CN107565696A - 一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，包括步骤：抽取网络参数、成本参数等基本静态数据，以及典型运行周期内的风电、光伏出力、负荷需求离散数据，建立配电网优化运行模型，计算勒让德多项式参数，获取能量状态函数极值，得到储能容量最小配置方案。通过本发明的技术，可以实现配电网中储能容量的优化配置，充分发挥储能资源效益，并进一步实现配电***安全灵活运行。

Description

一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法

技术领域

本发明涉及一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，属于电力***规划技术领域。

背景技术

配电网作为电力***的重要组成部分，是城市现代化建设的重要基础设施。当前配电***在电力工业低碳化和智能化背景下面临基础性理论改变，配电网转型低碳智能配电***的趋势愈发强烈。以光伏、风电为代表的可再生能源广泛接入配电网，同时高占比可再生能源出力的间歇性与不确定性对配电***将产生大量的负面影响。储能***因其充放电灵活性较高，使得储能技术作为未来配电***的关键技术之一将扮演越来越重要的角色。因此，要将储能技术融合到配电***，特别是在主动配电网当中，需要对其容量进行合理的配置，以改善主动配电网的运行状态，并充分发挥出储能的资源效益。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，实现配电网中储能容量的优化配置，以充分发挥储能资源效益，进一步实现配电***安全灵活运行。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，包括步骤：

（1）抽取***参数、分布式电源参数、储能单位运行成本、电网购电成本等基本静态数据；

（2）将储能的能量状态函数采用勒让德多项式表示；

（3）建立以最小化配电***总运行成本为目标的机会约束规划模型；

（4）求解优化模型，估算最小储能容量。

所述***参数包括：网架拓扑结构、线路阻抗参数。

所述分布式电源包括：风电、光伏。

所述以勒让德多项式表示储能的能量状态函数的过程是：

储能在一个运行周期T内的充放电状态可以用储能能量状态(State of energy, SOE)来描述，以来表示储能在时段t下的SOE值，可表示为：

其中，为储能在时段t的充放电功率，表示储能在时段t充电，此时，为充电效率常数，表示储能在时段t放电，此时，为放电效率常数；

由于储能的运行具有周期性特点，因此其在一个运行周期的起止SOE值保持一致，也就是，T是调度的最后一个时段，故而根据勒让德级数展开条件：但函数在区间[-1,1]上满足狄利克雷条件，那么函数在区间[-1,1]上可以展开成勒让德多项式级数，将以勒让德多项式的形式表示为：

其中，、分别为n阶勒让德系数和多项式，。

所述的机会约束规划模型的目标函数为：

式中：

（1）为最小化配电***在一个周期内的总运行成本；

（2）为储能在一个运行周期内的寿命损耗成本：

其中，为单位容量储能成本，N为储能单元在一个运行周期内的充放电次数，为储能单元在其寿命周期内的最大充放电次数，表示储能容量；

（3）为向上级电网购电所产生的费用。

所述规划模型的约束条件为：

（1）功率平衡约束

其中，和分别为节点i的有功注入和无功注入，为节点i的电压幅值，表示节点j与节点i相连，和分别为节点导纳矩阵的实部和虚部，为节点i、j之间的相角差；

（2）节点电压机会约束

其中，为时段t节点i的电压幅值，、分别为节点电压幅值的上下限,表示约束满足的置信水平，为满足节点电压约束的设定置信水平值；

（3）支路电流机会约束

其中，为支路流过的电流量，为支路所允许的电流最大值，为满足支路电流约束的设定置信水平值；

（4）上级电网的支撑能力约束

其中，为配电***与上级电网之间的交换功率，、分别为交换功率所允许的最小值和最大值，为相应最小值；

（5）储能运行约束

其中，表示储能荷电状态(State of charge, SOC)，、分别为储能SOC取值的上下限。

所述需配置的储能容量满足：

其中，、分别为机会约束规划模型优化求解后得到的连续的勒让德多项式函数的上下极值；

由此可以得到满足***运行条件的最小储能配置结果为。

本发明有益效果

本发明提出了一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法。针对传统计算采用离散的储能能量函数(State of Energy, SOE)值来判断储能SOE的最值，从而得到储能容量这一方式可能无法满足储能实际运行过程中的容量要求这一问题，引入勒让德级数展开的方法建立连续的储能SOE函数，并通过求导获得函数最值，从而进一步确定了***运行所需要配备的最小储能容量，所提方法可以实现配电网中储能容量的优化配置，充分发挥储能资源效益，进一步实现配电***的安全灵活运行。

