一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法，其特點是，該方法通過建立的儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的評價指標，采用層次分析法選取儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)KP，綜合考慮儲能系統(tǒng)方、電網(wǎng)方等利益因素，研究建立不同類型儲能電站參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)定價機制，提高既有電網(wǎng)的風電接納能力及系統(tǒng)運行安全性。具有方法科學，適用性強，效果佳等優(yōu)點。
【專利說明】
一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，是一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求 效用評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當今世界能源消耗日益增加，環(huán)境污染問題愈發(fā)突出，制約著世界經(jīng)濟與社會可 持續(xù)發(fā)展。風能作為當前最具發(fā)展?jié)摿Φ姆撬芸稍偕茉?，對比傳統(tǒng)的化石類能源，具有 安全、可靠、無污染的良好特性，并且逐步發(fā)展為一種新興主導(dǎo)能源。2015年，我國以148GW 的累計裝機容量蟬聯(lián)世界第一，全國新增風電并網(wǎng)容量32.97GW，累計并網(wǎng)容量146.26GW。 按照我國《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》規(guī)劃目標，預(yù)計到2020年風電裝機容量 將達到200GW。針對大規(guī)模風電接入帶來的電力系統(tǒng)調(diào)頻問題，傳統(tǒng)調(diào)頻機組由于比例的逐 步下降以及調(diào)頻性能的局限和不足，難以應(yīng)對未來電力系統(tǒng)調(diào)頻需要。
[0003] 火電機組在調(diào)頻方面存在固有不足：響應(yīng)慢，不能精確跟蹤自動發(fā)電控制 (automatic generation control，AGC)指令，有時甚至會造成對區(qū)域控制誤差的反方向調(diào) 節(jié)。隨著新能源發(fā)電接入的比例逐漸增大，并考慮到其間歇性、波動性等特性，電網(wǎng)調(diào)頻容 量不足的問題逐漸凸顯。電池儲能系統(tǒng)(battery energy storage system，BESS)由于調(diào)頻 效果好，少量的儲能將有效提升以火電為主的電力系統(tǒng)的整體調(diào)頻能力。然而，由于儲能系 統(tǒng)投資成本高，極大限制儲能系統(tǒng)的配置容量，合理的儲能容量配置對于滿足電網(wǎng)調(diào)頻要 求至關(guān)重要。因此，提供一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法具有 很大的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，從高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻問題出發(fā)，提出了應(yīng)對 電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的儲能系統(tǒng)經(jīng)濟效益評估方法。該方法綜合考慮了儲能系統(tǒng)方、電網(wǎng)方 等利益，建立不同類型儲能電站參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)定價機制，促進儲能在提高電 網(wǎng)調(diào)頻能力中的應(yīng)用。
[0005] 解決其技術(shù)的方案是，一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方 法，其特征是，采用層次分析方法，求取最適的儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)KP，考慮儲能方 與電網(wǎng)方等利益，建立了儲能系統(tǒng)輔助調(diào)頻定價機制，它包括以下步驟：
[0006] 1)儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)ΚΡ的選取
[0007] 儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)ΚΡ的選取采用層次分析法結(jié)構(gòu)模型，層次分析法結(jié)構(gòu) 模型一般分為三層，最上層為目標層，最下層為方案層，中間是準則層或指標層，選擇最優(yōu) Κρ為最上層目標層，頻率改善效果、儲能系統(tǒng)配置容量、最大充放電功率、以及儲能系統(tǒng)動 作時間為中間層準則層，可供選擇的Κρ為最下層方案層；
