考虑储能性能差异的新能源场站群共享储能交易模式

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22114

摘要/Abstract

摘要：

为厘清参与共享的储能电池的技术经济特性与共享储能的价格机制、收益分配间复杂的耦合关系，提出一种考虑储能性能差异的新能源场站群共享储能交易模式。首先，提出基于自配储能的新能源场群共享储能运营模式，以打破新能源场站参与储能资源共享互动时的掣肘。其次，考虑不同储能资源中电池的健康状态，兼顾共享储能多参与者的利益诉求，构建计及储能单元不同技术经济特性的发电侧共享储能价格机制与收益分配方法。最后，利用算例验证所提考虑储能电池健康状态的发电侧共享储能交易模式的可行性。研究成果为发电侧共享储能的经济可持续性发展提供了理论与决策支撑。

关键词: 储能, 性能差异, 新能源场站群, 共享储能, 交易模式, 价格机制

Abstract:

To clarify the complex coupling relationship between the technical and economic characteristics of energy storage batteries participating in sharing and the price mechanism and income distribution of shared energy storage, a shared energy storage trading mode of the new energy field and station group considering the difference of energy storage performance was proposed. Firstly, the operation mode of the new energy field group shared energy storage based on self-assigned energy storage was proposed to break the constraints of new energy field stations participating in energy storage resource shared interaction. Secondly, considering the health status of batteries in different energy storage resources and the interests of multi-participants in shared energy storage, the price mechanism and income distribution method of shared energy storage on the power generation side considering the different technical and economic characteristics of energy storage units were constructed. Finally, a numerical example was used to verify the feasibility of the proposed generation side shared energy storage trading mode considering the health status of energy storage batteries. The research results provide theoretical and decision support for the economic sustainable development of shared energy storage on the power generation side.

Key words: energy storage, performance difference, new energy station group, shared energy storage, trading mode, price mechanism

中图分类号:

TK 02

郝艺博, 杜锡力, 李笑竹, 陈来军. 考虑储能性能差异的新能源场站群共享储能交易模式[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 687-697.

Yibo HAO, Xili DU, Xiaozhu LI, Laijun CHEN. Shared Energy Storage Trading Mode of New Energy Station Group Considering Energy Storage Performance Difference[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(5): 687-697.

图/表 13

图 1 新能源场站群共享储能交易模式

Fig. 1 Shared energy storage trading mode of new energy station group

图 2 不同容量保持率下健康状态与循环次数关系

Fig. 2 Relationship between health status and cycle times under different capacity retention rates

表 1 新能源场站策略式博弈模型

Tab.1 New energy station strategic game model

编号	合作模式	合作程度
1	$N 1, N 2, N 3$	非合作
2	$N 1, N 2, N 3$	部分合作
3	$N 1, N 3, N 2$	部分合作
4	$N 2, N 3, N 1$	部分合作
5	$N 1, N 2, N 3$	完全合作

表 1 新能源场站策略式博弈模型

Tab.1 New energy station strategic game model

编号	合作模式	合作程度
1	$N 1, N 2, N 3$	非合作
2	$N 1, N 2, N 3$	部分合作
3	$N 1, N 3, N 2$	部分合作
4	$N 2, N 3, N 1$	部分合作
5	$N 1, N 2, N 3$	完全合作

表 2 基础参数

Tab.2 Basic parameters

参数	取值
光伏上网价格/[元/(MW∙h)]	800
风电上网价格/[元/(MW∙h)]	400
$μ p u$ /[元/(MW∙h)]	1 000
$μ e s, i$ /[元/(MW∙h)]	350
贴现率/%	3.24

表 2 基础参数

Tab.2 Basic parameters

参数	取值
光伏上网价格/[元/(MW∙h)]	800
风电上网价格/[元/(MW∙h)]	400
$μ p u$ /[元/(MW∙h)]	1 000
$μ e s, i$ /[元/(MW∙h)]	350
贴现率/%	3.24

图 3 新能源场站出力与负荷情况

Fig. 3 Output and load of new energy stations

图 4 不同储能性能下共享储能的交易价格变化情况

Fig. 4 Trading price changes of shared energy storage under different energy storage performances

表 3 不同储能性能下新能源场站总收益变化情况

Tab. 3 Total income changes of new energy stations under different energy storage performances

容量保持率/%	80	60	40
新能源场站总收益/亿元	43.85	42.66	41.59

图 5 不同容量保持率下共享储能服务于新能源场站自身出力的交易量

Fig. 5 Trading volume of shared energy storage serving new energy stations’ own output under different capacity retention rates

图 6 不同容量保持率下共享储能服务于其他新能源场站出力的交易量

Fig. 6 Trading volume of shared energy storage serving other new energy stations output under different capacity retention rates

