電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）的充放電特性能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行時(shí)空平移，在一定程度上實(shí)現(xiàn)削峰填谷。因此，電力系統(tǒng)配置儲(chǔ)能，將有效解決新能源并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來(lái)的運(yùn)行壓力。且隨著我國(guó)市場(chǎng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)、儲(chǔ)能技術(shù)的不斷革新、成本的不斷下降，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為獨(dú)立的運(yùn)行商參與電力市場(chǎng)成為可能。合理的儲(chǔ)能系統(tǒng)選址與定容是儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

已有許多學(xué)者在儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方面進(jìn)行了相關(guān)研究。

從規(guī)劃的角度出發(fā)，有學(xué)者采用不同的智能算法以節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)和儲(chǔ)能的容量為目標(biāo)建立儲(chǔ)能系統(tǒng)選址定容的多目標(biāo)優(yōu)化模型。有學(xué)者在系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提出考慮分時(shí)電價(jià)的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行策略。

從運(yùn)行角度出發(fā)，有學(xué)者在考慮風(fēng)電、負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差對(duì)機(jī)組組合的影響的前提下，基于雙層規(guī)劃和機(jī)會(huì)約束目標(biāo)規(guī)劃，改變儲(chǔ)能的接入位置和容量來(lái)研究機(jī)組組合問(wèn)題。有學(xué)者將儲(chǔ)能系統(tǒng)引入含風(fēng)電的電力系統(tǒng)安全約束機(jī)組組合問(wèn)題中，考慮風(fēng)電、負(fù)荷的預(yù)測(cè)誤差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。有學(xué)者考慮電池儲(chǔ)能的實(shí)際使用壽命，利用電池儲(chǔ)能去補(bǔ)償風(fēng)電實(shí)際出力與預(yù)測(cè)值之間的差值，改善風(fēng)電的可調(diào)度性。

儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃問(wèn)題與運(yùn)行問(wèn)題相互影響，鮮有文獻(xiàn)從運(yùn)行與規(guī)劃這兩個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行研究。有學(xué)者提出基于雙層模型的風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化方法，外層考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，內(nèi)層考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量的優(yōu)化配置。有學(xué)者采用內(nèi)外雙層的決策方法綜合考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行，來(lái)提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納水平，具有很好的啟發(fā)性。然而現(xiàn)階段，受制于儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本，電力系統(tǒng)配置儲(chǔ)能還面臨著在推廣過(guò)程中經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不足的問(wèn)題。

新電改9號(hào)文發(fā)布以來(lái)，隨著市場(chǎng)改革的進(jìn)一步深化，我國(guó)的電力市場(chǎng)已進(jìn)入深水區(qū)，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)正逐步完善。2017年11月，國(guó)家能源局發(fā)布了《完善電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場(chǎng)）機(jī)制工作方案》，明確表示鼓勵(lì)儲(chǔ)能參與其中。因此有必要研究?jī)?chǔ)能作為獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)商參與市場(chǎng)的規(guī)劃問(wèn)題。已有學(xué)者在這方面進(jìn)行了相關(guān)研究。

有學(xué)者以節(jié)能效益最大為目標(biāo)，將分時(shí)電價(jià)和儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)改變負(fù)荷分布來(lái)提高風(fēng)電接入水平。有學(xué)者在電力市場(chǎng)背景下，將儲(chǔ)能引入需求側(cè)，通過(guò)發(fā)電側(cè)、供電側(cè)、儲(chǔ)能和用戶響應(yīng)各個(gè)參與方的動(dòng)態(tài)博弈，制定實(shí)時(shí)電價(jià)來(lái)確定BESS的配置規(guī)模。

上述研究未能從系統(tǒng)側(cè)出發(fā)，考慮儲(chǔ)能參與后多個(gè)利益主體的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，且大多數(shù)儲(chǔ)能的容量配置都是單點(diǎn)集中式選址，而合理的多點(diǎn)分布式選址可使儲(chǔ)能的接入達(dá)到事半功倍的效果。

針對(duì)上述不足，本文從面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能配置出發(fā)，基于成本效益分析提出一種市場(chǎng)機(jī)制下儲(chǔ)能系統(tǒng)選址定容優(yōu)化方法。儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電力市場(chǎng)，在對(duì)各個(gè)利益主體進(jìn)行成本效益分析的基礎(chǔ)上，建立了綜合考慮規(guī)劃和運(yùn)行的儲(chǔ)能優(yōu)化配置多目標(biāo)雙層決策模型。

外層考慮以儲(chǔ)能側(cè)綜合收益（包括投資成本、高儲(chǔ)低放套利以及調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償）、常規(guī)機(jī)組側(cè)運(yùn)行收益、新能源側(cè)附加并網(wǎng)收益以及電網(wǎng)側(cè)網(wǎng)損收益最大為目標(biāo)；內(nèi)層考慮以儲(chǔ)能、新能源和常規(guī)機(jī)組的協(xié)調(diào)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)。

為求解提出的綜合優(yōu)化模型，外層采用改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的選址定容；內(nèi)層采用改進(jìn)的二進(jìn)制粒子群求解機(jī)組組合。最后采用改進(jìn)的39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果驗(yàn)證了所提方法和模型的有效性。

圖1 BESS參與市場(chǎng)的效益分析

圖2 雙層規(guī)劃模型架構(gòu)

圖4 BESS優(yōu)化配置求解流程

結(jié)論

本文從面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能出發(fā)，提出一種市場(chǎng)機(jī)制下儲(chǔ)能系統(tǒng)選址定容優(yōu)化方法，結(jié)論如下：

1）儲(chǔ)能作為獨(dú)立的運(yùn)行商參與系統(tǒng)運(yùn)行，給自身帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)也帶來(lái)了較好的社會(huì)效益。可有效減小棄風(fēng)電量，減小常規(guī)機(jī)組起停以提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)在一定程度上改善了電網(wǎng)潮流分布。雖然儲(chǔ)能投資成本與帶來(lái)的社會(huì)效益正相關(guān)，但是市場(chǎng)機(jī)制的作用仍能保證儲(chǔ)能系統(tǒng)正收益，實(shí)現(xiàn)了共贏。

2）隨著配置位置的增多，儲(chǔ)能總配置容量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且除電網(wǎng)側(cè)收益外，其他利益主體的收益都呈現(xiàn)出先增再減的趨勢(shì)，且三位置時(shí)效果最差。因此，對(duì)于本文采用的改進(jìn)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，權(quán)衡各場(chǎng)景下不同利益主體的運(yùn)行指標(biāo)后，選擇兩位置配置儲(chǔ)能系統(tǒng)更具合理性和優(yōu)越性。

3）基于雙層決策的儲(chǔ)能選址與定容方法把規(guī)劃與運(yùn)行結(jié)合在一起，且計(jì)及儲(chǔ)能的充放電策略對(duì)循環(huán)壽命的影響，讓運(yùn)行指導(dǎo)規(guī)劃，為儲(chǔ)能應(yīng)用于電力系統(tǒng)提供了新的思路。