[0008] 設(shè)某層有η個因素，要比較對上一層某一準則或目標的影響程度，確定在該層中相 對于某一準則所占的比重，即把η個因素對上層某一目標的影響程度排序，上述比較是兩兩 因素之間進行的比較，比較時取1~9尺度，用表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié) 果，則矩陣A稱為成對比較矩陣；
[0010] 在成對比較矩陣A中，若aidakjiaij，則A稱為一致陣，若成對比較矩陣是一致陣， 則取對應(yīng)于最大特征根η的歸一化特征向量{wi，W2,…wn}，
表示下層第i個因素 對上層某因素影響程度的權(quán)值；
[0011]若成對比較矩陣不是一致陣，用其最大特征根λ對應(yīng)的歸一化特征向量作為權(quán)向 量W，則Aw = ，W = {W1，W2，…Wn}，用最大特征值對應(yīng)的特征向量作為被比較因素對上層某 因素影響程度的權(quán)向量，其不一致程度越大，引起的判斷誤差越大，因而用λ-η數(shù)值的大小 來衡量Α的不一致程度，定義一致性指標CI來衡量其不一致程度：
[0013]其中η為A的對角線元素之和，也為A的特征根之和，λ為A的最大特征根；
[0014] 隨機構(gòu)造500個成對比較矩陣六!，A2，…A5QQ，則得一致性指標CI!，CIr"CI 5Q()，定義 隨機一致性指標RI:
[0016] -般，
認為A的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，用其歸 一化特征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造成對比較矩陣，對A加以調(diào)整；
[0017] 確定某層所有因素對于總目標相對重要性的排序權(quán)值過程，稱為層次總排序，從 最高層到最底層逐層進行排序，A層m個因素 Ai，A2，…Am，對總目標Z的排序為ai，a2，…a m，B層 η個因素對上層A中因素為Aj的層次單排序為匕j，b2j，…，bnj(j = 1，2，…，m);
[0018] B層的層次總排序為第i個因素對總目標的權(quán)值
，設(shè)8層出，82，-1對上層，即 A層中因素 Aj (j = 1，2，…，m)的層次單排序一致性指標為CI j，隨機一致性指標RIj，則層次總 排序的一致性比率：
[0020]當CR〈0.1時，認為層次總排序通過一致性檢驗，到此，根據(jù)最下層的層次總排序做 出最后決策；
[0021 ] 2)考慮電力系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)整體利益的數(shù)學模型
[0022]利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求會給儲能系統(tǒng)帶來兩方面的電量效益，一方 面儲能系統(tǒng)本身通過存儲應(yīng)對調(diào)頻需求過程中因等效負荷波動引起頻率越限威脅電網(wǎng)安 全運行極限部分帶來的儲能效益，另一方面儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)提高了電 力系統(tǒng)安全運行，應(yīng)該得到一定的輔助調(diào)頻服務(wù)收益；
[0023]儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的充電電量Eess計算如下：
[0025]式中ETime(i)為第i時刻的儲能系統(tǒng)充電能量值，η為儲能系統(tǒng)的充電時間段；
[0026] 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的輔助補償電量Ebc與調(diào)節(jié)深度D及調(diào)節(jié)性能指標 Kpd有關(guān)，計算如下：
[0027] EBc = DXKpd (6)
[0028] 其中D指調(diào)節(jié)深度，定義為一定時段調(diào)節(jié)量的總和，即：
[0030] 其中Dj為儲能系統(tǒng)第j次的調(diào)節(jié)深度，d為該時段調(diào)節(jié)次數(shù)；
[0031] KPd為調(diào)節(jié)性能指標，定義為儲能系統(tǒng)對應(yīng)時段內(nèi)的調(diào)節(jié)性能指標，即：
