[发明专利]一种基于分时电价的电气化铁路储能系统双层容量配置优化方法

说明书

本发明公开了一种基于分时电价的电气化铁路储能系统双层容量配置优化方法。所述一种基于分时电价的电气化铁路储能系统双层模型同时兼顾削峰填谷及低储高发双应用功能。在本发明中，建立考虑分时电价的锂电池储能电气化铁路双层优化配置模型。采用粒子群(PSO)和灰狼优化(GWO)算法求解该双层模型，从而得出解决双重应用功能前提下的最佳容量配置及储能充放电功率调度，使得电气化铁路中的储能系统得到了更加充分的利用，有效地解决了电气化铁路配置储能的高成本问题，具有广泛的应用性及有效性。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种基于分时电价的电气化铁路储能系统双层容量配置优化方法。

背景技术

目前在电气化铁路方面已经出现了广泛且效果不错的储能技术应用，储能系统的充电放电双重功能应用于牵引负荷的削峰和填谷上，将具有“削峰填谷”作用的储能装置接入电气化铁路将会产生经济跟技术两方面的效益，从经济层面来看，它能够减少牵引变压器的容量以及最大需量，可以降低建设施工成本；从技术层面来看，由于储能系统具有削除负荷峰值的特性，可以起到弱化负序的积极影响。

各地的电网公司大多出台了相应的分时电价政策，同时，电气化铁路作为大宗工业用户，大工业用户可根据自身的用电特性申请采用分时电价进行电费计量，在储能装置对牵引负荷充放电完成削峰填谷的同时，各时段电价的差距可能会使得储能接入电气化铁路后产生一个相较于单一电价政策下的峰谷电价套利收益。

发明内容

本发明考虑储能装置在对牵引负荷进行削峰填谷的同时，可以考虑兼顾分时电价政策下低储高发套利，实现储能装置的对电气化铁路的双重应用。在上述的双重应用的背景下，针对如何协调削峰填谷和低储高发套利对储能装置的竞争性需要和系统经济效益最大化的目标，建立了考虑分时电价的锂电池储能电气化铁路双层优化配置模型，结合储能装置荷电状态信息，设计两种运行模式的协调运行策略。

1储能系统双层优化配置模型

1.1双层优化模型

本文对牵引供电系统的BESS配置时，打破了规划与运行之间的隔阂，在规划模型中嵌入运行过程，以获得更符合实际的方案，规划BESS容量时要考虑到储能峰谷套利值，而储能峰谷套利值需要得到储能系统24h出力后才能计算；并且运行时BESS出力的确定又需要以规划的容量为前提，所以本文研究需要二者互相迭代才能计算，与双层规划模型相匹配。

在双层规划模型中，上层规划结果作用于下层目标函数和约束条件，下层规划以最优值反馈到上层，实现上下层之间的互相作用。一般的双层数学模型可表示为

式中：F(x,w)为上层的目标函数；G(x)为上层的约束条件；f(x,y)为下层的目标函数；w为下层目标值；g(x,y)为下层约束条件；x为上层决策变量；y为下层决策变量。

本文采用双层规划模型对BESS优化配置。上层规划以日综合效益最大为目标函数，优化变量为储能容量，功率，削峰线。下层规划根据分时电价的低储高发和削峰填谷多重应用指导，逐步迭代得到满足要求的BESS运行控制策略，下层规划结果用于计算上层目标函数。本文采用的双层规划模型可以化简为

1.2上层规划数学模型

优化的目标是在系统安全稳定的基础上实现综合经济效益最大化，具体目标函数为

max f(P₁,E_n,P_n)＝C₃+C₄+C₅+C₆-C₁-C₂ (3)