孔昱凱 溫步瀛 唐雨晨

（1. 福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108；2. 國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，福州 350012）

0 引言

隨著儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更加廣泛，其對(duì)電網(wǎng)的重要性也日益提高[1-3]。負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能通過低儲(chǔ)高放、充當(dāng)應(yīng)急備用電源、平抑電網(wǎng)波動(dòng)[4-5]等提升電能質(zhì)量；電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能通過削峰填谷[6-7]、調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力、增加電網(wǎng)備用等提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性；電廠側(cè)儲(chǔ)能通過促進(jìn)可再生能源消納[8-9]、平滑出力、降低棄風(fēng)棄光現(xiàn)象等提升電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。儲(chǔ)能系統(tǒng)因其自身反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)靈活的特性在電網(wǎng)中提供不同的服務(wù)，已成為電力網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分。

目前，我國有關(guān)儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中的運(yùn)行政策并不完善，相關(guān)的市場(chǎng)化體系仍在逐步搭建，而儲(chǔ)能的運(yùn)行方式大多為單一市場(chǎng)交易，即儲(chǔ)能系統(tǒng)僅參與某一種市場(chǎng)交易模式，諸如能量市場(chǎng)或調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。該模式簡(jiǎn)單便捷，但并未充分發(fā)揮儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)能力。國外的儲(chǔ)能電站已經(jīng)形成較為完善的市場(chǎng)化機(jī)制，存在聯(lián)合市場(chǎng)交易模式，即儲(chǔ)能系統(tǒng)在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)參與能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)的模式。文獻(xiàn)[10]從能量、備用市場(chǎng)角度出發(fā)，提出兩階段出清模型，實(shí)現(xiàn)了日前日內(nèi)的有效過渡。文獻(xiàn)[11]考慮系統(tǒng)中各資源最優(yōu)分配，并以系統(tǒng)成本最小為目標(biāo)構(gòu)建模型，但未注重儲(chǔ)能系統(tǒng)在輔助服務(wù)市場(chǎng)中的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)[12]考慮儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)直接收益與間接收益，并以此建立考慮多目標(biāo)的儲(chǔ)能優(yōu)化配置雙層決策模型。上述文獻(xiàn)均將儲(chǔ)能電站視為電網(wǎng)的能量、備用資源，未考慮到儲(chǔ)能電站參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的優(yōu)越性。

針對(duì)該問題，文獻(xiàn)[13]考慮儲(chǔ)能參與能量、調(diào)頻市場(chǎng)，分析其出清電價(jià)耦合性，并提出考慮調(diào)頻的市場(chǎng)出清模型。文獻(xiàn)[14]中儲(chǔ)能電站參與二次調(diào)頻與可再生能源協(xié)調(diào)運(yùn)行，以此構(gòu)建風(fēng)儲(chǔ)優(yōu)化模型，在提高儲(chǔ)能利用率的同時(shí)，增加風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行效益。文獻(xiàn)[15]針對(duì)儲(chǔ)能電站反應(yīng)迅速的特性，建立儲(chǔ)能跟蹤自動(dòng)發(fā)電控制（automatic generation control,AGC）變化的調(diào)度模型。文獻(xiàn)[16-17]考慮儲(chǔ)能與可再生能源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，量化儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行收益，降低系統(tǒng)總運(yùn)營成本。上述文獻(xiàn)中儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻服務(wù)，但未考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)參與調(diào)峰服務(wù)、調(diào)頻服務(wù)與能量市場(chǎng)的運(yùn)行模式。

綜上所述，儲(chǔ)能電站以聯(lián)合市場(chǎng)交易模式參與運(yùn)行，是電網(wǎng)運(yùn)行的必然趨勢(shì)。本文考慮區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行過程中儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的作用，考慮儲(chǔ)能電站同時(shí)參與調(diào)峰服務(wù)、調(diào)頻服務(wù)、能量市場(chǎng)運(yùn)行，從日前與日內(nèi)兩個(gè)角度出發(fā)，以區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行收益最大化為目標(biāo)，構(gòu)建區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化模型，并通過算例分析儲(chǔ)能不同運(yùn)行模式、運(yùn)行狀態(tài)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