[0033]其中Ku為儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率標幺值，一般取l，Ku衡量的是該儲能系統(tǒng)實際調(diào) 節(jié)速率與其應(yīng)該達到的標準速率相比達到的程度;K2l為儲能系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定以后的調(diào)節(jié)精 度，是實際出力和設(shè)定出力之間的差值與設(shè)定值的標幺值，一般取〇.l，K 2l衡量的是儲能系 統(tǒng)實際調(diào)節(jié)偏差量與其允許達到的偏差量相比達到的程度;K3l為電能管理系統(tǒng)(Energy Management System，EMS)發(fā)出指令之后儲能系統(tǒng)的響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間的標幺值，一 般取0.95，K3i衡量的是該儲能系統(tǒng)實際響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間相比達到的程度；
[0034]利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的電量效益P (E)為：
[0035] P (E) = CeEess+CbEbc (9)
[0036] 式中CE為儲能電量入網(wǎng)電價，元/MW.h，CB為儲能參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助補償費用， 元/MW.h;
[0037] 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的環(huán)境效益具體表現(xiàn)為:儲能系統(tǒng)本身存儲 風電電量帶來的減排效益J(E):
[0038] J(E)=CfXEEss (10)
[0039] 式中，Cf為火電機組生產(chǎn)單位電能排放廢氣的處理成本；
[0040] 綜合考慮電力系統(tǒng)安全運行及儲能系統(tǒng)的電量效益、環(huán)境效益、儲能系統(tǒng)自身投 資以及儲能系統(tǒng)的運行維護費用，則儲能系統(tǒng)的收益按下式計算：
[0041 ] S(E)=P(E)+J(E)-ECr-PCg-EM (11)
[0042] 式中，S為儲能系統(tǒng)的收益，元;E為儲能系統(tǒng)的容量配置，麗· h;P為儲能系統(tǒng)的調(diào) 頻期間最大充放電功率，麗;CR為儲能系統(tǒng)的容量價格，元/麗· h; CG為儲能系統(tǒng)的功率價 格，元為儲能系統(tǒng)運行維護費用，元/MW · h/次。
[0043] 本發(fā)明的一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法，通過建立 的儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的評價指標，采用層次分析法選取儲能系 統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)Kp，綜合考慮儲能系統(tǒng)方、電網(wǎng)方等利益因素，研究建立不同類型儲能 電站參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)定價機制，提高既有電網(wǎng)的風電接納能力及系統(tǒng)運行安全 性，具有方法科學，適用性強，效果佳等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0044]圖1層次分析法結(jié)構(gòu)模型；
[0045]圖2最尚層到最底層逐層排序不意圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面利用附圖和實施例對本發(fā)明的一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需 求效用評估方法作進一步說明。
[0047] 本發(fā)明的一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法，包括以下 步驟：
[0048 ] 1)儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)Kp的選取
[0049] 采用層次分析法結(jié)構(gòu)模型，所述的層次分析法結(jié)構(gòu)模型為三層，最上層為目標層， 最下層為方案層，中間是準則層或指標層，選擇最優(yōu)Kp為最上層目標層，頻率改善效果、儲 能系統(tǒng)配置容量、最大充放電功率、以及儲能系統(tǒng)動作時間為中間層準則層，可供選擇的Kp 為最下層方案層，如圖1所示。
[0050] 設(shè)某層有η個因素，要比較對上一層某一準則或目標的影響程度，確定在該層中相 對于某一準則所占的比重，即把η個因素對上層某一目標的影響程度排序，上述比較是兩兩 因素之間進行的比較，比較時取1~9尺度，用表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié) 果，則矩陣A稱為成對比較矩陣，比較尺度1~9尺度含義如表1所示；
[0051 ]表1比較尺度說明
