鈉硫電池為例，最大和最小荷電狀態(tài)廠家標(biāo)定為0.9和0.2。

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

步驟三：確定待建儲能站的容量。根據(jù)步驟二確定的儲能站在各個時刻的充放電狀態(tài)，即09:30-23:00為放電狀態(tài)，其余時刻均為充電狀態(tài)。分別對充電時刻的負(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，儲能站容量要有一定的裕度，用以滿足電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、以及負(fù)荷未來增長隨機(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，本次實施例在計算中取1.5。

首先計算儲能站單日運(yùn)行的最大充放電容量。計算公式如下：

式中，T_charge和T_discharge分別為充電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時間和放電狀態(tài)的單日最大持續(xù)時間。因為充放電時間在步驟二已知，這里容易得到T_charge＝13.5小時，T_discharge＝10.5小時。經(jīng)過積分計算后，

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

式中，α_ESS為儲能站的容量裕度系數(shù)，即1.5，和分別為儲能站單日運(yùn)行最大充電容量和儲能站單日運(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得到最終的儲能站容量E_max＝473.30kW·h。

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

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。

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

下面是對該配置方案削峰填谷效果的驗證：圖2中虛線為步驟一中獲取的未接入儲能站的區(qū)域負(fù)荷特性，粗實線為按本發(fā)明方法配置接入儲能站后的負(fù)荷特性，明顯可以看出，配置儲能站后，按本發(fā)明內(nèi)容配置接入儲能站后負(fù)荷峰值及持續(xù)時間明顯降低，說明了在本發(fā)明下儲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施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。