俞　磊, 陳金鋒

(國網浙江省電力公司杭州供電公司 變電運維室, 浙江 杭州　310000)

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儲能技術負荷跟蹤服務及其價值評估

俞磊, 陳金鋒

(國網浙江省電力公司杭州供電公司 變電運維室, 浙江 杭州310000)

研究了智能電網中儲能技術提供的負荷跟蹤服務,結合儲能設備提供服務時充放電電量服從Laplace分布的特征,給出了儲能充放電模型,并基于非序貫Monte Carlo方法給出了提供負荷跟蹤服務的價值評估方法.

儲能技術; Monte Carlo方法; 價值評估

智能電網中的儲能技術被稱為電力產業(yè)的第6價值鏈和21世紀電力產業(yè)的新經濟增長點,儲能技術迅猛發(fā)展并在智能電網中的大規(guī)模應用成為必然趨勢.基于儲能技術可提供的負荷跟蹤服務,如何有效評估儲能服務的價值,對儲能技術的開發(fā)和大規(guī)模應用有著較強的推動作用[1-2].

1　儲能提供負荷跟蹤服務的分析

提供負荷跟蹤服務的儲能充放電過程具有連續(xù)性,在電網正常時刻,提供負荷跟蹤服務,通過儲能的充放電來彌補短期負荷預測的誤差,使電網的供需達到平衡.圖1為儲能提供負荷跟蹤和緊急備用服務充放電示意.圖1中,從t0開始,儲能不斷地充放電,以滿足負荷跟蹤的要求.

圖1　儲能提供負荷跟蹤服務充放電示意

2　儲能的充放電模型及其價值評估

為了簡化分析和突出本文的重點,本文只關注儲能設備在每個階段的充放電電量、充放電功率和每個狀態(tài)下儲能的荷電狀態(tài)(state of charge,SOC),以及儲能的充放電能量和功率方面的約束條件.雖然提供不同服務的儲能設備的具體充放電過程存在一定的差異,但是均可以采用每個時間段的荷電狀態(tài)變化來描述儲能的充放電過程.本文重點分析提供負荷跟蹤服務的價值.

儲能設備某一時刻的荷電狀態(tài)為:

(1)

式中:Si——第i階段末儲能的SOC值;

Si+1——下一階段末儲能的SOC值;

Ci——儲能充電量;

Di——儲能放電量;

α,β——充放電效率;

2.1 腦血流量以及微血管的改變 糖尿病患者腦部血流量相比正常同齡人為低。長期高血糖狀態(tài)可造成大中動脈粥樣硬化狹窄以及小血管變細，導致腦局部血流量減少，進一步加重小血管病變，促進了LA的形成［3-4］。

η——儲能的能量儲存效率.

儲能需要同時滿足功率和容量的約束.所謂儲能的容量是指電池在滿電的情況下對外放電,直到電池達到自身的臨界電壓下限為止所放出的所有電量.對于不同種類的電池,其電池容量會有不同,一般用C代表電池容量,單位為Ah或Wh.同時,儲能系統(tǒng)的充放電深度與儲能系統(tǒng)的壽命有直接的關系,過大或過小都不利于儲能系統(tǒng)的使用,因此放電深度應保持在一個合理的范圍內,一般為0.6～0.7.所謂儲能的功率約束是指儲能充放電功率存在極限.通常儲能的約束條件可描述為:

(2)

式中:Smax,Smin——儲能SOC的上下限;

Pmax,Pmin——儲能的最大和最小充放電功率.

儲能充放電過程存在著損耗,效率在70%～90%,為此需要將儲能充放電過程的損耗計算在內.儲能的損耗主要通過內阻的形式表示.儲能系統(tǒng)內阻可分為歐姆內阻與極化內阻兩部分,其中歐姆內阻是儲能系統(tǒng)內部硬件自身的電阻,一般認為不變;極化內阻與儲能系統(tǒng)內離子的濃度有直接的關系,小電流經過電池時,極化電阻較小,大電流經過時,極化電阻較大.通常而言,儲能的充放電過程對儲能中離子的影響不同,為此儲能系統(tǒng)的充放電過程效率也會不同,但就本文而言,假設充放電效率相等是合理的,儲能的充放電效率α和β相等,且將儲能的充放電過程描述為荷電狀態(tài)變化過程,并采用ΔS表示,則式(1)可以簡化為:

(3)

電網故障發(fā)生的時間具有隨機性,儲能的充放電過程具有隨需而變的特點,儲能設備的SOC值無法用數學公式準確描述,因此確定儲能設備的SOC值對于評估儲能的價值具有重要意義.文獻[3]采用負荷預測、間歇性電源出力預測逐個時間序列確定儲能的充放電過程,最終確定儲能的SOC值.然而在目前研究條件下,電網負荷預測、間歇性能源出力預測算法得出的結果與實際值存在不可忽視的誤差,通過電網負荷預測、間歇性能源出力預測得出的充放電過程具有很大的不確定性,也無法判斷具體的準確程度;同時,在每5 min作為一個時間段的情況下,計算量大,計算較復雜.文獻[3]和文獻[4]通過分析BPA(Bonneville Power Administration)數據得出,短期時間尺度(10 min,5 min)內的預測負荷與配電網實際負荷之間的不平衡量服從Laplace分布.提供負荷跟蹤服務的儲能設備可以平滑這種負荷的不平衡量,因此可假設提供負荷跟蹤服務的儲能設備的充放電量服從Laplace分布.Laplace分布的函數表達式為:

(4)

式中:μ——位置參數;

b——尺度參數.