[0054] 在成對比較矩陣A中，若aik*akj = aij，則A稱為一致陣，若成對比較矩陣是一致陣， 則取對應(yīng)于最大特征根η的歸一化特征向量{wi，W2,…wn}，
，_wi表示下層第i個因素 對上層某因素影響程度的權(quán)值；
[0055]若成對比較矩陣不是一致陣，用其最大特征根λ對應(yīng)的歸一化特征向量作為權(quán)向 量W，則Aw = ，W = {W1，W2，…Wn}，用最大特征值對應(yīng)的特征向量作為被比較因素對上層某 因素影響程度的權(quán)向量，其不一致程度越大，引起的判斷誤差越大，因而用λ-η數(shù)值的大小 來衡量Α的不一致程度，定義一致性指標如(2)式：
[0057]其中η為A的對角線元素之和，也為A的特征根之和，λ為A的最大特征根；
[0058] 隨機構(gòu)造500個成對比較矩陣六!，A2，…A.，則得一致性指標Cl!，CIr"CI5QQ，定義 隨機一致性指標RI如(3)式：
[0060]隨機一致性指標RI的數(shù)值如表2所示。
[0061 ]表2隨機一致性指標數(shù)值
[0063]
，認為A的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，用其歸一化特 征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造成對比較矩陣，對A加以調(diào)整；
[0064] 確定某層所有因素對于總目標相對重要性的排序權(quán)值過程，稱為層次總排序，從 最高層到最底層逐層進行排序，A層m個因素 Ai，A2，…Am，對總目標Z的排序為ai，a2，…a m，B層 η個因素對上層A中因素為Aj的層次單排序為1^，132」，…，bnj(j = l，2,…，m);最高層到最底 層逐層排序示意圖如圖2所示。
[0065] B層的層次總排序為第i個因素對總目標的權(quán)值 ，設(shè)8層出，82，-1對上層，即 A層中因素 Aj (j = 1，2，…，m)的層次單排序一致性指標為Cl j，隨機一致性指標RIj，則層次總 排序的一致性比率如(4)式：
[0067]當CR〈0.1時，認為層次總排序通過一致性檢驗，到此，根據(jù)最下層，即決策層的層 次總排序做出最后決策；
[0068] 2)考慮電力系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)整體利益的數(shù)學模型
[0069] 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求會給儲能系統(tǒng)帶來兩方面的電量效益，一方 面儲能系統(tǒng)本身通過存儲應(yīng)對調(diào)頻需求過程中因等效負荷波動引起頻率越限威脅電網(wǎng)安 全運行極限部分帶來的儲能效益，另一方面儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)提高了電 力系統(tǒng)安全運行，應(yīng)該得到一定的輔助調(diào)頻服務(wù)收益；
[0070] 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的充電電量Eess計算如(5)式：
[0072] 式中ETime(i)為第i時刻的儲能系統(tǒng)充電能量值，η為儲能系統(tǒng)的充電時間段；
[0073] 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的輔助補償電量Ebc與調(diào)節(jié)深度D及調(diào)節(jié)性能指標 KPd有關(guān)，計算如(6)式_(8)式：
[0074] EBc = DXKpd (6)
[0075] 其中D指調(diào)節(jié)深度，定義為一定時段調(diào)節(jié)量的總和，即：
[0077] 其中仏為儲能系統(tǒng)第j次的調(diào)節(jié)深度，d為該時段調(diào)節(jié)次數(shù)；
[0078] KPd為調(diào)節(jié)性能指標，定義為儲能系統(tǒng)對應(yīng)時段內(nèi)的調(diào)節(jié)性能指標，即：
[0080]其中Ku為儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率標幺值，一般取l，Ku衡量的是該儲能系統(tǒng)實際調(diào) 節(jié)速率與其應(yīng)該達到的標準速率相比達到的程度;K2l為儲能系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定以后的調(diào)節(jié)精 度，是實際出力和設(shè)定出力之間的差值與設(shè)定值的標幺值，一般取〇.l，K 2l衡量的是儲能系 統(tǒng)實際調(diào)節(jié)偏差量與其允許達到的偏差量相比達到的程度;K3l為電能管理系統(tǒng)(Energy Management System，EMS)發(fā)出指令之后儲能系統(tǒng)的響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間的標幺值，一 般取0.95，K3i衡量的是該儲能系統(tǒng)實際響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間相比達到的程度；