1 求解思路

區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)可提供多種多樣的服務(wù)，包括參與輔助服務(wù)市場(chǎng)、控制系統(tǒng)頻率、儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源的協(xié)調(diào)運(yùn)行等。其中，可再生能源的不確定性與波動(dòng)性是造成電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定的重要因素，通常通過預(yù)留一定百分比備用容量予以應(yīng)對(duì)，這種方法相對(duì)粗放、保守，并在一定程度上增加了備用成本，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以更有效地解決上述問題。本文考慮獨(dú)立儲(chǔ)能電站，通過其參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，可有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)于某一區(qū)域電網(wǎng)而言，調(diào)峰與調(diào)頻是由調(diào)度根據(jù)出力曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)也是備用容量，參與調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。除儲(chǔ)能系統(tǒng)外，區(qū)域電網(wǎng)中各機(jī)組也參與調(diào)峰調(diào)頻，均在一定范圍內(nèi)提供相應(yīng)的備用容量來滿足電網(wǎng)的需求。

根據(jù)文獻(xiàn)[18]中關(guān)于備用響應(yīng)時(shí)間的劃分，調(diào)峰的時(shí)間間隔一般為h 級(jí)，調(diào)頻的時(shí)間間隔為min級(jí)，以此進(jìn)行調(diào)峰與調(diào)頻的劃分。結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行中日前與日內(nèi)運(yùn)行的預(yù)測(cè)功率的偏差，本文將區(qū)域電網(wǎng)的優(yōu)化過程分為兩部分，日前優(yōu)化以1h 為時(shí)間間隔，主要考慮調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)；日內(nèi)以15min 為時(shí)間間隔，在日前優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)頻輔助服務(wù)以滿足電網(wǎng)的需求。具體的求解流程如圖1 所示。

圖1 求解流程

在日前優(yōu)化過程中，電網(wǎng)系統(tǒng)參與調(diào)峰輔助服務(wù)，根據(jù)負(fù)荷與可再生能源的預(yù)測(cè)曲線，優(yōu)化儲(chǔ)能與機(jī)組的計(jì)劃運(yùn)行狀況。

日內(nèi)優(yōu)化過程中，在日前優(yōu)化的基礎(chǔ)上，考慮可再生能源與負(fù)荷的預(yù)測(cè)偏差，通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能剩余的容量與調(diào)頻機(jī)組，進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)能與機(jī)組的出力情況，并根據(jù)最終的運(yùn)行曲線，確定區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行方案。

2 目標(biāo)函數(shù)

2.1 日前優(yōu)化

日前優(yōu)化中，以1h 為時(shí)間間隔，儲(chǔ)能電站以聯(lián)合市場(chǎng)交易模式（同時(shí)參與調(diào)峰服務(wù)與能量市場(chǎng)）運(yùn)行，考慮可再生能源消納、火電機(jī)組調(diào)峰等因素，制定區(qū)域電網(wǎng)日前運(yùn)行方案。

1）目標(biāo)函數(shù)

針對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的日前優(yōu)化，以區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)。利用儲(chǔ)能降低機(jī)組參與深度調(diào)峰的情況，并增大可再生能源利用率。綜上，區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性以區(qū)域電網(wǎng)日前運(yùn)行總效益Fs最大為目標(biāo)，包括可再生能源運(yùn)行收益、儲(chǔ)能電站運(yùn)行收益、火電機(jī)組運(yùn)行收益及外購電成本，構(gòu)建優(yōu)化模型為

（1）可再生能源的運(yùn)行收益F1

式中：PW(t) 為風(fēng)電上網(wǎng)功率；ptime(t)為t時(shí)段峰谷電價(jià)；Δt為時(shí)間間隔；T為運(yùn)行周期。

