電池儲能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）的充放電特性能夠對能量進行時空平移，在一定程度上實現(xiàn)削峰填谷。因此，電力系統(tǒng)配置儲能，將有效解決新能源并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的運行壓力。且隨著我國市場化進程的不斷推進、儲能技術的不斷革新、成本的不斷下降，儲能系統(tǒng)作為獨立的運行商參與電力市場成為可能。合理的儲能系統(tǒng)選址與定容是儲能技術在電力系統(tǒng)中推廣應用的關鍵。

已有許多學者在儲能容量優(yōu)化配置方面進行了相關研究。

從規(guī)劃的角度出發(fā)，有學者采用不同的智能算法以節(jié)點的電壓波動和儲能的容量為目標建立儲能系統(tǒng)選址定容的多目標優(yōu)化模型。有學者在系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎上，提出考慮分時電價的蓄電池儲能系統(tǒng)運行策略。

從運行角度出發(fā)，有學者在考慮風電、負荷預測誤差對機組組合的影響的前提下，基于雙層規(guī)劃和機會約束目標規(guī)劃，改變儲能的接入位置和容量來研究機組組合問題。有學者將儲能系統(tǒng)引入含風電的電力系統(tǒng)安全約束機組組合問題中，考慮風電、負荷的預測誤差，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。有學者考慮電池儲能的實際使用壽命，利用電池儲能去補償風電實際出力與預測值之間的差值，改善風電的可調度性。

儲能系統(tǒng)規(guī)劃問題與運行問題相互影響，鮮有文獻從運行與規(guī)劃這兩個角度出發(fā)進行研究。有學者提出基于雙層模型的風光儲聯(lián)合優(yōu)化方法，外層考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性，內(nèi)層考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)儲能容量的優(yōu)化配置。有學者采用內(nèi)外雙層的決策方法綜合考慮儲能系統(tǒng)規(guī)劃與運行，來提高電網(wǎng)對風電的接納水平，具有很好的啟發(fā)性。然而現(xiàn)階段，受制于儲能系統(tǒng)的投資成本，電力系統(tǒng)配置儲能還面臨著在推廣過程中經(jīng)濟優(yōu)勢不足的問題。

新電改9號文發(fā)布以來，隨著市場改革的進一步深化，我國的電力市場已進入深水區(qū)，電力輔助服務市場正逐步完善。2017年11月，國家能源局發(fā)布了《完善電力輔助服務補償（市場）機制工作方案》，明確表示鼓勵儲能參與其中。因此有必要研究儲能作為獨立的運營商參與市場的規(guī)劃問題。已有學者在這方面進行了相關研究。

有學者以節(jié)能效益最大為目標，將分時電價和儲能系統(tǒng)相結合，通過改變負荷分布來提高風電接入水平。有學者在電力市場背景下，將儲能引入需求側，通過發(fā)電側、供電側、儲能和用戶響應各個參與方的動態(tài)博弈，制定實時電價來確定BESS的配置規(guī)模。

上述研究未能從系統(tǒng)側出發(fā)，考慮儲能參與后多個利益主體的多目標優(yōu)化問題，且大多數(shù)儲能的容量配置都是單點集中式選址，而合理的多點分布式選址可使儲能的接入達到事半功倍的效果。

針對上述不足，本文從面向電網(wǎng)的儲能配置出發(fā)，基于成本效益分析提出一種市場機制下儲能系統(tǒng)選址定容優(yōu)化方法。儲能系統(tǒng)參與電力市場，在對各個利益主體進行成本效益分析的基礎上，建立了綜合考慮規(guī)劃和運行的儲能優(yōu)化配置多目標雙層決策模型。

外層考慮以儲能側綜合收益（包括投資成本、高儲低放套利以及調峰輔助服務補償）、常規(guī)機組側運行收益、新能源側附加并網(wǎng)收益以及電網(wǎng)側網(wǎng)損收益最大為目標；內(nèi)層考慮以儲能、新能源和常規(guī)機組的協(xié)調運行成本最小為目標。

為求解提出的綜合優(yōu)化模型，外層采用改進的多目標粒子群法實現(xiàn)儲能的選址定容；內(nèi)層采用改進的二進制粒子群求解機組組合。最后采用改進的39節(jié)點系統(tǒng)進行仿真分析，結果驗證了所提方法和模型的有效性。

圖1 BESS參與市場的效益分析

圖2 雙層規(guī)劃模型架構

圖4 BESS優(yōu)化配置求解流程

結論

本文從面向電網(wǎng)的儲能出發(fā)，提出一種市場機制下儲能系統(tǒng)選址定容優(yōu)化方法，結論如下：

1）儲能作為獨立的運行商參與系統(tǒng)運行，給自身帶來經(jīng)濟性的同時也帶來了較好的社會效益。可有效減小棄風電量，減小常規(guī)機組起停以提高機組運行經(jīng)濟性，同時在一定程度上改善了電網(wǎng)潮流分布。雖然儲能投資成本與帶來的社會效益正相關，但是市場機制的作用仍能保證儲能系統(tǒng)正收益，實現(xiàn)了共贏。

2）隨著配置位置的增多，儲能總配置容量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且除電網(wǎng)側收益外，其他利益主體的收益都呈現(xiàn)出先增再減的趨勢，且三位置時效果最差。因此，對于本文采用的改進39節(jié)點系統(tǒng)，權衡各場景下不同利益主體的運行指標后，選擇兩位置配置儲能系統(tǒng)更具合理性和優(yōu)越性。

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