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专利号: 2023111058522
申请人: 湖南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于,包括:步骤S1,考虑多用户电能质量治理服务和应急保供电服务的差异化需求和储能变流器有功无功双向调节的四象限运行特性,构建多用户电能质量分级治理模式下储能有功‑无功协调调度模型;所述电能质量治理服务包括无功补偿、谐波治理、电压暂降治理;

所述多用户电能质量分级治理模式下储能有功‑无功协调调度模型如下: (1)

(2)

(3)

(4)

式中, 、 、 分别为 时刻储能变流器输出的有功功率、无功功率、畸变功率; 为 时刻储能变流器输入的有功功率; 是0或1的变量,其值为1时表示储能提供应急保供服务,其值为0时表示储能不提供应急保供服务; 、 分别为 时刻光伏消纳放电功率和峰谷套利放电功率; 为用户数; 为用户 在 时刻所需电压暂降治理功率; 为 时刻储能输出的应急保供电功率; 、 分别为 时刻光伏消纳充电功率和峰谷套利充电功率; 为用户 在 时刻所需补偿的无功功率; 为用户在 时刻的有功功率; 为 时刻流过用户 的基波电流滞后于电压的相角; 为达到用户所选第 等级电能质量时流过用户 的基波电流滞后于电压的相角; 为用户在 时刻所需的谐波畸变功率; 为节点电压有效值; 为 时刻用户 的谐波电流含量;

为达到用户所选第 等级电能质量时用户 的谐波电流含量; 为基波电流有效值;

为 时刻用户 的电流总谐波畸变率; 为达到用户所选第 等级电能质量时用户 的电流总谐波畸变率;

步骤S2,基于储能变流器PQ控制策略并计及功率平衡约束、储能充放电功率约束、荷电状态约束,确定考虑电能质量分级治理下分布式储能有功‑无功协调充放电复用策略,所述分布式储能有功‑无功协调充放电复用策略为:基于分布式储能有功无功解耦控制方法,分布式储能在整个运行期间持续为用户提供无功补充、谐波治理服务;分布式储能在谷时电价时段充电,此时段不提供应急保供、电压暂降治理服务;分布式储能在充电结束之后到尖峰电价时段开始之前,输出有功为用户提供应急保供、电压暂降治理服务;分布式储能在尖峰电价时段放电,此时段进行光伏消纳和峰谷价差套利;

步骤S3,计及分布式光伏和用户负荷不确定性,考虑电能质量分级治理失败导致用户经济损失,构建分布式储能电能质量分级治理违约风险成本估计模型;

所述分布式储能电能质量分级治理违约风险成本估计模型如下:(8)

式中, 为储能年违约风险成本; 为储能在第 等级电能质量下的违约风险成本;

为违约风险成本 的数学期望; 为储能提供的电能质量治理服务未达到用户所选择 等级时所需赔付的单位用电违约金; 用户 在 等级的年用电量; 为储能提供第 等级电能质量治理服务后用户实际所处电能质量等级, ; 为储能提供第 等级电能质量治理服务后,用户实际所处电能质量等级 等于 的概率;

为电能质量等级数;

步骤S4,基于储能运行约束、光伏消纳约束、电能质量治理约束,计及电能质量分级治理效益和违约风险成本,构建以储能年综合效益最大为目标的分布式储能容量配置模型。

2.根据权利要求1所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:选取功率因数、电流总谐波畸变率、年电压暂降次数作为电能质量等级划分的指标,电能质量等级由低到高分为1‑7级。

3.根据权利要求2所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:步骤S2中,所述分布式储能有功‑无功协调充放电复用策略还包括,根据事件的紧急性对电能质量治理服务和应急保供电服务进行优先级排序,各服务的优先级排序为:应急供保电>电压暂降>无功补偿=谐波治理。

4.根据权利要求3所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:步骤S2中,所述分布式储能有功‑无功协调充放电复用策略还包括如下约束条件:

1)功率平衡约束

储能一天中输入的有功功率之和与输出的有功功率之和相等,如下式:(5)

式中, 为储能每天运行的时段数;

2)充放电功率约束

储能的有功无功输出功率受储能变流器容量限制,且同一时刻储能只存在一种充放电状态,如下式:(6)

式中, 为储能变流器的额定视在功率; 表示储能充电状态的0或1变量, 为1代表储能处于充电状态, 为0代表储能未处于充电状态; 表示储能放电状态的0或1变量, 为1代表储能处于放电状态, 为0代表储能未处于放电状态; 、 分别表示储能充、放电功率的最大值;