（2）電化學(xué)儲(chǔ)能運(yùn)行收益F2

儲(chǔ)能同時(shí)參與能量市場(chǎng)與調(diào)峰輔助服務(wù)。

式中：PB,dis(t)、PB,cha(t)為t時(shí)段的儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電功率；PB,cost為儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行成本。

式中，Ps為儲(chǔ)能電站單位電量運(yùn)行損耗。

（3）火電機(jī)組運(yùn)行收益F3

火電機(jī)組的運(yùn)行獲利包括上網(wǎng)電量收益Fen,n(t)與深度調(diào)峰的補(bǔ)償收益Fdeep,i,n(t)，運(yùn)行成本包括燃料成本Ffuel,n(t)與深度調(diào)峰損耗Floss(t)。

①火電機(jī)組運(yùn)行電量收益

式中：PG,n(t)為t時(shí)段第n臺(tái)火電機(jī)組出力；ponline為火電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)；N為火電機(jī)組臺(tái)數(shù)。

②火電機(jī)組深度調(diào)峰分段補(bǔ)償收益

式中：I為深度調(diào)峰區(qū)間集合；λi,min,n為第n臺(tái)深度調(diào)峰階段i最大負(fù)荷率；PGN,n為第n臺(tái)火電機(jī)組的額定容量；pdeep,i為階段i深度調(diào)峰補(bǔ)償單價(jià)。

③火電機(jī)組運(yùn)行成本

常規(guī)調(diào)峰階段，機(jī)組運(yùn)行成本主要為燃料成本

式中：pcoal為燃料價(jià)格；a、b、c為火電機(jī)組耗量特性函數(shù)的系數(shù)。為便于計(jì)算分析，將二次函數(shù)式分段線性化為分段的一次函數(shù)進(jìn)行表示。

④機(jī)組損耗成本

深度調(diào)峰階段，除了燃料成本外，機(jī)組成本還包括損耗成本和投油成本，即

其中損耗成本為

式中：Loss為火電機(jī)組運(yùn)行損耗系數(shù)；Cth,n為火電機(jī)組的購買成本；Zth,n(t)為t時(shí)段第n臺(tái)火電機(jī)組的轉(zhuǎn)子致裂周次，該值與機(jī)組出力有關(guān)，即

投油成本為

式中：poil為油價(jià)；On(t)為t時(shí)段第n臺(tái)火電機(jī)組的投油量。

（4）外購電成本F4

式中，Pbuy(t)為區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)連接線傳輸功率。

2）約束條件

（1）功率平衡約束

式中：PL(t)為t時(shí)段的負(fù)荷功率；PB(t)為t時(shí)段的儲(chǔ)能充放電功率；Pbuy(t)為外購電功率。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)約束

①功率約束

由于儲(chǔ)能同一時(shí)段只能有一種狀態(tài)，引入二進(jìn)制變量對(duì)其充放電狀態(tài)進(jìn)行約束，即

式中：Ucha(t)、Udis(t)均為0-1 變量，Ucha(t)取值為1代表儲(chǔ)能處于充電狀態(tài)，Udis(t)取值為1 代表儲(chǔ)能處于放電狀態(tài)；PB,chamax、PB,dismax為儲(chǔ)能充、放電的最大功率。

②荷電狀態(tài)約束

將儲(chǔ)能的剩余能量定義為荷電狀態(tài)（state of charge, SOC），其數(shù)值為儲(chǔ)能剩余容量和額定容量的比值。充放電時(shí)要考慮剩余電量，則荷電狀態(tài)約束為

式中：SOC(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能荷電狀態(tài)；EB(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能剩余儲(chǔ)存能量；EBN為儲(chǔ)能額定容量；SOCmin、SOCmax為荷電狀態(tài)最小值、最大值。

③儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC 與充放電功率的關(guān)系

式中，ηc、ηd分別為儲(chǔ)能充、放電效率。

④末狀態(tài)約束

式中，SOC(T)、SOC(1)為決策范圍內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能初始和末尾時(shí)段的荷電狀態(tài)。

（3）可再生能源的出力約束

式中，PWmax為可再生能源的出力上限。

（4）連接線路的傳輸約束

式中，Pbuymax為與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交互功率上限。

2.2 日內(nèi)優(yōu)化

而隨著時(shí)間的不斷推進(jìn)，對(duì)可再生能源與負(fù)荷的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性也不斷提高，為了適應(yīng)負(fù)荷與可再生能源發(fā)電的不確定性，需要各電源參與調(diào)頻服務(wù)，以保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，日內(nèi)優(yōu)化取15min 為時(shí)間間隔，以日前優(yōu)化中確定儲(chǔ)能系統(tǒng)日前充放電計(jì)劃與調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行狀況為基礎(chǔ)進(jìn)行。

儲(chǔ)能電站參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的收益分為兩部分，即備用收益與里程收益。備用容量是指儲(chǔ)能功率介于最大充、放電功率之間時(shí)具有的上、下可調(diào)動(dòng)裕量，如圖2 所示，某時(shí)段儲(chǔ)能參與調(diào)峰輔助服務(wù)的運(yùn)行出力為P1，此時(shí)儲(chǔ)能仍可以向上調(diào)節(jié)P2c，向下調(diào)節(jié)P2d參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。對(duì)于里程收益，目前或使用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，或采用歷史數(shù)據(jù)確定其余備用容量的比例，這里通過參與調(diào)頻運(yùn)行電量進(jìn)行計(jì)算。儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)參與調(diào)頻服務(wù)與能量市場(chǎng)，以充分調(diào)動(dòng)儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)能力，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行收益。

圖2 調(diào)頻備用容量

1）目標(biāo)函數(shù)

以日內(nèi)運(yùn)行收益最高為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)為

式中：Ff為日內(nèi)運(yùn)行總效益；FGf,n為調(diào)頻機(jī)組參與調(diào)頻運(yùn)行效益；FBf為儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻服務(wù)與能量市場(chǎng)的運(yùn)行效益。

（1）儲(chǔ)能電站運(yùn)行收益FBf

式中：PBf,r(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻備用的充放電功率；PBfs(t)、PBfx(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻過程中充、放電功率；pfr為調(diào)頻容量補(bǔ)償價(jià)格；pfl為調(diào)頻里程補(bǔ)償價(jià)格。運(yùn)維成本與前文一致。

（2）調(diào)頻機(jī)組運(yùn)行收益FGf,n

①火電機(jī)組運(yùn)行電量收益

②火電機(jī)組調(diào)頻收益

式中：PG,nr調(diào)頻火電機(jī)組備用容量；PG,nl調(diào)頻火電機(jī)組調(diào)頻里程。

③第n臺(tái)火電機(jī)組運(yùn)行成本

主要為燃料成本，見式（8）。

2）約束條件

（1）功率平衡約束

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)峰的常規(guī)機(jī)組出力、儲(chǔ)能出力、可再生能源及負(fù)荷功率之間的功率平衡。

式中：ΔPL(t)為t時(shí)段的負(fù)荷的預(yù)測(cè)誤差；ΔPW(t)為t時(shí)段的風(fēng)電的預(yù)測(cè)誤差。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)約束

儲(chǔ)能系統(tǒng)的約束與日前優(yōu)化目標(biāo)中的儲(chǔ)能約束相同，這里不再贅述，具體如式（15）～式（19）所示。

2.3 模型求解

上述模型中存在0-1 變量與整數(shù)變量相乘，或分段函數(shù)等非線性部分，通過文獻(xiàn)[19]中的線性化方式將其線性化處理后，利用商業(yè)優(yōu)化軟件CPLEX與YALMIP 求解工具箱在Matlab 中編程求解。

3 算例分析

3.1 算例參數(shù)