[0081 ]利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的電量效益P (E)為：
[0082] P (E) = CeEess+CbEbc (9)
[0083] 式中CE為儲能電量入網(wǎng)電價，元/MW · h，CB為儲能參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助補償費 用，元/MW · h;
[0084] 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的環(huán)境效益具體表現(xiàn)為:儲能系統(tǒng)本身存儲 風電電量帶來的減排效益J(E):
[0085] J(E)=CfXEEss (10)
[0086] 式中，Cf為火電機組生產(chǎn)單位電能排放廢氣的處理成本；
[0087] 綜合考慮電力系統(tǒng)安全運行及儲能系統(tǒng)的電量效益、環(huán)境效益、儲能系統(tǒng)自身投 資以及儲能系統(tǒng)的運行維護費用，則儲能系統(tǒng)的收益按(11)式計算：
[0088] S(E)=P(E)+J(E)-ECr-PCg-EM (11)
[0089] 式中，S為儲能系統(tǒng)的收益，元;E為儲能系統(tǒng)的容量配置，麗· h;P為儲能系統(tǒng)的調(diào) 頻期間最大充放電功率，麗;CR為儲能系統(tǒng)的容量價格，元/麗· h; CG為儲能系統(tǒng)的功率價 格，元為儲能系統(tǒng)運行維護費用，元/MW · h/次。
[0090] 本實施例以遼寧電網(wǎng)風電功率波動最值為數(shù)據(jù)，基于2014年東北電網(wǎng)最大運行方 式，進行頻率仿真計算，并利用儲能系統(tǒng)調(diào)頻，選取多組儲能系統(tǒng)調(diào)頻值，利用層次分析法 選取最優(yōu)Kp，以儲能系統(tǒng)經(jīng)濟型評估模型，計算不同類型儲能系統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù) 定價，并與傳統(tǒng)火電機組調(diào)頻進行替代比較。
[0091] 實施例計算條件說明如下：
[0092] 1)儲能系統(tǒng)的上網(wǎng)電價Ce按600元/(MW.h)計算，調(diào)節(jié)性能指標Kpd由公式(8)計算 得出，取14.04;
[0093] 2)儲能系統(tǒng)的環(huán)境效益Cf按230元/(MW.h)計算；
[0094] 3)假設(shè)飛輪儲能、超級電容、鋰電池、全釩液流電池儲能介質(zhì)的功率、容量等級都 能夠滿足調(diào)頻需求，各儲能介質(zhì)的充放電效率、循環(huán)次數(shù)、功率成本、容量成本及運行費用 見表3,美元匯率取6.51。
[0095]表3三種類型儲能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性比較
[0096]
[0097] 在上述計算條件下，應(yīng)用本發(fā)明方法對用儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率電力系統(tǒng)調(diào) 頻需求效用評估的結(jié)果如下：
[0098]儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)ΚΡ的選取
[0099]首先利用層次分析法選擇ΚΡ值，采用層次分析法結(jié)構(gòu)模型，所述的層次分析法結(jié) 構(gòu)模型為三層，最上層為目標層，最下層為方案層，中間是準則層或指標層，選擇最優(yōu)Κρ為 最上層目標層，頻率改善效果、儲能系統(tǒng)配置容量、最大充放電功率、以及儲能系統(tǒng)動作時 間為中間層準則層，可供選擇的Κρ為最下層方案層，如圖1所示。
[0100]確定某層所有因素對于總目標相對重要性的排序權(quán)值過程，稱為層次總排序，從 最高層到最底層逐層進行排序，Α層m個因素 Ai，Α2，…Am，對總目標Ζ的排序為ai，a2，…am，Β層 η個因素對上層A中因素為Aj的層次單排序為1^，2」，…，bnj(j = l，2,…，m);最高層到最底 層逐層排序示意圖如圖2所示。