3)储能荷电状态约束

储能的SOC状态在一定区间内是变化的,且在一日的调度周期内起始时刻的SOC状态与结束时刻的SOC状态相同,如下式:(7)

式中, 、 分别为储能电池SOC的最大约束值和最小约束值; 为储能在 时刻的SOC状态; 为储能电池的额定容量; 、 分别表示储能的充、放电效率;

为计算时间长度。

5.根据权利要求4所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:所述单位用电违约金 采用如下方法进行计算:先构建用户电能质量经济损失的CVaR模型,为:(9)

(10)

(11)

式中, 为实际电能质量等级 下的用户经济损失; 为储能提供第 等级电能质量治理服务时,在置信度水平 下用户 单位用电最大可能损失,其物理意义表示储能提供 等级电能质量治理服务时,在置信度水平为 的概率下保证用户 单位用电经济损失不超过 ; 为用户 储能在第 等级电能质量治理服务后经济损失超过最大可能损失的条件均值,其物理意义表示储能提供 等级电能质量治理服务时,其实际所在等级低于 情况下用户经济损失的风险期望值,即置信度 水平下即使用户单位用电经济损失超过了 ,其极端潜在的平均经济损失不会超过 ; 为置信度水平,置信度水平越低表示单位用电经济损失超过 的极端事件发生概率越高, 取95% 99%; 为~括号内变量的数学期望,即算数平均值; 为经济损失阈值; 用户 单位用电经济损失不超过 的风险分布函数;

再求解式(9)的最小值,得到 和 ;

最后利用下式(12)计算得到单位用电违约金 ;

(12)。

6.根据权利要求5所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:步骤S4中,构建的分布式储能容量配置模型的目标函数为:(13)

式中, 为储能年综合效益; 为储能年峰谷套利收益; 为储能年光伏消纳收益; 为储能年电能质量治理收益; 为储能年建设运营成本。

7.根据权利要求6所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:

1)储能年峰谷套利收益 的计算公式如下:

(14)

式中, 为第 天 时刻储能峰谷套利放电功率; 为第 天 时刻储能峰谷套利充电功率; 为分时电价; 为储能年运行天数;

2)储能年光伏消纳收益 的计算公式如下:

(15)

式中, 为第 天 时刻储能光伏消纳放电功率; 为第 天 时刻储能光伏消纳充电功率; 为光伏上网电价;

3)储能年电能质量治理收益 的计算公式如下:(16)

式中, 为第 等级电能质量的治理电价; 为第 天 时刻选择第 等级电能质量的用户有功负荷; 为第 天 时刻选择第 等级电能质量的用户总用电量,如下式:(17)

式中, 为用户 第 天 时刻选择第 等级电能质量的用电量; 为用户第 天 时刻选择第 等级电能质量的有功负荷;

4)储能年建设运营成本 的计算公式如下:

储能的年建设运营成本 包括有功充放电导致的电池寿命退化成本 、无功充放电导致的变流器寿命损耗成本 和运行维护成本 ,如下式:(18)

其中,电池寿命退化成本 的计算公式如下:

(19)

式中, 为储能的年电池寿命退化成本; 为储能电池本体成本的单位容量价格;

为额定寿命下的能量吞吐量; 为储能电池的往返效率;

另外,变流器寿命损耗成本 的计算公式如下:(20)

式中, 为年变流器寿命损耗成本; 储能变流器PCS单位功率价格; 、 为变流器寿命损失成本的特性系数; 、 、 分别变流器的额定寿命、额定容量、设备购置成本; 为储能在第 天 时刻提供的谐波畸变功率; 为储能在第 天 时刻提供的无功功率;

另外,运行维护成本 的计算公式如下:

(21)

式中, 为单位功率下的运行维护成本; 为储能电池的额定功率。

8.根据权利要求7所述的考虑电能质量分级治理的储能有功‑无功协调复用方法,其特征在于:步骤S4中,以公式(6)‑(7)作为储能运行约束和电能质量治理约束,光伏消纳约束如下:(22)

式中, 为光伏发电在第 天 时刻的弃光量; 为光伏发电在第 天 时刻允许的最大弃光量; 为用户 第 天 时刻的光伏发电量; 为用户 第天 时刻的有功负荷。