本文以某虛擬區(qū)域電網(wǎng)為例進(jìn)行計(jì)算，區(qū)域電網(wǎng)中包括儲(chǔ)能電站、燃煤火電機(jī)組、可再生能源發(fā)電廠與負(fù)荷。由于電廠側(cè)儲(chǔ)能的部分收益歸算到火電機(jī)組側(cè)，無法明確計(jì)算儲(chǔ)能的收益，本文儲(chǔ)能設(shè)置為電網(wǎng)側(cè)的獨(dú)立儲(chǔ)能裝置。本文負(fù)荷上限為200MW·h，風(fēng)電機(jī)組的最大發(fā)電量為40MW·h，火電機(jī)組的最大出力為100MW·h，儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)和火電機(jī)組參數(shù)分別見表1 和表2。典型日負(fù)荷、風(fēng)電出力日前預(yù)測(cè)曲線如圖3 所示。日內(nèi)預(yù)測(cè)誤差主要為可再生能源與負(fù)荷的不確定性影響所致，本文通過在日前預(yù)測(cè)曲線疊加正態(tài)分布的白噪聲模擬預(yù)測(cè)誤差。

表1 儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)

表2 火電機(jī)組參數(shù)

圖3 典型日負(fù)荷、風(fēng)電出力日前預(yù)測(cè)曲線

儲(chǔ)能電站設(shè)定不同的工作模式，在深充深放模式下，在調(diào)峰交易的初始階段，儲(chǔ)能處于最小荷電狀態(tài)，在交易周期內(nèi)，儲(chǔ)能進(jìn)行單次充電，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于最大荷電狀態(tài)時(shí)停止充電。在淺充淺放模式下，儲(chǔ)能在每個(gè)交易日的初始運(yùn)行荷電狀態(tài)要求其SOC 在0.5 左右波動(dòng)。

火電機(jī)組在正常調(diào)峰范圍之外，采用分層報(bào)價(jià)確定其深度調(diào)峰補(bǔ)償，以機(jī)組有償調(diào)峰基準(zhǔn)負(fù)荷率為起點(diǎn)，采用下調(diào)容量比例形式報(bào)價(jià)。以下調(diào)機(jī)組5%的額定容量比例作為一個(gè)報(bào)價(jià)區(qū)間，隨調(diào)峰深度增加依次遞增報(bào)價(jià)，而深度調(diào)峰到達(dá)一定程度需要進(jìn)行投油。設(shè)置火電機(jī)組有償調(diào)峰補(bǔ)償基準(zhǔn)負(fù)荷率為60%，投油調(diào)峰的負(fù)荷率為45%。有償調(diào)峰補(bǔ)償價(jià)格見表3。

表3 有償調(diào)峰補(bǔ)償價(jià)格表

針對(duì)調(diào)頻過程，調(diào)頻里程與調(diào)頻容量的報(bào)價(jià)分別取12 元/(MW·h)、960 元/MW/月進(jìn)行計(jì)算。

研究對(duì)象所在區(qū)域售電分時(shí)電價(jià)見表4。

表4 售電分時(shí)電價(jià)

3.2 算例分析

1）不同運(yùn)行模式對(duì)比

儲(chǔ)能在區(qū)域電網(wǎng)中以不同運(yùn)行目標(biāo)運(yùn)行的收益不同，見表5。

表5 不同運(yùn)行目標(biāo)收益計(jì)算

為了體現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)不同運(yùn)行目標(biāo)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益的差異，設(shè)置對(duì)比場(chǎng)景進(jìn)行分析：①場(chǎng)景1，儲(chǔ)能電站僅參與能量市場(chǎng)；②場(chǎng)景2，儲(chǔ)能電站參與調(diào)峰服務(wù)、能量市場(chǎng)；③場(chǎng)景3，儲(chǔ)能電站參與調(diào)頻服務(wù)、能量市場(chǎng)；④場(chǎng)景4，儲(chǔ)能電站參與調(diào)頻服務(wù)、調(diào)峰服務(wù)、能量市場(chǎng)多目標(biāo)的角度出發(fā)，優(yōu)化儲(chǔ)能運(yùn)行。

