电池储能电站替代变电站升级的优化决策配置方法_张中丹.pdf

第 44 卷第 7 期2023 年 7 月电力建设Electric Power ConstructionVol.44No.7Jul 2023http:/www cepc com cn基金项目:国网甘肃省电力公司科技项目(52273020000B)电池储能电站替代变电站升级的优化决策配置方法张中丹，皮霞，杨德州，吕金历(国网甘肃省电力公司经济技术研究院，兰州市 730050)摘要:在大规模新能源接入及负荷增长情况下部分变电站存在容量不足问题，为确保电力公司运行经济性，文章对比分析配置储能电站及变电站升级扩容两种方案。首先考虑方案经济性、可靠性及环境指标建立综合评价指标体系进行评估，其次以最大化配置储能效益为规划目标，考虑储能系统全寿命周期成本与提升电网运行可靠性、延缓电网升级改造及降低配电网运行网损三部分效益建立储能成本 效益模型，然后采用改进进化算法进行仿真确定储能系统的配置容量，并通过评价体系得到最佳规划方案。结果表明:在当前电网运行水平和模式下，配置储能系统可以延缓电网升级改造，提升电网整体运行水平，可为后续大规模新能源并网应用储能系统平滑新能源出力、延缓电网升级改造提供规划参考。关键词:配电网规划;储能系统;变电站扩容;可靠性;容量配置Optimal Decision-making Configuration Method for BatteryEnergy Storage Station to eplace Substation UpgradesZHANG Zhongdan，PI Xia，YANG Dezhou，L Jinli(Economic and Technical esearch Institute of State Grid Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，China)ABSTACT:With the introduction of large-scale energy sources and increasing load growth，some substations may facecapacity limitations To ensure the operational economy of power companies，this study undertakes a comparative analysis oftwo schemes for configuring energy storage power stations and upgrading and expanding substations First，we considered theeconomic，reliability，and environmental indicators of the scheme to establish a comprehensive evaluation index systemSecond，to maximize the allocation of energy storage benefits as the planning goal，we consider the life cycle cost of theenergy storage system and the benefits of improving power grid operation reliability，delaying the upgrading of the power grid，and reducing operating network loss in the distribution network to establish an energy storage cost-benefit modelSubsequently，an improved evolutionary algorithm was utilized in simulations to ascertain the allocation capacity of the energystorage system The optimal planning scheme was then obtained through the evaluation system The results show that，underthe current grid operation level and mode，the configuration of the energy storage system can delay grid upgrading，improvethe overall operation level of the grid，and provide a planning reference for the subsequent large-scale new energy gridconnection application of the energy storage system to smooth the new energy output and delay grid upgradingThis work is supported bythe State Grid Gansu Electric Power CompanyScience and TechnologyProject(No.52273020000B)KEYWODS:distribution network planning;energy storage system;substation expansion;reliability;capacity configuration中图分类号:TM91文献标志码:A文章编号:1000 7229(2023)07 0041 09DOI:10.12204/j issn.1000 7229.2023.07.0050引言随着新能源发电发展，风、光发电并网比例逐步提高，新能源渗透率的不断提高及区域用电负荷的增加，导致部分变电站的主变容量无法满足新能源接入及负荷增长带来的容量需求，通常采取变电站扩建改造或配置储能电站两种方案进行解决。