[0101] 第一步是建立準則層對目標層的成對比較矩陣，并設(shè)為矩陣A。利用儲能系統(tǒng)參與 調(diào)頻，頻率是電能質(zhì)量的重要指標之一，而儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻主要關(guān)注的就是系統(tǒng)頻率的 改善效果。在考慮改善頻率改善效果的同時，儲能系統(tǒng)的容量也十分重要，其與儲能系統(tǒng)的 成本密切相關(guān)。其次，儲能系統(tǒng)的最大動作功率同樣影響著儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性。最后，儲能 系統(tǒng)的動作時間在某種程度上反應(yīng)了儲能系統(tǒng)改善頻率的效果。綜上所述，四種因素的權(quán) 重如表4。
[0102] 表4儲能系統(tǒng)參加調(diào)頻參數(shù)權(quán)重
[0104]由表5可得準則層對目標層的成對比較矩陣A。
[0106] 第二步建立方案層對準則層的成對比較判斷矩陣，并設(shè)為矩陣:頻率改善效果與 準則層的成對比較判斷矩陣為B1;儲能系統(tǒng)容量與準則層的成對比較判斷矩陣為B 2,儲能系 統(tǒng)功率大小與準則層的成對比較判斷矩陣為B3,儲能系統(tǒng)動作時間與準則層的成對比較判 斷矩陣為B4。
[0107] 儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻與無儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻相比，勢必會改善系統(tǒng)頻率的大小，而 儲能系統(tǒng)動作時間為區(qū)域化，在儲能系統(tǒng)動作參與調(diào)頻的過程中，頻率時刻都在變化。
[0108] 表5不同ΚΡ儲能系統(tǒng)充放電功率、動作時間、配置容量關(guān)系
[0110]由表5將儲能系統(tǒng)改變頻率最高點最低點的大小作為儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻效果的一 個評價指標，將儲能系統(tǒng)在頻率最高點和頻率最低點改善的頻率大小的平均值記為〇n(n = 1，2，3，4，5，}分別代表不同參數(shù)時，頻率改善的平均值}，設(shè)卜[含nm......:設(shè)…奢， 得到的矩陣出如下所示。
[0112]取儲能系統(tǒng)動作過程中充電容量和放電容量最大值作為儲能系統(tǒng)的評價指標，其 容量最大值越小越好。由表5將儲能系統(tǒng)動作過程中容量最大值記為Pn(n = 1，2，3，4，5 )，設(shè)
，得到矩陣Β2:
[0114]取儲能系統(tǒng)動作過程中充電功率與放電功率最大值作為儲能系統(tǒng)的評價指標，其 最大工作功率越小越好。由表5將儲能系統(tǒng)動作過程中功率最大值記為Qn(n = 1，2，3，4，5)
，得到矩陣B3:
[0116]儲能系統(tǒng)動作時間也是衡量儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻的一個指標。其動作時間越短越 好。由表5將儲能系統(tǒng)動作時間記為Rn (η = 1，2，3，4，5) 得到矩陣Β4:
[0118]第三步是層次單排序及一致性檢驗。由matlab指令[V，D] =eig(A)，[V，D] = eig (81)，[￥，0]=以8(82)，[￥，0]=以8(83)，[￥，0]=以8(84)分別求解出￥，0矩陣，從而得到： 最大特征值，特征向量，歸一化后的特征向量。即：最大特征值為D矩陣對角線上最大元素。 特征向量為V矩陣的第一列。歸一化的處理方法:設(shè)特征向量X ={XA2……Xn}，則歸一化后
。.通過計算，層次單排序級一致性檢驗表如表6所 示，
[0119] 表6層次單排序級一致性檢驗
[0120]
[0121 ]由表6看到，C. R.均小于0.1，一致性檢驗全部通過。
[0122] 第四步是計算層次總排序權(quán)值和一致性檢驗。Kp = 45的控制策略對總目標的權(quán)值 為：0.6178 Χ0.1578+0.2103X0.2741+0.1226X0.2731+0.0493X0.1984 = 0.1984。
[0123] 同理得Kp = 55，Kp = 65，Kp = 75，Kp = 85的權(quán)值分別為：0.1931，0· 2031，0· 2057， 0.1997〇
[0124] 根據(jù)式(4)計算層次總排序一致性檢驗：
[0125]
[0126] 層次總排序通過一致性檢驗。當KP取75時權(quán)重最大，故選取75為最終控制策略比 例系數(shù)。
[0127] 由表5查得ΚΡ取75時儲能系統(tǒng)對應(yīng)的充電容量為0.1396MW.h，儲能系統(tǒng)的放點容 量為0.1005MW.h，儲能系統(tǒng)動作期間最大充放電功率為17.209MW，結(jié)合各種儲能類型的充 放電效率 n，即可計算出儲能系統(tǒng)的最終受益。
[0128] 表7各類型儲能介質(zhì)經(jīng)濟性比較
[0130] 由表7中不同儲能類型的功率成本、容量成本、運行成本折算為元/MW ·次、元/ MW · h ·次以及元/MW · h ·次可計算出各儲能介質(zhì)充電電量、調(diào)節(jié)深度、輔助補償電量、電 量效益、減排效益以及儲能系統(tǒng)收支平衡時CB取值。