图 7 不同容量保持率下共享储能服务于电网调频出力的交易量

Fig. 7 Trading volume of shared energy storage serving grid frequency regulation output under different capacity retention rates

表 4 不同博弈模式下新能源场站的总收益变化情况

Tab. 4 Total income changes of new energy stations under different game modes

合作模式	容量保持率/%	总收益/亿元
$N 1, N 2, N 3$	80	38.42
	60	37.41
	40	36.98
$N 1, N 2, N 3$	80	40.68
	60	39.87
	40	39.02
$N 1, N 3, N 2$	80	41.96
	60	40.53
	40	40.57
$N 2, N 3, N 1$	80	39.83
	60	39.27
	40	38.62
$N 1, N 2, N 3$	80	43.85
	60	42.66
	40	41.59

表 4 不同博弈模式下新能源场站的总收益变化情况

Tab. 4 Total income changes of new energy stations under different game modes

合作模式	容量保持率/%	总收益/亿元
$N 1, N 2, N 3$	80	38.42
	60	37.41
	40	36.98
$N 1, N 2, N 3$	80	40.68
	60	39.87
	40	39.02
$N 1, N 3, N 2$	80	41.96
	60	40.53
	40	40.57
$N 2, N 3, N 1$	80	39.83
	60	39.27
	40	38.62
$N 1, N 2, N 3$	80	43.85
	60	42.66
	40	41.59