变电站扩建改造通过增设变压器来提高负荷承担能力。然而负荷发展较缓，变电站部分时段利用率较低;且随着新能源发电的接入，其波动性对电网造成一定影响，变电站扩建无法在根本上解决未来新能源接入带来的问题。目前随着储能技术的发展，储能逐渐成为电力系电 力 建 设第 44 卷http:/www cepc com cn统发展规划中必不可少的角色。在电网侧配置储能可以利用其随充随放的灵活性，平滑光伏等新能源出力波动，促进新能源消纳;同时改善电网的电能质量，提升运行可靠性;通过控制充放实现延缓电网升级改造、降低运行损耗等作用1-13。但相较于变电站扩建，储能也具有单位成本高、承担负荷增长能力受限等问题，若考虑储能综合效益，在一定条件下替代变电站扩建具有可行性。为此，研究储能替代变电站升级改造的可行性决策方法对指导电网规划具有重要意义。储能系统替代变电站升级改造决策研究首先需要对储能容量配置进行研究，得到储能配置方案。文献 14 提出通过计算可靠性分析不同接入点及接入容量的储能电站对供电可靠性的影响。文献 15 从配电网公司角度，以净收益最大为目标，结合运行策略及投资主体的利益，确定储能系统的配置方案。文献 16 从储能服务提供商的角度，以电网配置储能，并通过使用合同电价的方式影响储能放电政策的应用场景，使用改进粒子群算法求解储能的最佳配置容量及合同电价的双层模型。文献 17 基于智能生成储能运行策略提出了增量配电系统中储能容量优化方法，并基于生成的运行策略及优化方法建立储能容量优化模型。文献 18 为最小化购电费用和储能系统配置与变电站升级的综合投资费用，提出了变电站升级联合配置储能电站的协调规划方法。文献 19考虑能源互联网的储能需求，构建了储能容量协调优化方法。文献 20 计及储能充放电策略及放电程度对储能系统寿命周期影响，建立了基于充放电策略的储能配置方法。在对储能综合效益评估方面，文献 21考虑储能系统优化新能源出力、反调峰和改善新能源出力预报精度等构建了储能综合效益评估框架。文献 22利用降低能量损耗效益、峰谷电价差套利效益和提升环境效益 3 个指标评估储能系统的综合价值效益。文献 23 从技术性、环境性、经济性 3 个维度出发，建立了电化学储能的综合评价指标体系，文献 24基于上述三个维度还加入了社会影响等因素评估多层储能系统在光伏发电大规模并网的配电网中的适用性。文献 25考虑系统惯量及频率，研究储能电站对调频、调峰及潮流调度的影响。然而，上述文献只对储能系统的效益进行了综合评估，无法同时评估多个方案。综上，文章提出了一种电池储能系统替代变电站升级改造的优化决策方法，首先考虑配置储能电站的延缓改造、提升可靠性及降损效益，结合储能电站的全寿命周期成本，建立储能系统的成本效益综合模型，并以最优化综合效益为目标，得到储能容量的最优配置方案，其次建立经济性指标、可靠性指标及环境指标，构建权重赋值综合效益评价体系，对配置储能系统及变电站升级两种方案进行对比分析，得到最佳方案。文章所提方法可将配置储能与变电站升级方案在同一框架下进行评估对比，可以提高配电网投资建设的精准性，为配电网规划提供理论支撑。1决策场景及方案策略1.1规划方案对比分析配电网新能源渗透率的不断提高及区域用电负荷的进一步增加，可能导致部分变电站的主变容量无法满足因负荷增长及新能源发电并网带来的运行需求，通常采取变电站升级改造或配置储能电站两种方案进行解决26。变电站升级改造是相对传统的方案，其在原变电站基础上增设变压器来提高负荷承担能力27。随着储能技术的发展和规模应用，在电网侧配置储能电站可以利用其随充随放的灵活性，平滑光伏等新能源出力的波动，促进新能源消纳;同时改善电网的电能质量，提升运行可靠性。考虑到配置场景及运行需求，电化学储能电站是首选储能类型。目前储能电池的成本相对较高，随着未来技术的突破和大规模应用，其成本还将进一步降低28。为获得最优规划方案，对电池储能电站替代变电站升级改造的决策需要从多角度考虑，通过建立综合评价体系对其在同一框架下进行方案对比决策。1.2经济性指标随着地区的发展，考虑到供电区负荷发展实际需求及新能源发电并网送电的需求，需要对原有的区域枢纽变电站进行扩容改造。变电站升级改造成本主要包括新变压器的购置资金及变电站配套一二次设备的更新费用，所需的静态投资费用 Cbd:Cbd=Ctra+Coth(1)式中:Ctra为变压器购入投资;Coth为配套一二次设备的更新投资。配置储能系统的主要经济指标即为储能系统的初始投资建设成本 Ccon，其具体计算方法将在下一节中介绍。经济性指标通过设定基准投资参考费用 Cb，并以其为参考，进行储能电站建设投资和变电站升级改造投资分析:24第 7 期张中丹，等:电池储能电站替代变电站升级的优化决策配置方法http:/www cepc com cnVjs=CfCb(2)式中:Vjs为经济指标权衡参考值;Cf为方案费用。1.3可靠性指标可靠性指标是指配置的储能装置通过释放自身存储的能量来减少因系统某区域存在充裕性不足导致的负荷削减，从而使区域电网的可靠性得到改善。本文根据区域电网年缺供电量(expected energy notsupplied，EENS)和单位用户停电损失表示这部分收益。文中基于 Well-Being 框架模型29，通过对典型日内小时负荷进行归纳得到负荷容量，将可用容量中每个应急状态的最大容量汇总得到生成容量，基于数据比较，从而得到 Well-Being 指数，即典型日内持续时间。式(3)(5)为处在健康状态、边际状态和风险状态的概率。PH=nHi=1tHiNyx(3)PM=nMi=1tMiNyx(4)P=ni=1tiNyx