[0131] 其計算的收益如表8所示。
[0132] 表8各類型儲能系統(tǒng)收益
[0134] 由表8可以看出以目前的儲能系統(tǒng)成本計算，要使儲能系統(tǒng)收支平衡，儲能參與電 力系統(tǒng)調(diào)頻輔助補償費用極高。四種儲能類型中，調(diào)頻輔助補償費用最低的是超級電容，儲 能系統(tǒng)收支平衡的補償費用是2842.61元/MW · h。其次是飛輪儲能，儲能系統(tǒng)收支平衡的補 償費用為3939.02元/MW · h，全釩液流電池的儲能系統(tǒng)收支平衡的補償費用為12608.68元/ MW · h，鋰電池的儲能系統(tǒng)收支平衡的補償費用為33228.43元/MW · h。綜上所述，目前使用 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的儲能系統(tǒng)輔助調(diào)頻補償費用仍然較高，如果考慮儲能系 統(tǒng)替代傳統(tǒng)火電機組參與調(diào)頻給予一定經(jīng)濟補償?shù)脑捬a償費用將有所降低。
[0135] 本發(fā)明實施例中的計算條件、圖例、表等僅用于對本發(fā)明作進一步的說明，并非窮 舉，并不構(gòu)成對權(quán)利要求保護范圍的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明實施例獲得的啟示， 不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動就能夠想到其它實質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種儲能系統(tǒng)應(yīng)對高風電滲透率系統(tǒng)調(diào)頻需求效用評估方法，其特征是，它包括W 下步驟： 1)儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)Kp的選取 儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻比例系數(shù)Kp的選取采用層次分析法結(jié)構(gòu)模型，層次分析法結(jié)構(gòu)模型 一般分為Ξ層，最上層為目標層，最下層為方案層，中間是準則層或指標層，選擇最優(yōu)Kp為 最上層目標層，頻率改善效果、儲能系統(tǒng)配置容量、最大充放電功率、W及儲能系統(tǒng)動作時 間為中間層準則層，可供選擇的Kp為最下層方案層； 設(shè)某層有η個因素，要比較對上一層某一準則或目標的影響程度，確定在該層中相對于 某一準則所占的比重，即把η個因素對上層某一目標的影響程度排序，上述比較是兩兩因素 之間進行的比較，比較時取1~9尺度，用au表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果，貝U 矩陣A稱為成對比較矩陣；C1) 在成對比較矩陣A中，若aik*akj = aij，則A稱為一致陣，若成對比較矩陣是一致陣，則取 對應(yīng)于最大特征根η的歸一化特征向量{W1，W2,…Wn}，且Wi表示下層第i個因素對上 層某因素影響程度的權(quán)值； 若成對比較矩陣不是一致陣，用其最大特征根λ對應(yīng)的歸一化特征向量作為權(quán)向量W， 則八巧=人巧，巧={巧1，巧2，-'巧。}，用最大特征值對應(yīng)的特征向量作為被比較因素對上層某因素 影響程度的權(quán)向量，其不一致程度越大，引起的判斷誤差越大，因而用λ-η數(shù)值的大小來衡 量A的不一致程度，定義一致性指標CI來衡量其不一致程度：(2) 其中η為A的對角線元素之和，也為A的特征根之和，λ為A的最大特征根； 隨機構(gòu)造500個成對比較矩陣Ai，A2，…Asoo，則得一致性指標CIi，Cl2-，Cl5〇o，定義隨機一 致性指標RI:(3) 一般，當一致性比率('.^=^':'(>.1時，認為4的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，用其歸一化 特征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造成對比較矩陣，對A加 W調(diào)整； 確定某層所有因素對于總目標相對重要性的排序權(quán)值過程，稱為層次總排序，從最高 層到最底層逐層進行排序，A層m個因素 Ai，A2，…Am，對總目標Z的排序為ai，曰2，…am，B層η個 因素對上層A中因素為Aj的層次單排序為bij，b2j，…，bnj (j = 1，2，…，m); B層的層次總排序為第i個因素對總目標的權(quán)值'設(shè)B層81，82，-'8。