图 8 新能源场站交易合作分配前收益

Fig. 8 Revenue before cooperative distribution of new energy station transaction

图 9 新能源场站交易合作分配后收益

Fig. 9 Revenue after cooperative distribution of new energy station transaction

参考文献 31

1	董凌，年珩，范越，等．能源互联网背景下共享储能的商业模式探索与实践[J]．电力建设，2020，41(4)：38-44．
	DONG L， NIAN H， FAN Y，et al ．Exploration and practice of business model of shared energy storage in energy internet[J]．Electric Power Construction，2020， 41(4)：38-44．
2	刘文霞，何向刚，吴方权，等．新能源发电出力特性指标及其数据化应用[J]．电网与清洁能源，2020，36(9)：85-92． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2020.09.013
	LIU W X， HE X G， WU F Q，et al ．New energy generation output characteristic index and its data application[J]．Power System and Clean Energy，2020，36(9)：85-92． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2020.09.013
3	罗庆，张新燕，罗晨，等．新能源发电中储能综合利用的优化评估[J]．智慧电力，2020，48(9)：51-55． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2020.09.009
	LUO Q， ZHANG X Y， LUO C，et al ．Optimal evaluation of energy storage comprehensive utilization in new energy generation[J]．Smart Power，2020，48(9)：51-55． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2020.09.009
4	唐婧怡，楚帅，葛维春，等．电极式电制热与传统制热的差异及其在碳中和的应用前景[J]．发电技术，2021，42(5)：525-536． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21069
	TANG J Y， CHU S， GE W C，et al ．Difference between electrode electric heating and traditional heating and its application prospect in carbon neutrality[J]．Power Generation Technology，2021，42(5)：525-536． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21069
5	文劲宇，周博，魏利屾．中国未来电力系统储电网初探[J]．电力系统保护与控制，2022，50(7)：1-10． doi:10.1109/mc.2017.52
	WEN J Y，Z B， WEI L S ．Preliminary study on an energy storage grid for future power system in China[J]．Power System Protection and Control，2022，50(7)：1-10． doi:10.1109/mc.2017.52
6	董旭柱，华祝虎，尚磊，等．新型配电系统形态特征与技术展望[J]．高电压技术，2021，47(9)：3021-3035．
	DONG X Z， HUA Z H， SAHNG L，et al ．Morphological characteristics and technology prospect of new distribution system[J]．High Voltage Technique， 2021，47(9)：3021-3035．
7	郑浩伟，闫庆友，尹哲，等．计及日前-实时交易和共享储能的VPP运行优化及双层效益分配[J]．电力建设，2022，43(9)：34-46．
	ZHENG H W， YAN Q Y， YIN Z，et al ．VPP operation optimization and bilayer revenue distribution model considering the two-level market and shared energy storage[J]．Electric Power Construction，2022，43(9)： 34-46．
8	张青苗，陈来军，马恒瑞，等．基于主从博弈的共享储能分时电价策略[J].智慧电力，2022，50(7)：82-88． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2022.07.013
	ZHANG Q M， CHEN L J， MA H R，et al ．Time-of-use price strategy for shared energy storage based on stackelberg game[J].Smart Power，2022，50(7)：82-88． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2022.07.013
9	杨帆，王维庆，程静，等．基于误差分配原则的发电侧共享储能容量规划研究[J]．电力系统保护与控制，2022，50(7)：91-102．
	YANG F， WANG W Q， CHENG J，et al ．Capacity planning of shared energy storage on the generation side based on the error distribution principle[J]．Power System Protection and Control，2022，50(7)：91-102．
10	LIU J K， ZHANG N， KANG C Q，et al ．Cloud energy storage for residential and small commercial consumers： a business case study[J]．Applied Energy，2017，188：226-236． doi:10.1016/j.apenergy.2016.11.120
11	张巍，卢骧．点对点交易下储能聚合商共享自营多模式交易模型[J]．电力系统自动化，2022，46(2)：15-23．
	ZHANG W， LU X ．Sharing and self-operating multi-mode trading model of energy storage aggregators with peer-to-peer trade[J]．Power System Automation， 2022，46(2)：15-23．
12	KALATHIL D， WU C Y， POOLLA K，et al ．The sharing economy for the electricity storage[J]．IEEE Transactions on Smart Grid， 2017，10(1)：556-567．
13	HE L， LIU Y， ZHANG J ．Peer-to-peer energy sharing with battery storage：energy pawn in the smart grid[J]．Applied Energy，2021，297(11)：117129． doi:10.1016/j.apenergy.2021.117129
14	裴佑，裴哲义，邱伟强，等．基于区块链的共享储能联合调频分散交易机制设计[J]．电力自动化设备，2021， 41(10)：8．
	PEI Y， PEI Z Y， QIU W Q，et al ．Design of decentralized trading mechanism for shared energy storage joint frequency regulation based on blockchain[J]．Power System Automation，2021，41(10)：8．
15	TUSHAR W， CHAI B， YUEN C，et al ．Energy storage sharing in smart grid：a modified auction-based approach[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2016，7(3)：1462-1475． doi:10.1109/tsg.2015.2512267
16	HE L， ZHANG J ．A community sharing market with PV and energy storage：an adaptive bidding-based double-side auction mechanism[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2020，12(3)：2450-2461． doi:10.1109/tsg.2020.3042190
17	孙偲，郑天文，陈来军，等．基于组合双向拍卖的共享储能机制研究[J]．电网技术，2020，44(5)：8． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0186a
	SUN C， ZHENG T W， CHEN L J，et al ．Energy storage sharing mechanism based on combinatorial double auction[J]．Power Grid Technology，2020，44(5)：8． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0186a
18	ZHONG W， XIE K， LIU Y，et al ．Multi-resource allocation of shared energy storage：a distributed combinatorial auction approach[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2020，11(5)：4105-4115． doi:10.1109/tsg.2020.2986468
19	HAN L Y， MORSTYN T， MCCULLOCH M ．Constructing prosumer coalitions for energy cost savings using cooperative game theory[C]//2018 Power Systems Computation Conference (PSCC)．Dublin， Ireland：IEEE，2018：18073379． doi:10.23919/pscc.2018.8443054
20	李咸善，方子健，李飞，等．含多微电网租赁共享储能的配电网博弈优化调度[J]．中国电机工程学报，2022，42(18)：6611-6625．
	LI X S， FANG Z J， LI F，et al ．Game-based optimal dispatching strategy for distribution network with multiple microgrids leasing shared energy storage[J]．Proceedings of The Chinese Society of Electrical Engineering，2022，42(18)：6611-6625．
21	陈岑，武传涛，康慨，等．基于改进Owen值法的分布式储能双层合作博弈优化策略[J]．中国电机工程学报，2022，42(11)：3924-3936．
	CHEN C， WU C T， KANG K， et al ．Optimal strategy of distributed energy storage two-layer cooperative game based on improved Owen-value method[J]．Proceedings of The Chinese Society of Electrical Engineering，2022，42(11)：3924-3936．
22	严干贵，李洪波，段双明，等．基于模型参数辨识的储能电池状态估算[J]．中国电机工程学报，2020，40(24)：8145-8154．
	YAN G G， LI H B， DUAN S M，et al ．Energy storage battery state estimation based on model parameter identification[J]．Proceedings of The Chinese Society of Electrical Engineering，2020，40(24)：8145-8154．
23	颜湘武，邓浩然，郭琪，等．基于自适应无迹卡尔曼滤波的动力电池健康状态检测及梯次利用研究[J]．电工技术学报，2019，34(18)：3937-3948．
	YAN X W， DENG H R， GUO Q，et al ．Study on the state of health detection of power batteries based on adaptive unscented Kalman filters and the battery echelon utilization[J]．Transactions of Chinese Electrotechnical Society，2019，34(18)：3937-3948．
24	徐小勇．基于退役动力电池储能的光储微网系统[J]．电机与控制应用，2020，47(2)：91-96． doi:10.12177/emca.2019.145
	XU X Y ．Photovoltaic /battery micro-grid system based on energy storage of decommissioned power battery[J]．Motor and Control Application，2020，47(2)：91-96． doi:10.12177/emca.2019.145
25	李培强，李雄，蔡笋，等．风电场含退役动力电池的混合储能系统容量优化配置[J]．太阳能学报，2022，43(5)：492-498．
	LI P Q， LI X， CAI S，et al ．Capacity optimization configuration of hybrid energy storage system with retired power batteries in wind farms[J]．Acta Energies Solaris Sinica，2022，43(5)：492-498．
26	闫璐．采用退役动力电池的光伏储能系统研究[D]．上海：上海电机学院，2021．
	YAN L ．Research on photovoltaic energy storage system using retired power battery[D]．Shanghai：Shanghai Institute of Electric Machinery，2021．
27	崔传世，谢丽蓉，包洪印，等．平抑风电功率波动退役电池储能系统容量配置[J]．电源技术，2020，44(8)：1185-1190． doi:10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.028
	CUI C S， XIE L R， BAO H Y，et al ．Capacity configuration of retired battery energy storage system for smooting wind power fluctuations[J]．Power Supply Technology，2020，44(8)：1185-1190． doi:10.3969/j.issn.1002-087X.2020.08.028
28	张海宁，陶以彬，梅惠，等．基于合作博弈的风光储集群协同优化调度模型[J]．热力发电，2021，50(8)：87-94． doi:10.19666/j.rlfd.202102023
	ZHANG H N， TAO Y B， MEI H，et al ．Collaborative optimal scheduling model of photovoltaic-wind-battery cluster based on cooperative game[J]．Thermal Electric Generation，2021，50(8)：87-94． doi:10.19666/j.rlfd.202102023
29	CHEN Y， WEI W， LIU F，et al ．Energy trading and market equilibrium in integrated heat-power distribution systems[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2019，10(4)：4080-4094． doi:10.1109/tsg.2018.2849227
30	任领志．基于共同利益博弈的绿色证书交易策略行为与契约设计[D]．北京：华北电力大学，2019．
	REN L Z ．Green certificate trading strategy behavior and contract design based on common interest game[D]．Beijing：North China Electric Power University，2019．
31	李雄，李培强．梯次利用动力电池规模化应用经济性及经济边界分析[J]．储能科学与技术，2022，11(2)：717-725．
	LI X， LI P Q ．Analysis of economics and economic boundaries of large-scale application of power batteries in cascade utilization[J]．Energy Storage Science and Technology，2022，11(2)：717-725．

