Optimal Configuration Method of Generation Capacity for Stand-alone Microgrid with Pumped Heat Energy Storage

Bai XIAO; Zhuanzhuan WANG

doi:10.7500/AEPS20211012001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal Configuration Method of Generation Capacity for Stand-alone Microgrid with Pumped Heat Energy Storage

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Configuration Method of Generation Capacity for Stand-alone Microgrid with Pumped Heat Energy Storage
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 11, Pages: 37-46(2022)
- 作者机构：
  
  东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市 132012
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2017YFB0902205);Industrial Innovation Foundation of Jilin Province(2019C058-7)
- DOI：10.7500/AEPS20211012001
  CLC：
- Received：12 October 2021，
  
  Revised：2022-01-28，
  
  Published Online：30 March 2022，
  
  Published：10 June 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
肖白,王转转.含热泵储能的独立微网电源容量优化配置方法[J].电力系统自动化,2022,46(11):37-46.

XIAO Bai,WANG Zhuanzhuan.Optimal Configuration Method of Generation Capacity for Stand-alone Microgrid with Pumped Heat Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(11):37-46.
肖白,王转转.含热泵储能的独立微网电源容量优化配置方法[J].电力系统自动化,2022,46(11):37-46. DOI： 10.7500/AEPS20211012001.

XIAO Bai,WANG Zhuanzhuan.Optimal Configuration Method of Generation Capacity for Stand-alone Microgrid with Pumped Heat Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(11):37-46. DOI： 10.7500/AEPS20211012001.

摘要

在对独立微网电源容量进行优化配置时，为了在保证供电可靠性的前提下进一步提高经济性，提出一种考虑源荷不确定性与激励型需求响应(DR)的含热泵储能(PHES)的独立微网电源容量优化配置方法。首先，给出含PHES的独立微网基本结构图，基于该结构图阐述PHES的工作原理并建立PHES的简化数学模型；其次，基于鲁棒优化方法构建不确定场景集；然后，建立考虑激励型DR的双层鲁棒容量优化配置模型；最后，采用内嵌混合整数线性规划的遗传算法对模型进行求解。算例结果表明，将PHES这一储能成本低、不受地理条件限制的新型储能替代成本较高的电池储能作为系统储能方案，能够进一步提高经济性；考虑源荷不确定性与DR两者共同作用对配置结果的影响，能够完善独立微网优化配置模型，使计算得到的配置结果更为合理。

Abstract

Aiming at the problem of how to improve the economy as much as possible on the premise of ensuring the reliability of power supply when the generation capacity configuration of stand-alone microgrid is optimized

an optimal configuration method of generation capacity for the stand-alone microgrid with pumped heat energy storage (PHES) considering source-load uncertainty and incentive demand response (DR) is proposed. Firstly

the basic structure of stand-alone microgrid with PHES is introduced. On this basis

the working principle of PHES is explained and the simplified mathematical model of PHES is established. Secondly

uncertain scenario sets are built based on the robust optimization method. Then

a bi-level robust optimization model of capacity configuration considering incentive DR is established. Finally

the model is solved by using the genetic algorithm combined with the mixed-integer linear programming. The example results show that

PHES

a new type of energy storage with low cost and not restricted by geographical conditions

can be used as the system energy storage scheme to replace the high-cost battery energy storage for further improving the economy. Considering the influence of the combination of source-load uncertainty and DR on the configuration results

the optimal configuration model of stand-alone microgrid can be improved to make the configuration results more reasonable.

关键词

Keywords

references

马艺玮，杨苹，王月武，等 . 微电网典型特征及关键技术［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 8 ）： 168 - 175 .

MA Yiwei ， YANG Ping ， WANG Yuewu ， et al . Typical characteristics and key technologies of microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 8 ）： 168 - 175 .

潘文霞，李建成，方坤豪 . 考虑补贴的独立微网容量配置优化方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2206 - 2213 .

PAN Wenxia ， LI Jiancheng ， FANG Kunhao . Optimization method of capacity configuration of standalone microgrid considering subsidy ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2206 - 2213 .

周京华，翁志鹏，宋晓通 . 兼顾可靠性与经济性的孤岛型光储微电网容量配置方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 166 - 174 .

ZHOU Jinghua ， WENG Zhipeng ， SONG Xiaotong . Capacity configuration method of islanded microgrid with photovoltaic and energy storage system considering reliability and economy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 166 - 174 .

