(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810071628.9
(22)申请日 2018.01.24
(71)申请人 天津大学
地址 300192 天津市南开区卫津路92号
(72)发明人 赵天宇 王成山 宋关羽
赵金利
(74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人 杜文茹
(51)Int.Cl.
G06Q 10/06(2012.01)
G06Q 50/06(2012.01)
G06K 9/62(2006.01)
(54)发明名称
能选址定容方法
(57)摘要
一种考虑储能系统量化特征的配电网分布
式储能选址定容方法：输入选定的配电系统的结
构及参数；得到用于分布式储能选址定容的典型
场景及各场景全年出现的概率；建立考虑储能系
统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型，
包括目标函数和约束条件；将得到的考虑储能系
统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型
使用混合整数非线性规划数学求解器进行求解；
输出求解结果，包括配电网年综合费用、配电网
年运行费用、折算到每年的储能系统投资费用及
配置储能系统类型、位置和容量方案。本发明建
立考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能
选址定容模型并求解，能够为配电网中分布式储
能系统的选型、选址、定容问题提供一个经济、合
理的配置方案。权利要求书2页 说明书9页 附图14页CN 108470231 A 2018.08.31
C N 108470231
A
1.一种考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据选定的配电系统，分别输入线路参数、负荷水平和网络拓扑连接关系，分布式电源接入位置与容量，不同类型储能系统的量化参数，系统节点电压和支路电流限制，系统基准电压和基准功率初值，其中，所述的不同类型储能系统的量化参数包括单位价格、循环寿命、充放电效率及最大放电深度；
2)采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的负荷需求、风机出力和光伏出力进行聚类分析，得到用于分布式储能选址定容的典型场景及各场景全年出现的概率；
3)建立考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定
配电网年综合费用最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束、储能系统运行约束和储能系统安装位置与容量约束，所述的配电网年综合费用最小为目标函数包括配电网年运行费用和折算到每年的储能系统投资费用；
4)将步骤3)得到的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型使用混合整数非线性规划数学求解器进行求解；
5)输出步骤4)的求解结果，包括配电网年综合费用、配电网年运行费用、折算到每年的储能系统投资费用及配置储能系统类型、位置和容量方案。
2.根据权利要求1所述的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，其特征在于，步骤3)所述的配电网年综合费用最小为目标函数minC表示为：minC＝C OPE+C INV
式中，C OPE为配电网年运行费用，C INV为折算到每年的储能系统投资费用，分别表示为：
式中，ΩS为典型场景的集合，ΩT为每个场景下的时段的集合，Ωtype为储能系统类型的集合，ΩN为配电系统所有节点的集合；Δt为优化计算的时间间隔；λt为t时段的电价；d为贴现率；y为储能系统的使用年限；为第s个场景t时段上级电网向配电网传输的有功功率，规定上级电网向配电网传输功率为正方向；p s为聚类后第s个典型场景全年出现的概率；分别为第m种储能系统的单位功率投资成本和单位能量投资成本；
分别为第m种储能系统中功率单元和能量单元的容量；y i,m、z i,m分别为节点i上安装第m种储能系统中功率单元和能量单元的数量。
3.根据权利要求1所述的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，其特征在于，步骤3)所述的储能系统运行约束表示为：
式中，分别为第s个场景t时刻节点i上第m种储能系统注入的有功功率和无功功率；为第s个场景t时段节点i上第m种储能系统的能量；为第s个场景t时段节点i上第m种储能系统的功率损耗；为第m种储能系统的损耗系数；
分别为第m种储能系统荷电状态的上下限；为第m种储能系统的循环寿命，即最大充放电次数；SOC s,m,t＝0为第s个场景第m种储能系统初始时段的荷电状态，
为第s个场景节点i上第m种储能系统结束时段的储能量；y i,m、z i,m分别为节点i上安装第m种储能系统中功率单元和能量单元的数量；分别为第m种储能系统中功率单元和能量单元的容量；Δt为优化计算的
时间间隔；ΩT为每个场景下的时段的集合；y为储能系统的使用年限。
4.根据权利要求1所述的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，其特征在于，步骤3)所示的储能系统安装位置与容量约束表示为：
