考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置

曹永吉; 吴秋伟; 张恒旭; 李常刚

doi:10.7500/AEPS20220330005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置
- Chance-constrained Optimal Configuration for Energy Storage System Considering Time-of-use Price and Maximum Transient Frequency Deviation
- 电力系统自动化 2023年47卷第2期页码：61-68
- 作者机构：
  
  1. 丹麦科技大学电气工程系电力与能源中心,灵比 2800,丹麦
  2. 清华大学深圳国际研究生院清华-伯克利深圳学院,广东省深圳市 518055
  3. 电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  曹永吉(1992—)，男，博士后，主要研究方向：电力系统频率稳定分析与控制、可再生能源并网及储能技术应用。E-mail：caoyong@dtu.dk
  吴秋伟(1977—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：高比例可再生能源并网下新型电力能源系统优化运行控制。E-mail：qiuwu@sz.tsinghua.edu.cn
  张恒旭(1975—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定分析与控制、电力系统监测和电力系统数值仿真。E-mail：zhanghx@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177096);山东省自然科学基金资助项目(ZR2021QE133)
- DOI：10.7500/AEPS20220330005
  中图分类号：
- 收稿：2022-03-30，
  
  修回：2022-07-14，
  
  网络出版：2022-11-07，
  
  纸质出版：2023-01-25
- 稿件说明：
移动端阅览
曹永吉,吴秋伟,张恒旭等.考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置[J].电力系统自动化,2023,47(2):61-68.

CAO Yongji,WU Qiuwei,ZHANG Hengxu,et al.Chance-constrained Optimal Configuration for Energy Storage System Considering Time-of-use Price and Maximum Transient Frequency Deviation[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(2):61-68.
曹永吉,吴秋伟,张恒旭等.考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置[J].电力系统自动化,2023,47(2):61-68. DOI： 10.7500/AEPS20220330005.

CAO Yongji,WU Qiuwei,ZHANG Hengxu,et al.Chance-constrained Optimal Configuration for Energy Storage System Considering Time-of-use Price and Maximum Transient Frequency Deviation[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(2):61-68. DOI： 10.7500/AEPS20220330005.

摘要

针对可再生能源规模化接入电网引起的频率稳定控制资源减少的问题，提出一种考虑分时电价和最大暂态频率偏移（MTFD）的储能系统（ESS）机会约束优化配置方案。首先，建立含ESS的扩展系统频率响应模型，估计预想事故下的频率动态响应特征，采用基于最大仿射函数的分段线性化方法构造MTFD约束；其次，考虑预想事故发生的不确定性，构建以投资成本最小和峰谷套利收益最大为目标的ESS容量机会约束优化模型；然后，利用线性加权方法和基于蒙特卡洛模拟的非线性递减惯性权重粒子群优化算法求解，以确定最优的ESS容量；最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。

Abstract

In order to compensate the decreasing frequency stability control resource caused by the large-scale integration of the renewable energy in the power system

a chance-constrained optimal configuration scheme considering the time-of-use price and the maximum transient frequency deviation (MTFD) is proposed for the energy storage system (ESS). Firstly

an extended system frequency response model is established to estimate the frequency dynamic response characteristics under the predefined contingency

from which the constraints of MTFD are extracted by the max-affine function based piecewise linearization method. Secondly

taking into account the uncertainty of contingencies

a chance-constrained optimization model is built to optimize the capacity of the ESS

with the objective of minimizing the investment cost and maximizing the peak-valley arbitrage income. Thirdly

the linear weighted method and the Monte Carlo- and nonlinear decreasing inertia weight-based particle swarm optimization algorithm are used to attain the optimal capacity of the ESS. Finally

a case study is carried out to validate the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

习近平 . 在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话［EB/OL］.（ 2020-09-22 ）［ 2022-02-01 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546169.htm http://www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546169.htm .

XI Jinping . Statement at the general debate of the 75th session of the United Nations General Assembly ［EB/OL］. （ 2020-09-22 ）［ 2022-02-01 ］. http：//www.gov.cn/ xinwen/ 2020-09/ 22/content_5546169.htm http://www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546169.htm .

AGOSTINI C A ， ARMIJO F A ， SILVA C ， et al . The role of frequency regulation remuneration schemes in an energy matrix with high penetration of renewable energy ［J］. Renewable Energy ， 2021 ， 171 ： 1097 - 1114 .

曹永吉，张恒旭，施啸寒，等 . 规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 1 - 8 .

CAO Yongji ， ZHANG Hengxu ， SHI Xiaohan ， et al . Preliminary study on participation mechanism of large-scale distributed energy resource in security and stability control of large power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 1 - 8 .

BAGGU M M ， NAGARAJAN A ， CUTLER D ， et al . Coordinated optimization of multiservice dispatch for energy storage systems with degradation model for utility applications ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 886 - 894 .

徐清文，曹永吉，张恒旭，等 . 考虑暂态调频能力的虚拟电厂预防控制方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 83 - 89 .

XU Qingwen ， CAO Yongji ， ZHANG Hengxu ， et al . Preventative control method for virtual power plant considering transient frequency regulation capability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 83 - 89 .