對(duì)比不同的儲(chǔ)能運(yùn)行模式對(duì)運(yùn)行效益、儲(chǔ)能利用效率的影響，分析儲(chǔ)能參與運(yùn)行的效益。上述不同場(chǎng)景中，儲(chǔ)能的收益計(jì)算方式并不相同，計(jì)算儲(chǔ)能電站參與不同運(yùn)行目標(biāo)收益見表6。

表6 場(chǎng)景1、場(chǎng)景2、場(chǎng)景3、場(chǎng)景4 優(yōu)化結(jié)果

從系統(tǒng)運(yùn)行的角度出發(fā)，由場(chǎng)景1 與場(chǎng)景2、場(chǎng)景3、場(chǎng)景4 的對(duì)比看出，儲(chǔ)能在能量市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)或調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，其運(yùn)行總收益均有一定的下降（-0.28 萬元、-15.69 萬元），儲(chǔ)能以多目標(biāo)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總的運(yùn)行收益增加（+0.58 萬元），表明考慮多目標(biāo)運(yùn)行的優(yōu)化方式有利于提升系統(tǒng)運(yùn)行效益；外購電的收益中場(chǎng)景4 略大于場(chǎng)景3，處于較低的水平，表明考慮多目標(biāo)運(yùn)行的優(yōu)化方式有利于降低聯(lián)絡(luò)線路的傳輸功率；可再生能源收益方面，場(chǎng)景4 大于場(chǎng)景3，多目標(biāo)運(yùn)行可適度提升可再生能源的消納。綜合考慮，儲(chǔ)能以多目標(biāo)運(yùn)行是更優(yōu)的選擇。

從儲(chǔ)能自身的角度出發(fā)，場(chǎng)景3 的運(yùn)行電量最小，場(chǎng)景1、場(chǎng)景2 至場(chǎng)景4 中運(yùn)行電量逐步降低，場(chǎng)景4 中的儲(chǔ)能運(yùn)行電量較小，表明同時(shí)參與多個(gè)不同運(yùn)行目標(biāo)的情況下，有效降低運(yùn)行電量，提升運(yùn)行效率；而場(chǎng)景3 中儲(chǔ)能運(yùn)行電量較低，加上從成本收益中看出，儲(chǔ)能參與調(diào)頻有額外的補(bǔ)償，場(chǎng)景3 中儲(chǔ)能的運(yùn)行效益遠(yuǎn)大于其他場(chǎng)景，就目前而言，儲(chǔ)能參與調(diào)頻自身獲利最大。

綜合來看，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與不同的市場(chǎng)交易模式帶來的運(yùn)行收益不同，而儲(chǔ)能系統(tǒng)以聯(lián)合市場(chǎng)交易模式參與運(yùn)行，可充分利用不同市場(chǎng)之間時(shí)間差異性，充分調(diào)度儲(chǔ)能電站的調(diào)節(jié)能力，增加儲(chǔ)能電站參與不同市場(chǎng)的運(yùn)行量，提升儲(chǔ)能電站的利用率，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，同時(shí)降低聯(lián)絡(luò)線傳輸功率，提升可再生能源的消納量，增加系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。

2）儲(chǔ)能不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比

目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)有補(bǔ)償機(jī)制，推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻市場(chǎng)。儲(chǔ)能參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)總運(yùn)行成本也有下降，也應(yīng)給予相應(yīng)補(bǔ)償，以激勵(lì)儲(chǔ)能參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)。本文增加儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)補(bǔ)償以促進(jìn)儲(chǔ)能參與調(diào)峰服務(wù)，分析儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)償對(duì)于儲(chǔ)能運(yùn)行優(yōu)化的影響，統(tǒng)一采取500 元/(MW·h)時(shí)的補(bǔ)償價(jià)格。并考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，增設(shè)3 個(gè)場(chǎng)景，分析儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)償、狀態(tài)改變對(duì)儲(chǔ)能運(yùn)行的影響。

