基于削峰填谷的储能系统调度模型研究

近些年来,新型储能技术得到不断发展和应用。随着造价的降低,其应用的范围也越来越广,储能技术在削峰填谷方面也得到了一定的应用。储能技术具有其物理特性和经济特性。物理特性包括充放电功率和容量的大小、功率与容量之间的关系、响应速度的快慢等：经济特性包括储能系统的投资和运维成本与其额定功率和容量的关系,储能系统每次充放电功率的大小对其投资成本折旧的影响。因此,研究基于削峰填谷的储能系统调度模型获得以下成果：储能系统在调度期间内各个时段的充放电功率的大小,实现储能系统充放电操作的最优化调度。从而实现负荷削峰填谷效果以及储能成本和电费支出的最优化,具有理论意义和实践价值。首先,本文分析了各类储能技术物理特性和经济特性。锂电池以其低廉的价格,较快的响应速度,较高的充放电效率,功率与容量上也较大,适合应用于削峰填谷。在此分析的基础上建立了适用于削峰填谷电池储能系统的简化电气模型,以及考虑削峰填谷相关经济性所需的经济模型。其次,基于提高微网系统可靠性的角度配置电池储能系统的功率和容量。通过采用随机生产模拟,得到微网系统的电力不足概率和电量不足期望值,结合等效持续负荷曲线,以降低这两个可靠性指标为目的,配置储能系统的功率和容量。然后,建立了在微网中采用储能系统进行削峰填谷的数学模型。在该模型中,以负荷标准差的最小化作为目标函数,根据储能系统的功率和容量设置功率约束和荷电状态约束,并采用内点法对某孤岛微网系统进行了算例求解。同时还考虑了电池储能系统不同初始荷电状态对削峰填谷优化效果的影响。算例结果表明初始的荷电状态越大,优化得到的削峰填谷效果越差。最后,在原有数学优化模型的基础上考虑了经济性对削峰填谷的影响。经济性上的考量包括储能投资成本和运维成本,以及分时电价对削峰填谷的影响。为了表征经济性的影响,将原来物理性的单目标函数中加入储能成本函数和电费支出函数这两类经济性的目标函数,单目标函数变为了多目标函数。在求解该多目标优化模型时,采用线性加权和法。通过等步长地在物理性目标函数和经济性目标之间设置一系列的权系数,结合具体的算例,求解出不同状态下的帕累托最优解,每一个帕累托最优解均表示一种储能系统充放电功率调度计划。计算储能系统进行负荷削峰填后表征其效果的物理性指标：峰值、谷值、峰谷差、负荷标准差、负荷平均值、峰谷差率、负荷率,并计算电费支出和储能成本。定性分析上述指标和费用随权系数的变化趋势可知,由于在费用寻优的空间十分有限,采用电池储能系统对微网系统进行削峰填谷时,在成本支出很小的前提下即可通过寻优将负荷标准差大幅降低,从而降低峰谷差,最终实现削峰填谷。