李奇，赵淑丹，蒲雨辰，等 . 考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 3 ）： 486 - 495 .

LI Qi ， ZHAO Shudan ， PU Yuchen ， et al . Capacity optimization of hybrid energy storage microgrid considering electricity-hydrogen coupling ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 486 - 495 .

杨冬锋，姜超，蔡国伟，等 . 考虑电热耦合的交直流微电网多目标优化配置［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 124 - 132 .

YANG Dongfeng ， JIANG Chao ， CAI Guowei ， et al . Multi-objective optimal configuration of AC/DC microgrid considering electricity/heat coupling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 124 - 132 .

MA T ， YANG H X ， LU L ， et al . Technical feasibility study on a standalone hybrid solar-wind system with pumped hydro storage for a remote island in Hong Kong ［J］. Renewable Energy ， 2014 ， 69 ： 7 - 15 .

荆朝霞，胡荣兴，袁灼新，等 . 含风/光/抽水蓄能并计及负荷响应的海岛微网优化配置［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 1 ）： 65 - 72 .

JING Zhaoxia ， HU Rongxing ， YUAN Zhuoxin ， et al . Capacity configuration optimization for island microgrid with wind/solar/pumped storage considering demand response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 1 ）： 65 - 72 .

张琼，王亮，徐玉杰，等 . 热泵储电技术研究进展［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 1 ）： 178 - 185 .

ZHANG Qiong ， WANG Liang ， XU Yujie ， et al . Research progress in pumped heat electricity storage system： a review ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 178 - 185 .

杨鹤，杜小泽 . 布雷顿循环热泵储能的性能分析与多目标优化［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2021-11-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211100 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211100 .

YANG He ， DU Xiaoze . Performance analysis and multi-objective optimization of Brayton cycle pumped thermal energy storage ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2021-11-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211100 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211100 .

梅生伟，李瑞，陈来军，等 . 先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2893 - 2907 .

MEI Shengwei ， LI Rui ， CHEN Laijun ， et al . An overview and outlook on advanced adiabatic compressed air energy storage technique ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2893 - 2907 .

MCTIGUE J D ， WHITE A J ， MARKIDES C N . Parametric studies and optimisation of pumped thermal electricity storage ［J］. Applied Energy ， 2015 ， 137 ： 800 - 811 .

KIPTOO M K ， LOTFY M E ， ADEWUYI O B ， et al . Integrated approach for optimal techno-economic planning for high renewable energy-based isolated microgrid considering cost of energy storage and demand response strategies ［J］. Energy Conversion and Management ， 2020 ， 215 ： 112917 .

李康平，张展耀，王飞，等 . 基于GAN场景模拟与条件风险价值的独立型微网容量随机优化配置模型［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1717 - 1725 .

LI Kangping ， ZHANG Zhanyao ， WANG Fei ， et al . Stochastic optimization model of capacity configuration for stand-alone microgrid based on scenario simulation using GAN and conditional value at risk ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1717 - 1725 .

孙玲玲，贾清泉，张弓，等 . 考虑运营交易的微电网优化配置方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2221 - 2233 .

SUN Lingling ， JIA Qingquan ， ZHANG Gong ， et al . Optimal configuration method of micro-grid considering operating and exchanging ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2221 - 2233 .

刘思夷，赵波，汪湘晋，等 . 基于Benders分解的独立型微电网鲁棒优化容量配置模型［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 21 ）： 119 - 126 .

LIU Siyi ， ZHAO Bo ， WANG Xiangjin ， et al . Capacity configuration model for robust optimization of stand-alone microgrid based on Benders decomposition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 21 ）： 119 - 126 .

张有兵，任帅杰，杨晓东，等 . 考虑价格型需求响应的独立型微电网优化配置［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 7 ）： 55 - 62 .

ZHANG Youbing ， REN Shuaijie ， YANG Xiaodong ， et al . Optimal configuration considering price-based demand response for stand-alone microgrid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 7 ）： 55 - 62 .

邵志芳，赵强，张玉琼 . 独立型微电网源荷协调配置优化［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 10 ）： 3935 - 3946 .

SHAO Zhifang ， ZHAO Qiang ， ZHANG Yuqiong . Source side and load side coordinated configuration optimization for stand-alone micro-grid ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 3935 - 3946 .

赵波，汪湘晋，张雪松，等 . 考虑需求侧响应及不确定性的微电网双层优化配置方法［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 14 ）： 3284 - 3295 .