場(chǎng)景5 為在儲(chǔ)能多目標(biāo)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，考慮儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)償進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

場(chǎng)景6 中進(jìn)一步對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行限制，令儲(chǔ)能在淺充淺放的狀態(tài)下運(yùn)行，第一階段充放電深度50%～75%，第二階段充放電深度50%～75%。

場(chǎng)景7 為電池儲(chǔ)能電站深充深放的運(yùn)行狀態(tài)，第一階段充放電深度75%～90%，第二階段充放電深度50%～75%。不同場(chǎng)景優(yōu)化結(jié)果見表7。

表7 場(chǎng)景4、場(chǎng)景5、場(chǎng)景6、場(chǎng)景7 優(yōu)化結(jié)果

對(duì)比場(chǎng)景4、場(chǎng)景5 可以看出，在儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)償顯著增加系統(tǒng)運(yùn)行收益，刺激儲(chǔ)能參與調(diào)峰過程，儲(chǔ)能運(yùn)行電量提升，同時(shí)其運(yùn)行收益顯著增加；對(duì)比場(chǎng)景6 和場(chǎng)景7，場(chǎng)景7 儲(chǔ)能以深充深放的運(yùn)行模式運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行電量的小幅度上升（1.92%），增加儲(chǔ)能運(yùn)行成本，但儲(chǔ)能運(yùn)行收益增長(zhǎng)約50%，反而場(chǎng)景6 中儲(chǔ)能電站以淺充淺放的狀態(tài)運(yùn)行導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降，表明深充深放的運(yùn)行模式經(jīng)濟(jì)性更好。

綜上所述，增加儲(chǔ)能調(diào)峰補(bǔ)償后，可以提升儲(chǔ)能參與調(diào)峰的積極性，而深充深放的模式在提升儲(chǔ)能利用率的同時(shí)，增加區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行效益，可以參照火電機(jī)組深度調(diào)峰梯級(jí)補(bǔ)償政策，制定儲(chǔ)能參與調(diào)峰梯級(jí)補(bǔ)償措施，充分發(fā)揮儲(chǔ)能運(yùn)行的特性，提升區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

由于儲(chǔ)能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中不可缺失的一部分，而目前儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方式單一，并未發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行全部潛力。本文考慮儲(chǔ)能電站同時(shí)參與調(diào)峰服務(wù)、調(diào)頻服務(wù)、能量市場(chǎng)聯(lián)合市場(chǎng)交易，從日前日內(nèi)兩個(gè)時(shí)間尺度構(gòu)建含儲(chǔ)能區(qū)域電網(wǎng)優(yōu)化模型，并通過算例分析證明所提方案有效性，得到以下結(jié)論：

1）聯(lián)合市場(chǎng)交易模式是儲(chǔ)能系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，本文所提的儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)參與調(diào)峰服務(wù)、調(diào)頻服務(wù)與能量市場(chǎng)的運(yùn)行模式，可以提升儲(chǔ)能電站的利用率，并增加區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行效益。

2）目前儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)收益較高，導(dǎo)致儲(chǔ)能更偏向于調(diào)頻輔助服務(wù)，需建立調(diào)峰服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，促進(jìn)儲(chǔ)能電站參與調(diào)峰服務(wù)，更充分地發(fā)揮儲(chǔ)能電站參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的潛力。

3）儲(chǔ)能電站深充深放的運(yùn)行狀態(tài)，更有利于區(qū)域電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性?？蓞⒖蓟痣姍C(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償，構(gòu)建儲(chǔ)能電站調(diào)峰梯級(jí)補(bǔ)償機(jī)制，進(jìn)一步提升儲(chǔ)能電站容量的利用率。