考虑辅助服务和碳效益的光伏电站电化学储能优化配置

作     者：巩晋通 

作者单位：武汉大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈磊

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：储能优化配置 协调运行策略 辅助服务 碳效益 光伏出力预测 

摘      要：光伏出力具有较大的波动性和间歇性,其大规模并网增加了系统调峰压力,弃光现象时有发生。以锂电池为代表的电化学储能具有响应速度快、调节能力强的特点,在光伏电站配置一定比例的储能可有效消纳弃光。但考虑到目前储能成本较高,若不能准确评估光伏电站的弃光水平,会导致储能配置结果偏差较大,难以满足实际需求;另一方面,随着我国电力辅助服务市场以及碳交易市场的不断发展,储能有了新的应用场景和盈利渠道。因此,建立准确的光伏出力预测模型,提出考虑辅助服务的储能多应用场景协调运行策略,并在此基础上考虑碳效益进行储能的优化配置,使得光伏电站配置储能在满足消纳弃光需求的同时有较好的经济效益,对推动我国“光伏+储能的发展具有重要意义。本文的主要研究内容如下: (1)提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和加权马尔可夫链的光伏出力组合预测方法。针对光伏出力具有非平稳性和无后效性的特点,首先利用VMD将原始出力序列分解为若干平稳分量;然后对各分量采用加权马尔可夫链预测模型进行预测;最后通过叠加各分量预测值实现光伏出力预测。算例结果表明所提方法可降低预测误差,为后续储能运行策略的制定和优化配置提供了支撑。 (2)提出了考虑辅助服务的储能多应用场景协调运行策略。首先介绍了光储系统模型及储能参与电力辅助服务市场的有关机制,明确了储能消纳弃光、辅助调峰、辅助调频的多场景应用模式;然后基于弃光曲线制定了储能消纳弃光的运行策略;最后为提高储能利用率和经济收益,考虑不同场景之间的时空兼容性,提出了储能消纳弃光、辅助调峰双应用场景协调运行策略以及消纳弃光、辅助调峰、辅助调频多应用场景协调运行策略。算例结果表明所提储能协调运行策略可以充分利用储能消纳弃光后的空闲时段和容量,提高储能利用小时数和经济收益,为储能优化配置奠定了基础。 (3)提出了考虑协调运行策略和碳效益的储能优化配置方法。首先分析了储能的碳效益和经济效益,结合阶梯式碳交易机制建立了储能低碳综合效益模型并给出了具体的计算方法;然后基于储能多应用场景协调运行策略,从光伏电站的角度出发,以最大化储能低碳综合效益为目标并考虑储能实际安装约束,建立了储能两阶段优化配置模型;最后采用改进粒子群算法对模型进行求解,得到光伏电站在不同场景下的最优储能配置功率和容量,并对储能成本和辅助服务补偿价格对配置结果的影响进行了敏感性分析。算例结果表明所提方法能全面的反映储能应用价值,可在有效消纳弃光的同时进一步提高储能收益水平,从而激发光伏电站配置储能的热情。