SOCKEEL N ， GAFFORD J ， PAPARI B ， et al . Virtual inertia emulator-based model predictive control for grid frequency regulation considering high penetration of inverter-based energy storage system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2932 - 2939 .

陈丽娟，吴甜恬，柳惠波，等 . 基于需量管理的两阶段大用户储能优化模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 1 ）： 194 - 200 .

CHEN Lijuan ， WU Tiantian ， LIU Huibo ， et al . Demand management based two-stage optimal storage model for large users ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 194 - 200 .

吴鸣，任学婧，周丹，等 . 新电改背景下产业园区供电系统容量优化配置方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 5 ）： 2 - 8 .

WU Ming ， REN Xuejing ， ZHOU Dan ， et al . Optimal allocation method for capacity of power supply system in industrial park under new electricity market reform ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 2 - 8 .

MOGHADDAM I N ， CHOWDHURY B ， DOOSTAN M . Optimal sizing and operation of battery energy storage systems connected to wind farms participating in electricity markets ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1184 - 1193 .

蒋向兵，汤波，余光正，等 . 面向新能源就地消纳的园区储能与电价协调优化方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 5 ）： 51 - 64 .

JIANG Xiangbing ， TANG Bo ， YU Guangzheng ， et al . Coordination and optimization method of park-level energy storage and electricity price for local accommodation of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 51 - 64 .

WEI W ， WANG Z J ， LIU F ， et al . Cost-efficient deployment of storage unit in residential energy systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 525 - 528 .

黄际元，李欣然，常敏，等 . 考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 21 ）： 112 - 121 .

HUANG Jiyuan ， LI Xinran ， CHANG Min ， et al . Capacity allocation of BESS in primary frequency regulation considering its technical-economic model ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 21 ）： 112 - 121 .

ZHANG F ， HU Z C ， MENG K ， et al . HESS sizing methodology for an existing thermal generator for the promotion of AGC response ability ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 608 - 617 .

付爱慧，张峰，张利，等 . 考虑爬坡功率有限平抑的高渗透率光伏电网储能配置策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 15 ）： 53 - 61 .

FU Aihui ， ZHANG Feng ， ZHANG Li ， et al . Capacity optimization strategy of energy storage system for power grid with high penetration of photovoltaic considering limited smoothing of photovoltaic ramping power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 15 ）： 53 - 61 .

李兆伟，方勇杰，李威，等 . 电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 1 - 7 .

LI Zhaowei ， FANG Yongjie ， LI Wei ， et al . Discussion on application of electrochemical energy storage in three defense lines of power grid frequency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 1 - 7 .

CAO Y J ， WU Q W ， ZHANG H X ， et al . Optimal sizing of hybrid energy storage system considering power smoothing and transient frequency regulation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 142 ： 108227 .

薛禹胜 . 时空协调的大停电防御框架——（三）各道防线内部的优化和不同防线之间的协调［J］. 电力系统自动化， 2006 ， 30 （ 3 ）： 1 - 10 .

XUE Yusheng . Space-time cooperative framework for defending blackouts： Part Ⅲ optimization and coordination of defense-lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2006 ， 30 （ 3 ）： 1 - 10 .

ANDERSON P M ， MIRHEYDAR M . A low-order system frequency response model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1990 ， 5 （ 3 ）： 720 - 729 .

EGIDO I ， FERNANDEZ-BERNAL F ， CENTENO P ， et al . Maximum frequency deviation calculation in small isolated power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 1731 - 1738 .

CAO Y J ， ZHANG H X ， ZHANG Y ， et al . Extending SFR model to incorporate the influence of thermal states on primary frequency response ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 19 ）： 4069 - 4078 .

曹永吉，张恒旭，张怡，等 . 基于事件驱动的机组快速频率响应控制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 148 - 154 .

CAO Yongji ， ZHANG Hengxu ， ZHANG Yi ， et al . Event-driven fast frequency response control method for generator unit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 148 - 154 .

KOUKOULA D I ， HATZIARGYRIOU N D . Gossip algorithms for decentralized congestion management of distribution grids ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 3 ）： 1071 - 1080 .

ZHENG J H ， KOU Y N ， LI M S ， et al . Stochastic optimization of cost-risk for integrated energy system considering wind and solar power correlated ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2019 ， 7 （ 6 ）： 1472 - 1483 .

HOU P ， HU W H ， SOLTANI M ， et al . Optimized placement of wind turbines in large-scale offshore wind farm using particle swarm optimization algorithm ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2015 ， 6 （ 4 ）： 1272 - 1282 .

卢恩，鲁晓军，龙霏，等 . 电力系统停电风险评估指标及方法［J］. 电力自动化设备， 2015 ， 35 （ 3 ）： 68 - 74 .

LU En ， LU Xiaojun ， LONG Fei ， et al . Indexes and method of power system outage risk assessment ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2015 ， 35 （ 3 ）： 68 - 74 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

计及扰动不确定性的储能系统容量鲁棒优化配置