摘要
可再生能源渗透率的提升给电网安全经济运行带来了新的挑战。储能装置能够帮助系统消纳可再生能源，提高系统整体可调度性。在诸多储能技术中，蓄电池储能系统(BatteryEnergyStorageSystems，BESSs)因其充放电速度快、能量转换效率高、对地理条件要求低等特点受到了广泛的关注。已有工作针对蓄电池储能系统运行优化与综合配置问题开展了大量研究，但在考虑储能充放电过程对储能寿命损耗的影响方面仍有不足，对储能系统充放电循环过程的控制较为粗略。为了考虑储能寿命，需要建立合理的电池寿命模型实现充放电循环控制。传统的基于最大放电深度的储能循环控制方法缺少对储能充放电循环细节的控制，往往得到相对保守的运行方案。因此，本文针对储能系统运行及配置问题中的寿命损耗管理问题，分别建立考虑平均荷电状态与考虑不完全循环的储能系统充放电循环控制模型，并根据不同储能应用场景特点，将所提循环控制模型运用到具体的运行优化与综合配置问题中。本文具体工作如下: 首先，针对储能场景下电池寿命模型与储能循环控制模型的建立问题，结合锂离子电池寿命的常见影响因素与储能应用场景特点，分析温度、放电深度与放电速率的影响;由于传统的基于最大放电深度的电池寿命模型无法区分不同过程的循环与不同程度的循环，进一步引入平均荷电状态影响因素，建立考虑平均荷电状态的电池寿命模型。基于该电池寿命模型，提出考虑平均荷电状态的储能系统循环控制模型，该模型能够对储能充放电全过程起控制作用;针对储能充放电状态切换频繁，不完全循环大量存在的场景，提出考虑不完全循环的储能系统循环控制模型，该模型通过获取储能设备每一次充放电循环的最大放电深度与相对放电深度，直接折算不同充放电循环造成的寿命损耗，通过限制周期内总等效循环次数延长储能寿命。 其次，针对风储联合系统中储能设备的运行优化问题，提出考虑不完全循环影响的风储联合系统储能设备运行优化方法。该场景中，储能设备出力呈现快充快放、充放电状态切换频繁的特点，不完全充放电循环普遍存在。因此基于考虑不完全循环的储能系统充放电循环控制模型建立循环控制约束，以最小化周期内系统实际出力与计划出力总误差为目标，建立风储联合系统最佳出力跟踪模型。使用大M法处理模型逻辑约束，并提出双线性分段法离散化处理循环控制模型非线性。通过求解模型，获得兼顾联合系统跟踪计划出力能力与储能设备寿命的运行计划。算例仿真结果证明了所提储能循环控制方法在确保储能寿命的同时，可使系统实际出力与计划出力总误差最小。 最后，针对配电网储能系统的综合配置问题，提出考虑电池寿命的配电网储能系统优化配置方法。以最小化系统日均运行成本为目标，建立考虑电池寿命的配电网储能系统优化配置模型，包含配电网运行约束、交流潮流约束、储能设备运行及建设约束，并基于考虑平均荷电状态的储能系统循环控制模型，建立循环控制约束，对储能充放电循环整体过程加以控制。针对交流潮流约束非线性与循环控制模型双线性问题，采用二阶锥松弛及线性化处理方法，整理后的模型为混合整数线性模型，大量离散变量使得模型整体求解困难。本文根据变量时间尺度及类型的区别将模型转化为三层结构，结合分层后的模型特点，进一步提出加速嵌套Benders分解方法对模型进行求解，在获得最小化系统总经济成本的最优配置计划的同时，确保储能设计工作年限内的正常工作能力。算例仿真说明了模型及算法的有效性。
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