Capacity Allocation Method for Generalized Shared Energy Storage Based on Distributionally Robust Optimization

ZHU Jianan; AI Qian; LI Jiamei

doi:10.7500/AEPS20230619009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Capacity Allocation Method for Generalized Shared Energy Storage Based on Distributionally Robust Optimization

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Capacity Allocation Method for Generalized Shared Energy Storage Based on Distributionally Robust Optimization
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 8, Pages: 185-194(2024)
- 作者机构：
  
  上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5400-202224174A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20230619009
  CLC：
- Received：19 June 2023，
  
  Revised：2023-09-12，
  
  Published Online：20 December 2023，
  
  Published：25 April 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
朱佳男,艾芊,李嘉媚.基于分布鲁棒优化的广义共享储能容量配置方法[J].电力系统自动化,2024,48(8):185-194.

ZHU Jianan,AI Qian,LI Jiamei.Capacity Allocation Method for Generalized Shared Energy Storage Based on Distributionally Robust Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):185-194.
朱佳男,艾芊,李嘉媚.基于分布鲁棒优化的广义共享储能容量配置方法[J].电力系统自动化,2024,48(8):185-194. DOI： 10.7500/AEPS20230619009.

ZHU Jianan,AI Qian,LI Jiamei.Capacity Allocation Method for Generalized Shared Energy Storage Based on Distributionally Robust Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):185-194. DOI： 10.7500/AEPS20230619009.

摘要

共享储能通过储能资源的复用，能有效应对高成本和利用率低的难题。迅速发展的需求侧资源在共享储能中具有潜在应用，但其不确定性问题亟待解决。文中引入了电动汽车和温控负荷的虚拟储能模型，结合实体储能，建立了考虑不确定性的广义共享储能模型和相应的优化算法，以确定实体储能的最佳容量配置。共享储能运营商根据用户需求，实现多类型储能的优化配置，并设计虚拟储能持有者的满意度补偿，以保障其用户体验和经济利益。此外，采用Wasserstein距离描述电动汽车和温控负荷的不确定性，并结合基于风险价值的分布鲁棒机会约束算法进行求解。算例结果表明，采用广义共享储能模型和分布鲁棒机会优化算法，能够充分考虑不确定性，有效降低用户的能源消费成本和运营商的储能配置成本。

Abstract

Shared energy storage addresses the challenges of high cost and low utilization through the reuse of energy storage resources. Furthermore

rapidly developing demand-side resources have the potential to be applied in the shared energy storage

but the issue of their uncertainty requires urgent resolution. A virtual energy storage model for electric vehicles and thermal control loads is introduced

integrated with the physical energy storage

this model is employed to construct a comprehensive shared energy storage model that takes uncertainties into consideration

along with the corresponding optimization algorithms to determine the optimal capacity configuration of the physical energy storage. Shared energy storage operators optimize the configuration of multiple types of energy storages based on user demands and design the satisfaction compensation for virtual energy storage holders to safeguard their user experience and economic interests. Additionally

the Wasserstein distance is used to characterize the uncertainty associated with electric vehicles and temperature-controlled loads

in conjunction with the utilization of a risk-value-based distributionally robust chance-constrained algorithm for optimization. The results of the case study demonstrate that the utilization of the generalized shared energy storage model and the distributionally robust optimization algorithm allow for a comprehensive consideration of uncertainty

leading to a substantial reduction in energy consumption costs for users and energy storage configuration costs for operators.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

李嘉媚，艾芊，殷爽睿 . 虚拟电厂参与调峰调频服务的市场机制与国外经验借鉴［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

LI Jiamei ， AI Qian ， YIN Shuangrui . Market mechanism and foreign experience of virtual power plant participating in peak-regulation and frequency-regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

XIAO J W ， YANG Y B ， CUI S C ， et al . A new energy storage sharing framework with regard to both storage capacity and power capacity ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 307 ： 118171 .

ZHENG B S ， WEI W ， CHEN Y ， et al . A peer-to-peer energy trading market embedded with residential shared energy storage units ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 308 ： 118400 .

蒋从伟，欧庆和，吴仲超，等 . 基于联盟博弈的多微网共享储能联合配置与优化［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 12 ）： 11 - 21 .

JIANG Congwei ， OU Qinghe ， WU Zhongchao ， et al . Joint configuration and optimization of multi-microgrid shared energy storage based on alliance game ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 12 ）： 11 - 21 .

闫东翔，陈玥 . 共享储能商业模式和定价机制研究综述［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 23 ）： 178 - 191 .

YAN Dongxiang ， CHEN Yue . Review on business model and pricing mechanism for shared energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 23 ）： 178 - 191 .

刘继春，陈雪，向月 . 考虑共享模式的市场机制下售电公司储能优化配置及投资效益分析［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1740 - 1750 .

LIU Jichun ， CHEN Xue ， XIANG Yue . Optimal sizing and investment benefit analysis for energy storage of electricity retailers under market mechanisms considering shared mode ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1740 - 1750 .

HE L ， LIU Y Z ， ZHANG J . Peer-to-peer energy sharing with battery storage： energy pawn in the smart grid ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 297 ： 117129 .

D’ETTORRE F ， BANAEI M ， EBRAHIMY R ， et al . Exploiting demand-side flexibility： state-of-the-art， open issues and social perspective ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2022 ， 165 ： 112605 .

SONG M ， SUN W ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Multi-time scale coordinated control and scheduling of inverter-based TCLs with variable wind generation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 46 - 57 .