ZHAO Bo ， WANG Xiangjin ， ZHANG Xuesong ， et al . Two-layer method of microgrid optimal sizing considering demand-side response and uncertainties ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 14 ）： 3284 - 3295 .

易文飞，张艺伟，曾博，等 . 多形态激励型需求侧响应协同平衡可再生能源波动的鲁棒优化配置［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 23 ）： 5541 - 5554 .

YI Wenfei ， ZHANG Yiwei ， ZENG Bo ， et al . Robust optimization allocation for multi-type incentive-based demand response collaboration to balance renewable energy fluctuations ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 23 ）： 5541 - 5554 .

国家能源局 . 国家能源局关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见［EB/OL］.［ 2021-10-11 ］. http：//zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201507/t20150722_1949.htm http://zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201507/t20150722_1949.htm .

National Energy Administration . Guiding opinions of the National Energy Administration on promoting the construction of renewable energy microgrid demonstration projects ［EB/OL］. ［ 2021-10-11 ］. http：//zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201507/t20150722_1949.htm http://zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201507/t20150722_1949.htm .

殷子彦 . 一种基于熔盐/储冷介质的热泵热机式储能系统物理设计［D］. 北京：中国科学院大学， 2019 .

YIN Ziyan . Physical design of a pumped thermal electricity system based on molten salt/cold storage medium ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2019 .

刘一欣，郭力，王成山 . 微电网两阶段鲁棒优化经济调度方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

LIU Yixin ， GUO Li ， WANG Chengshan . Economic dispatch of microgrid based on two stage robust optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

KIPTOO M K ， ADEWUYI O B ， LOTFY M E ， et al . Multi-objective optimal capacity planning for 100% renewable energy-based microgrid incorporating cost of demand-side flexibility management ［J］. Applied Sciences ， 2019 ， 9 （ 18 ）： 3855 .

赵波，包侃侃，徐志成，等 . 考虑需求侧响应的光储并网型微电网优化配置［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 21 ）： 5465 - 5474 .

ZHAO Bo ， BAO Kankan ， XU Zhicheng ， et al . Optimal sizing for grid-connected PV-and-storage microgrid considering demand response ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 21 ）： 5465 - 5474 .

孙玉树，杨敏，师长立，等 . 储能的应用现状和发展趋势分析［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 1 ）： 80 - 89 .

SUN Yushu ， YANG Min ， SHI Changli ， et al . Analysis of application status and development trend of energy storage ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 1 ）： 80 - 89 .

李建林，马会萌，田春光，等 . 基于区间层次分析法的电化学储能选型方案［J］. 高电压技术， 2016 ， 42 （ 9 ）： 2707 - 2714 .

LI Jianlin ， MA Huimeng ， TIAN Chunguang ， et al . Selection scheme of electrochemical energy storage based on interval analytic hierarchy process method ［J］. High Voltage Engineering ， 2016 ， 42 （ 9 ）： 2707 - 2714 .

赵政嘉，滕振山，王志光，等 . 考虑工程设备差异性的微能源网设备综合优化配置［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 84 - 93 .

ZHAO Zhengjia ， TENG Zhenshan ， WANG Zhiguang ， et al . Comprehensive optimal equipment configuration for micro energy network considering engineering differences ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 84 - 93 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimal Configuration of Siting and Sizing for Grid-forming Battery Energy Storage Station Based on Multi-timescale Regulation

Optimal Configuration Method for Park-level Integrated Energy System Based on Information Gap Decision Theory-Utility Entropy

Hierarchical and Distributed Optimal Scheduling for Microgrid System Integrating Differentiated Building Clusters

Optimal Configuration of Shared Energy Storage in Industrial Park Considering Full-cycle Economic Benefits in Electricity Market Environment

Bi-layer Uncertainty Economic Scheduling for Port Multi-energy Microgrid with Cascade Utilization of Cold Energy

Related Author

YANG Tianxin

HUANG Yunhui

HE Zhenyu

WANG Dong

TANG Jinrui

XIE Changjun

MU Yunfei

WU Zhijun

Related Institution

State Key Laboratory of Maritime Technology and Safety (Wuhan University of Technology)

School of Automation, Wuhan University of Technology

Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education (Tianjin University)

Key Laboratory of Smart Energy & Information Technology of Tianjin Municipality (Tianjin University)

China Electric Power Research Institute

⁰