對上層，即八層 中因素 Aj(j = 1，2，···，m)的層次單排序一致性指標為CIj，隨機一致性指標RIj，則層次總排 序的一致性比率：(4) 當CR<0.1時，認為層次總排序通過一致性檢驗，到此，根據(jù)最下層的層次總排序做出最 后決策； 2)考慮電力系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)整體利益的數(shù)學模型 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求會給儲能系統(tǒng)帶來兩方面的電量效益，一方面儲 能系統(tǒng)本身通過存儲應(yīng)對調(diào)頻需求過程中因等效負荷波動引起頻率越限威脅電網(wǎng)安全運 行極限部分帶來的儲能效益，另一方面儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)提高了電力系 統(tǒng)安全運行，應(yīng)該得到一定的輔助調(diào)頻服務(wù)收益； 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的充電電量Eess計算如下：(5) 式中ETime(i)為第i時刻的儲能系統(tǒng)充電能量值，η為儲能系統(tǒng)的充電時間段； 儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的輔助補償電量Ebc與調(diào)節(jié)深度D及調(diào)節(jié)性能指標Kpd有 關(guān)，計算如下： Ebc = DXKpc1 (6) 其中D指調(diào)節(jié)深度，定義為一定時段調(diào)節(jié)量的總和，即：(7) 其中化為儲能系統(tǒng)第j次的調(diào)節(jié)深度，d為該時段調(diào)節(jié)次數(shù)； Kpd為調(diào)節(jié)性能指標，定義為儲能系統(tǒng)對應(yīng)時段內(nèi)的調(diào)節(jié)性能指標，即：(8) 其中Κι功儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率標么值，一般取1，Κ?ι衡量的是該儲能系統(tǒng)實際調(diào)節(jié)速率 與其應(yīng)該達到的標準速率相比達到的程度;Κ21為儲能系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定W后的調(diào)節(jié)精度，是實 際出力和設(shè)定出力之間的差值與設(shè)定值的標么值，一般取0.1，拉1衡量的是儲能系統(tǒng)實際調(diào) 節(jié)偏差量與其允許達到的偏差量相比達到的程度;拉1為電能管理系統(tǒng)巧ne巧y Management System，EMS)發(fā)出指令之后儲能系統(tǒng)的響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間的標么值，一般取0.95，K3i 衡量的是該儲能系統(tǒng)實際響應(yīng)時間與標準響應(yīng)時間相比達到的程度； 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的電量效益P(E)為： P(E)=CeEess+CbEbc (9) 式中Ce為儲能電量入網(wǎng)電價，元/MW.h，CB為儲能參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助補償費用，元/ MW.h; 利用儲能系統(tǒng)應(yīng)對電力系統(tǒng)調(diào)頻需求的環(huán)境效益具體表現(xiàn)為:儲能系統(tǒng)本身存儲風電 電量帶來的減排效益J化）： J(E)=CfXEEss (10) 式中，Cf為火電機組生產(chǎn)單位電能排放廢氣的處理成本； 綜合考慮電力系統(tǒng)安全運行及儲能系統(tǒng)的電量效益、環(huán)境效益、儲能系統(tǒng)自身投資W 及儲能系統(tǒng)的運行維護費用，則儲能系統(tǒng)的收益按下式計算： S(E)=P(E)+J 巧）-ECr-PCg-EM (11) 式中，S為儲能系統(tǒng)的收益，元;E為儲能系統(tǒng)的容量配置，MW · h;P為儲能系統(tǒng)的調(diào)頻期 間最大充放電功率，MW; Cr為儲能系統(tǒng)的容量價格，元/MW · h; Cg為儲能系統(tǒng)的功率價格，元/ 麗;Μ為儲能系統(tǒng)運行維護費用，元/MW · h/次。
【文檔編號】G06F19/00GK106096285SQ201610424052
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日 公開號201610424052.0, CN 106096285 A, CN 106096285A, CN 201610424052, CN-A-106096285, CN106096285 A, CN106096285A, CN201610424052, CN201610424052.0
【發(fā)明人】李軍徽, 嚴干貴, 馮凱翔, 王月, 范興凱
【申請人】東北電力大學