湛归，殷爽睿，艾芊，等 . 智能楼宇型虚拟电厂参与电力系统调频辅助服务策略［J］. 电力工程技术， 2022 ， 41 （ 6 ）： 13 - 20 .

ZHAN Gui ， YIN Shuangrui ， AI Qian ， et al . A strategy for smart building-based virtual power plants participating in frequency regulation auxiliary service ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2022 ， 41 （ 6 ）： 13 - 20 .

茆美琴，刘云晖，张榴晨，等 . 含高渗透率可再生能源的配电网广义储能优化配置［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 8 ）： 77 - 85 .

MAO Meiqin ， LIU Yunhui ， ZHANG Liuchen ， et al . Optimal configuration of generalized energy storage in distribution network with high-penetration renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 77 - 85 .

XIA Y X ， XU Q S ， QIAN H Y ， et al . Bilevel optimal configuration of generalized energy storage considering power consumption right transaction ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 128 ： 106750 .

李嘉媚，艾芊 . 考虑调峰辅助服务的虚拟电厂运营模式［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 6 ）： 1 - 13 .

LI Jiamei ， AI Qian . Operation mode of virtual power plant considering peak regulation auxiliary service ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 1 - 13 .

贺帅佳，阮贺彬，高红均，等 . 分布鲁棒优化方法在电力系统中的理论分析与应用综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 179 - 191 .

HE Shuaijia ， RUAN Hebin ， GAO Hongjun ， et al . Overview on theory analysis and application of distributionally robust optimization method in power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 179 - 191 .

李笑竹，王维庆 . 基于贝叶斯理论的分布鲁棒优化在储能配置上的应用［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4001 - 4011 .

LI Xiaozhu ， WANG Weiqing . Application of distributed robust optimization based on Bayesian theory in allocation of energy storage ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 4001 - 4011 .

何鑫，刘俊勇，高红均，等 . 计及光伏不确定性和低碳需求响应的工业园区光-储分布鲁棒规划模型［J］. 智慧电力， 2023 ， 51 （ 2 ）： 69 - 76 .

HE Xin ， LIU Junyong ， GAO Hongjun ， et al . Photovoltaic-energy storage distributed robust planning model for industrial parks considering photovoltaic uncertainty and low-carbon demand response ［J］. Smart Power ， 2023 ， 51 （ 2 ）： 69 - 76 .

文艺林，胡泽春，宁剑，等 . 基于分布鲁棒机会约束的充电运营商参与调峰市场投标策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 23 - 32 .

WEN Yilin ， HU Zechun ， NING Jian ， et al . Bidding strategy of charging operator participating in peak regulation market based on distributionally robust chance constraint ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 23 - 32 .

LI Y ， HAN M ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Data-driven distributionally robust scheduling of community integrated energy systems with uncertain renewable generations considering integrated demand response ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 335 ： 120749 .

王骞，易传卓，张学广，等 . 兼顾捕碳强度与可再生能源消纳的储能容量配置优化方法［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 14 ［ 2023-06-19 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220826.1614.010.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220826.1614.010.html .

WANG Qian ， YI Chuanzhuo ， ZHANG Xueguang ， et al . Optimization of energy storage capacity sizing considering carbon capture intensity and renewable energy consumption ［J］. Proceedings of the CSEE： 1 - 14 ［ 2023-06-19 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220826.1614.010.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220826.1614.010.html .

WU J C ， HU J J ， AI X ， et al . Multi-time scale energy management of electric vehicle model-based prosumers by using virtual battery model ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 251 ： 113312 .

SONG M ， GAO C W ， YAN H G ， et al . Thermal battery modeling of inverter air conditioning for demand response ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 5522 - 5534 .

赵扉，胡程平，施云辉 . 考虑温控负荷需求响应的电热联合系统多阶段鲁棒调度方法［J］. 电力需求侧管理， 2022 ， 24 （ 5 ）： 15 - 21 .

ZHAO Fei ， HU Chengping ， SHI Yunhui . Multi-stage robust scheduling method for electrothermal combined system considering temperature control load demand response ［J］. Power Demand Side Management ， 2022 ， 24 （ 5 ）： 15 - 21 .

ZHANG Y P ， AI X M ， WEN J Y ， et al . Data-adaptive robust optimization method for the economic dispatch of active distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 3791 - 3800 .

于腾凯，董靓媛，杜晓东，等 . 考虑机会约束的配电网光伏并网容量分布鲁棒优化方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 10 ）： 43 - 50 .

YU Tengkai ， DONG Liangyuan ， DU Xiaodong ， et al . Distributionally robust optimization method of PV grid-connected capacity in a distribution network considering chance constraints ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 10 ）： 43 - 50 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Efficiency Optimization Method for Bidirectional Wireless Power Transfer System Based on Phase-shift Control and Mode Switching

Shared Operation Strategies for Distributed Energy Storage Systems Based on Blockchain Smart Contracts

Review of Shared Energy Storage Business Modes on Generation and User Sides in New Power Systems

Related Author

TIAN Xin

CHEN Laijun

SUN Yingcong

WANG Chuan

MEI Shengwei

ZHANG Baokun

DENG Junjun

LIN Ni

Related Institution

Department of Electrical Engineering, Tsinghua University

College of Energy and Electrical Engineering, Qinghai University

National Engineering Research Center of Electric Vehicles, Beijing Institute of Technology

State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd.

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

⁰