式中，S BGT、E BGT分别为储能系统规划总功率与总储能容量；δi∈{0,1}，当δi＝1时表示节点i安装储能系统，当δi＝0时表示节点i不安装储能系统；n ESS为允许装有储能系统节点的最大数量；Ωtype为储能系统类型的集合，ΩN为配电系统所有节点的集合；y i,m、z i,m分别为节点i上安装第m种储能系统中功率单元和能量单元的数量；分别为第m种储能系统中功率单元和能量单元的容量。
考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种配电网分布式储能选址定容方法。特别是涉及一种考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法。
背景技术
[0002]随着分布式电源和新型灵活负荷渗透率的不断提高，传统的单向无源配电网正逐渐演化为有源配电网。大规模分布式电源的接入给配电网带来降低系统损耗、提高供电可靠性、减少环境污染等益处，但同时也给配电网的电压、电能质量、调度运行等带来一系列的影响。
[0003]电力行业市场化改革的推进，营造了自由、公平的电力交易环境，实现了社会资源的合理利用。但是，在电力市场环境下，有源配电网中的用户以实现自身经济利益最大化来进行的电能生产或消费行为，将可能导致配电网潮流分布在时间及空间上的过度集中，从而导致配电网阻塞问题，严重影响系统的安全经济运行。
[0004]储能系统是实现分布式能源高效利用和缓解配电网阻塞的重要手段。储能系统通过其在时间上对能量的转移，能够有效降低由于分布式电源出力间歇性和随机性所带来的影响，优化配电系统的运行状态。储能系统通过在高峰负荷时放电，在低谷负荷时充电，可有效实现负荷的削峰填谷，减少高峰负荷
的用电需求，缓解配电网阻塞。但是，目前储能系统的造价昂贵，因此在满足系统运行需求的基础上，对储能系统的位置和容量进行合理的规划设计具有很重要的意义。
[0005]目前，已有的储能系统选址定容方法往往没有考虑储能的类型。但是，实际工程中不同类型的储能设备参数差异较大，各自适用于不同的需求场景。单一类型的储能设备难以兼顾高效率、长寿命等多个方面，因此将多种类型的储能系统进行综合规划，可充分发挥不同储能的技术优势，满足配电网对储能性能上的需求。另一方面，随着储能技术的发展，储能系统的成本将会大幅降低，其在配电网中的经济效益也将愈发凸显。由于不同类型的储能系统成本不同，在进行储能规划时，需要将不同类型储能的成本进行横向间的比较，选取最优的储能选型方案，以实现经济效益最大化。
[0006]因此，急需一种考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，为配电网中分布式储能系统的选型、选址、定容问题提供一个经济、合理的配置方案。
发明内容
[0007]本发明所要解决的技术问题是，提供一种包括储能的类型、位置和容量的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法。
[0008]本发明所采用的技术方案是：一种考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容方法，包括如下步骤：
[0009]1)根据选定的配电系统，分别输入线路参数、负荷水平和网络拓扑连接关系，分布式电源接入位置与容量，不同类型储能系统的量化参数，系统节点电压和支路电流限制，系
统基准电压和基准功率初值，其中，所述的不同类型储能系统的量化参数包括单位价格、循环寿命、充放电效率及最大放电深度；
[0010]2)采用k均值聚类算法对配电网所在地全年的负荷需求、风机出力和光伏出力进行聚类分析，得到用于分布式储能选址定容的典型场景及各场景全年出现的概率；[0011]3)建立考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型，包括：选取根节点为平衡节点，设定配电网年综合费用最小为目标函数，分别考虑配电系统潮流约束、配电系统安全运行约束、储能系统运行约束和储能系统安装位置与容量约束，所述的配电网年综合费用最小为目标函数包括配电网年运行费用和折算到每年的储能系统投资费用；[0012]4)将步骤3)得到的考虑储能系统量化特征的配电网分布式储能选址定容模型使用混合整数非线性规划数学求解器进行求解；
[0013]5)输出步骤4)的求解结果，包括配电网年综合费用、配电网年运行费用、折算到每年的储能系统投资费用及配置储能系统类型、位置和容量方案。
[0014]步骤3)所述的配电网年综合费用最小为目标函数minC表示为：
[0015]minC＝C OPE+C INV
[0016]式中，C OPE为配电网年运行费用，C INV为折算到每年的储能系统投资费用，分别表示为：
[0017]
[0018]
[0019]式中，ΩS为典型场景的集合，ΩT为每个场景下的时段的集合，Ωtype为储能系统类型的集合，ΩN为配电系统所有节点的集合；Δt为优化计算的时间间隔；λt为t时段的电价；d 为贴现率；y为储能系统的使用年限；为第s个场景t时段上级电网向配电网传输的有功功率，规定上级电网向配电网传输功率为正方向；p s为聚类后第s个典型场景全年出现的概
率；分别为第m种储能系统的单位功率投资成本和单位能量投资成本；
分别为第m种储能系统中功率单元和能量单元的容量；y i,m、z i,m分别为节点i上安装第m种储能系统中功率单元和能量单元的数量。
[0020]步骤3)所述的储能系统运行约束表示为：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]式中，分别为第s个场景t时刻节点i上第m种储能系统注入的有功
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