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图1 光储联合系统结构示意图
Fig.1 Structure of PV-storage combined system
储能的潜在收益是指在目前的电力市场条件下没有直接回报或市场机制不支持的间接收益,不便于量化分析。研究表明,现在储能的收益主要包括发电容量、削峰填谷、调频、负荷跟踪、备用、无功支持等,这说明储能技术在电网和新能源发电中,除了高发低储套利外,还可以在辅助服务市场中发挥重要价值[21-23]。
2 考虑光储联合系统参与频率响应的储能容量优化配置模型
在储能应用规划和效益评估研究中,大多采用数学建模的方式。由于模型考虑的目标函数、约束条件、时段数等方面差异性,问题有单目标/多目标、线性/非线性、离散/连续之分,对应的求解方法也各不相同。数学优化方法是应用最普遍的方法,理论上解的最优性可以得到保证,但一般对目标函数和约束条件的表达式要求比较严格。本文基于问题描述和模型考虑,采用数学优化算法求解。
从光伏电站的角度考虑储能及光伏同时参与系统频率调节,提供辅助服务。根据实时电价,计及运行成本,建立考虑经济性的储能容量优化配置模型,确定光伏电站所需储能功率容量和能量容量,合理安排调频容量和充放电策略,从而最大化光储联合系统的收益。不考虑与系统频率之间的动态交互影响,系统频率作为模型的已知量输入,使得最终模型可用线性优化方法求解。
2.1 目标函数
模型目标是在储能使用年限内最大化光伏电站年平均收益J,其是储能系统成本、光储联合系统在电量市场的售电收入及提供调频辅助服务所得收益的函数。
储能系统成本主要考虑了初始安装成本及运行时的老化折旧费用。初始安装成本C0由容量成本和功率成本组成,如式(1)所示。
其中,Pbatt和Ebatt分别为储能系统的功率容量和能量容量,λP和λE分别为储能装置的功率成本和容量成本。储能电池每一次充放都将带来电池的老化,该项费用由运行成本
表 示,如式(2)所示。
其中
表示储能系统第t时段的上调频电量,即t时段由于低频响应增加的电量,
表 示储能系统第t时段的下调频电量,即由于高频响应减少的电量,
为t时间段内储能损电量,
表示储能损失的补偿电量,
为体现老化折旧的运行成本。
在电力市场中,电量市场和辅助服务市场一般是分开的,因此计算时两部分电量分开计费,均作为光储联合系统在市场中的收入。光伏电站第t时段在电力市场中售电获得的收益 Rm,t可表示为:
而光储联合系统由于提供辅助服务参与系统调频的收入 Rfr,t可表示为:
其中,
为光储联合系统参与频率响应的调频电量,
为调频市场中发电方参与频率响应的补贴价格。定义
分别为光储联合系统参与高频响应和低频响应的调频电量,均为非负值,那么,式(4)可进一步表示为:
其中ut为频率响应方向标记,高频响应时ut=1,低频响应时ut= 0。至此,目标函数可以用式(6)描述。
式(7)表示在储能寿命内光储联合系统总收益。其中CRF为等年值系数,r为贴现率,Y为储能期望寿命,D为采样数据天数,Ns为数据时间段总数。J 能在一定程度上反映光储联合系统经济性,体现储能在光伏电站并网中的应用。通过数学优化的方法最大化目标函数J的值,计算出此时储能额定功率和额定容量,为光伏电站储能配置提供参考。
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