Laplace分布的概率密度函數與正態(tài)分布概率密度函數相似,但正態(tài)分布是用相對于μ平均值的差的平方來表示,而Laplace概率密度用相對于平均值的差的絕對值來表示,因此Laplace分布的尾部比正態(tài)分布更平坦.有文獻表明,Laplace分布更適合描述預測負荷與實際負荷之間的不平衡量[5].儲能任意時刻的荷電狀態(tài)可以通過模擬充放電過程得到.任意時刻儲能的SOC值可以表示為:

(5)

式中:St——待求t時刻的儲能SOC值;

n——時長為t的時間間隔內儲能設備的充放電過程次數.

本文假設每個過程內儲能充放電功率保持恒定不變,并假設在t時間段內儲能的充放電狀態(tài)不變.St可通過采用非序貫Monte Carlo方法抽樣每個時間段內儲能的荷電狀態(tài)變化量Si獲得.假設時間t可分為時間間隔為τ(τ取值為5 min)的n個過程,由于隨機變量取值均勻分布,所以概率統(tǒng)一取值1/n.在每個過程內儲能的充放電量可由式(6)描述的(μ,b)為參數的Laplace分布的隨機數結合儲能設備的充放電功率約束得到.

(6)

式中:x——抽樣得到的滿足Laplace分布的隨機變量;

u——區(qū)間(-0.5,0.5)上服從均勻分布的隨機變量.

在每次Monte Carlo抽樣過程中,ΔSi的取值為:

(7)

由式(6)得到的隨機變量x不一定滿足儲能的容量和荷電狀態(tài)的約束,為此需采用式(7)進行修正.采用非序貫Monte Carlo方法運用式(6)連續(xù)抽樣n次,即可得到每個過程的充放電量x,再用式(7)將x值修正成需要的ΔSi,代入式(5)計算出狀態(tài)末儲能荷電狀態(tài)值Si,最終得到儲能t時刻的荷電狀態(tài)值St.

2.2儲能提供負荷跟蹤的價值評估

目前我國尚未頒布儲能參與電網輔助市場服務的定價機制.美國于2011年推出的755法案(Order 755:Frequency regulation compensation in the organized wholesale power markets)規(guī)定了儲能參與電網的輔助服務并獲得收益的問題.對于提供負荷跟蹤服務的儲能設備,按照儲能的服務形式,需考慮配電網正常供電狀態(tài)下,儲能提供負荷跟蹤服務的租賃價格.儲能提供負荷跟蹤服務的收益目前尚無官方文件規(guī)定.在實際應用中,調節(jié)量、調節(jié)精度和調節(jié)速率是考核輔助服務收益的重要指標.本文假設儲能參與電網的輔助服務對應一個固定的租賃價格[6].

假設配電網安裝的儲能提供負荷跟蹤服務采用的是租賃形式,則:

V1=PDT

(8)

式中:P——儲能的功率,MW;

D——每兆瓦儲能的租賃價格;

T——年均租賃時間.

對于提供分時段共享儲能服務的儲能設備,儲能的價值評估較復雜,涉及儲能的所有權和控制策略.對于提供此類服務的儲能設備,價值評估可通過評估儲能在各時段的價值得到儲能的總價值,即:

(9)

式中:Vi——i時段儲能的價值;

n——儲能的時段數.

在不同的時段,依據儲能提供的服務的不同,Vi的計算方法也不同.Vi的計算公式需要依據儲能的服務價值和約定費率計算.

3　結　語

本文應用Laplace方法描述了儲能設備的充放電過程.基于非序貫Monte Carlo方法給出了提供負荷跟蹤服務的價值評估方法.通過價值評估結果表明,合理設計儲能的應用方式,可以提高儲能的價值,促進儲能技術的發(fā)展.

[1]STANLEY W.History,evolution,and future status of energy storage[J].Proceedings of the IEEE,2012(13):1 518-1 534.

[2]BRUCE D,HARESH K,JEAN M T.Electric energy storage for the grid:a battery of choices[J].Science,2011(8):928-935.

[3]楊裕生,程杰,曹高萍.規(guī)?；瘍δ苎b置經濟效益的判據[J].電池,2011(1):19-21.

[4]FIGUEIREDO F C,FLYNN P C,CABRAL E A.The economics of energy storage in 14 deregulated power markets[J].Energy Studies Review,2006,14(2):131-152.

[5]孫振新,劉漢強,郭燁.儲能經濟型研究[J].中國電機工程學報,2013(增刊):54-58.

[6]崔強,王秀麗,劉祖永.市場環(huán)境下計及儲能電站運行的聯動電價研究及其效益分析[J].中國電機工程學報,2013,33(13):62-68.

(編輯胡小萍)

Energy Storage Technology Load TrackingService and Its Value Assessment

YU Lei, CHEN Jinfeng

(Transforming and Maintenance Section, Hangzhou Power Supply Corporation, Zhejiang Electric Power Corp., State Grid, Hangzhou310000, China)

The energy storage technology in the smart grid to provide load tracking service is studied in combination with energy storage devices which provide service charge and discharge power to obey the Laplace distribution characteristics,energy storage charge.A discharge model is given based on the basis of the sequential Monte Carlo method with load value assessment method of tracking service.

energy storage technology; monte carlo; value assessment

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.03.018

2015-12-28

簡介：俞磊(1983-),男,碩士,工程師,浙江杭州人.主要研究方向為電力系統(tǒng)的運行與維護.E-mail:13958115453@139.com.

TM176;F426.61

A

1006-4729(2016)03-0293-03