附图说明

图1是本发明的具体求解步骤示意图。

具体实施方法

下面结合附图和实施案例对本发明的分布式电源与联络线多阶段协同规划方法做进一步的详细描述。

本发明提供了一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，包括步骤：

（1）抽取***参数、分布式电源参数、储能单位运行成本、电网购电成本等基本静态数据；

（2）将储能的能量状态函数采用勒让德多项式表示；

（3）建立以最小化配电***总运行成本为目标的机会约束规划模型；

（4）求解优化模型，估算最小储能容量。

所述***参数包括：网架拓扑结构、线路阻抗参数。

所述分布式电源包括：风电、光伏。

所述以勒让德多项式表示储能的能量状态函数的过程是：

储能在一个运行周期T内的充放电状态可以用储能能量状态(State of energy, SOE)来描述，以来表示储能在时段t下的SOE值，可表示为：

其中，为储能在时段t的充放电功率，表示储能在时段t充电，此时，为充电效率常数，表示储能在时段t放电，此时，为放电效率常数；

由于储能的运行具有周期性特点，因此其在一个运行周期的起止SOE值保持一致，也就是，T是调度的最后一个时段，故而根据勒让德级数展开条件：但函数在区间[-1,1]上满足狄利克雷条件，那么函数在区间[-1,1]上可以展开成勒让德多项式级数，将以勒让德多项式的形式表示为：

其中，、分别为n阶勒让德系数和多项式，。

所述的机会约束规划模型的目标函数为：

式中：

（1）为最小化配电***在一个周期内的总运行成本；

（2）为储能在一个运行周期内的寿命损耗成本：

其中，为单位容量储能成本，N为储能单元在一个运行周期内的充放电次数，为储能单元在其寿命周期内的最大充放电次数，表示储能容量；

（3）为向上级电网购电所产生的费用。

所述规划模型的约束条件为：

（1）功率平衡约束

其中，和分别为节点i的有功注入和无功注入，为节点i的电压幅值，表示节点j与节点i相连，和分别为节点导纳矩阵的实部和虚部，为节点i、j之间的相角差；

（2）节点电压机会约束

其中，为时段t节点i的电压幅值，、分别为节点电压幅值的上下限,表示约束满足的置信水平，为满足节点电压约束的设定置信水平值；

（3）支路电流机会约束

其中，为支路流过的电流量，为支路所允许的电流最大值，为满足支路电流约束的设定置信水平值；

（4）上级电网的支撑能力约束

其中，为配电***与上级电网之间的交换功率，、分别为交换功率所允许的最小值和最大值，为相应最小值；

（5）储能运行约束

其中，表示储能荷电状态(State of charge, SOC)，、分别为储能SOC取值的上下限。

所述需配置的储能容量满足：

其中，、分别为机会约束规划模型优化求解后得到的连续的勒让德多项式函数的上下极值；

由此可以得到满足***运行条件的最小储能配置结果为。

以上所述的具体发明实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，包括步骤：

（1）抽取***参数、分布式电源参数、储能单位运行成本、电网购电成本等基本静态数据；

（2）将储能的能量状态函数采用勒让德多项式表示；

（3）建立以最小化配电***总运行成本为目标的机会约束规划模型；

（4）求解优化模型，估算最小储能容量。

2.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述***参数包括：网架拓扑结构、线路阻抗参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述分布式电源包括：风电、光伏。

4.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述以勒让德多项式表示储能的能量状态函数的过程是：

储能在一个运行周期T内的充放电状态可以用储能能量状态(State of energy, SOE)来描述，以来表示储能在时段t下的SOE值，可表示为：

其中，为储能在时段t的充放电功率，表示储能在时段t充电，此时，为充电效率常数，表示储能在时段t放电，此时，为放电效率常数；

由于储能的运行具有周期性特点，因此其在一个运行周期的起止SOE值保持一致，也就是，T是调度的最后一个时段，故而根据勒让德级数展开条件：但函数在区间[-1,1]上满足狄利克雷条件，那么函数在区间[-1,1]上可以展开成勒让德多项式级数，将以勒让德多项式的形式表示为：

其中，、分别为n阶勒让德系数和多项式，。

5.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述的机会约束规划模型的目标函数为：

式中：

（1）为最小化配电***在一个周期内的总运行成本；

（2）为储能在一个运行周期内的寿命损耗成本：

其中，为单位容量储能成本，N为储能单元在一个运行周期内的充放电次数，为储能单元在其寿命周期内的最大充放电次数，表示储能容量；

（3）为向上级电网购电所产生的费用。

6.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述规划模型的约束条件为：

（1）功率平衡约束

其中，和分别为节点i的有功注入和无功注入，为节点i的电压幅值，表示节点j与节点i相连，和分别为节点导纳矩阵的实部和虚部，为节点i、j之间的相角差；

（2）节点电压机会约束

其中，为时段t节点i的电压幅值，、分别为节点电压幅值的上下限,表示约束满足的置信水平，为满足节点电压约束的设定置信水平值；

（3）支路电流机会约束

其中，为支路流过的电流量，为支路所允许的电流最大值，为满足支路电流约束的设定置信水平值；

（4）上级电网的支撑能力约束

其中，为配电***与上级电网之间的交换功率，、分别为交换功率所允许的最小值和最大值，为相应最小值；

（5）储能运行约束

其中，表示储能荷电状态(State of charge, SOC)，、分别为储能SOC取值的上下限。

7.根据权利要求1所述的一种基于勒让德多项式能量状态函数的储能容量配置方法，其特征在于，所述需配置的储能容量满足：

其中，、分别为机会约束规划模型优化求解后得到的连续的勒让德多项式函数的上下极值；

由此可以得到满足***运行条件的最小储能配置结果为。