开源代码分享(33)-基于储能电站服务的冷热电多微网系统双层优化配置

参考文献：

[1]吴盛军,李群,刘建坤,等.基于储能电站服务的冷热电多微网系统双层优化配置[J].电网技术,2021,45(10):3822-3832.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.1838.

1.基本原理

随着储能技术的进步和共享经济的发展，共享储能电站服务模式将成为未来用户侧储能应用的新形态。提出基于储能电站服务的冷热电联供型多微网系统双层优化配置方法。首先，提出储能电站服务这种新型的共享储能模式，分析共享储能电站的运行方式和盈利机制。其次，将储能电站服务应用到冷热电联供型多微网系统中，建立考虑 2 个不同时间尺度问题的双层规划模型，上层模型负责求解长时间尺度的储能电站配置问题，下层模型负责求解短时间尺度的多微网系统优化运行问题。再次，根据下层优化模型的 Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将下层模型转换为上层模型的约束条件，采用 Big-M 法对非线性问题线性化。最后，通过 3 个场景的算例分析验证所提双层规划模型的合理性和有效性，并证明所提出的共享储能服务能够有效降低用户成本，节约储能资源，实现用户与储能电站运营商的互利共赢。

1.1 储能电站服务模式介绍

当前用户侧储能投资成本大、成本回收周期长等问题限制了用户侧储能的广泛使用。目前国外已有部分针对分布式储能的商业模式应用探索，如SENEC.IES 给用户提供一部分免费的电力来获取用户电池的主动控制权，Power Edision 面向公用事业公司创建储能租赁模式。截止至2020 年 6月2日，青海省共享储能示范电站(50MW/100MWh)创造直接经济效益高达1000 余万元。总结国内外对于储能商业模式的探索经验，在传统的用户与电网购售电模式基础上，提出基于共享经济的储能电站服务模式。本文所研究的共享储能电站优化配置是基于冷热电联供型多微网系统展开分析的，参与储能电站服务的典型冷热电联供型微网拓扑结构如图1 所示。

1.2 储能电站运行方式和盈利机制

共享储能电站示意图如图 2 所示。共享储能电站内设置储能电站调控中心，储能电站调控中心根据用户的历史信息如从电网购电电价、冷热电负荷曲线、可再生能源出力曲线等，通过合理的优化调度模型计算出用户所需的储能容量和最大充放电功率，用户根据计算结果与储能电站运营商签订储能电站服务协议，约定用户所需的最大充放电功率、储能容量、充放电功率计划等，并向用户收取储能电站服务费。

储能电站调控中心根据服务协议实现各用户各时段储能充放电功率计划和充放电功率计量等，将需要储能充电服务的用户通过共享储能电站将剩余电能输送给需要储能放电服务的用户。在同一时段内接入同一共享储能电站的所有用户总充放电需求若为充电，调控中心使用储能装置来充电存储用户群的剩余电能；若为放电，调控中心使用储能装置放电来满足用户群的需求。调控中心根据一个周期内所有用户在每个时段所需要的充放电功率配置相应的容量和最大充放电功率。

用户通过向储能电站运营商缴纳服务费购买储能服务，满足用户内部的储能充放电需求，免去储能的安装和维护费用，同时节省储能的巨额投资成本。用户缴纳服务费用以年为结算周期，储能电站调控中心通过监测用户使用储能电站存储总电量 Q1 和释放总电量 Q2，按照(Q1Q2)计算用户所需缴纳的服务费用。为方便计算周期内用户的总运行成本，将用户与储能电站间交互电能以购售电的形式进行结算，用户以售电的形式结算向储能电站储存的电能，以购电的形式结算从储能电站取回的电能。

储能电站运营商利用不同用户在相同时刻、相同用户在不同时刻的负荷差异性和互补性，最大限度的投资最少的储能来满足客户的储能使用需求；同时，储能电站运营商利用公共储能电站的规模效益，获得比用户投资分布式储能更低的单位储能投资成本，从而降低储能电站的总建设成本，缩短储能电站的投资回收年限[15]。储能电站运营商的收益主要来自 2 个部分：

1）用户存储电能到储能电站与用户从储能电站取回电能的结算价格差。

2）储能电站为用户提供储能电站服务的服务费用，按用户与储能电站间的电能传输量进行收费。

1.3 求解方法

本文构建的双层模型中上层模型包括整型变量和连续变量，且存在非线性约束，下层为混合整数线性规划问题，上层与下层模型之间存在耦合关系，难以直接进行求解。通过构建下层模型的拉格朗日函数，基于下层模型的 KKT 互补松弛条件[21]，将下层模型转换为上层模型的约束条件，则转换后的单层非线性模型为附录式(2)—(31)。再利用 Big-M 法[22]将转化后的单层非线性模型中非线性项线性化，形成单层混合整数线性规划问题，具体求解转化过程见附录。在 Matlab 2016a 中调用商业求解器 CPLEX 12.8 和 YALMIP 工具箱对混合整数线性规划问题进行求解[22]。