[1]	陈志华, 尤梦凯, 蔡伟, 胡经伟, 胡兴, 张爱芳, 张科杰, 王伟. 考虑全寿命周期的储能电站综合评价模型[J]. 发电技术, 2023, 44(6): 883-888.
[2]	石梦舒, 许小峰, 张继广, 李忆, 周保中, 乐鹰, 毕圣. 考虑电-氢市场的虚拟电厂两阶段优化策略研究[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 645-655.
[3]	陈逸文, 赵晋斌, 李军舟, 毛玲, 屈克庆, 魏国庆. 电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望[J]. 发电技术, 2023, 44(3): 296-304.
[4]	郭学伯, 范良迟, 许浈婧, 李有, 林俊, 陈林. 助力节能降碳的相变储热材料研究和应用进展[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 201-212.
[5]	叶珍珍, 陈鑫祺, 张抒婷, 汪剑, 崔超婕, 张刚, 张磊, 钱陆明, 金鹰, 骞伟中. 离子液体型双电层电容器在45 ℃和3 V状态下的长周期运行研究[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 213-220.
[6]	谷晴, 李睿, 蔡旭, 谢宝昌. 面向百兆瓦级应用的电池储能系统拓扑与控制方法[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 698-706.
[7]	霍龙, 张誉宝, 陈欣. 人工智能在分布式储能技术中的应用[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 707-717.
[8]	陈晓光, 杨秀媛, 王镇林, 王浩扬. 考虑多目标优化模型的风电场储能容量配置方案[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 718-730.
[9]	魏少鑫, 金鹰, 王瑾, 杨周飞, 崔超婕, 骞伟中. 电池型电容器技术发展趋势展望[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 748-759.
[10]	李泽航, 周浩, 李浩秒, 王康丽, 蒋凯. 面向电力系统的液态金属电池储能技术[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 760-774.
[11]	郑俊生, 吕心荣, 郑剑平. 锂离子电容器性能分析及其应用[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 775-783.
[12]	王宁, 陈志强, 刘明义, 张鹏, 曹曦, 陆泽宇, 雷浩东, 曹传钊, 严晓, 周国鹏. 基于模糊综合评价的锂离子电池健康状态评估[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 784-791.
[13]	闫帅帅, 陆洋, 侯文会, 刘凯. 面向锂电储能系统的本质安全电池智能隔膜材料[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 792-800.
[14]	孔文俊, 张艳森, 汤效平, 张伟阔. 大容量储能锂电池电芯产热特性研究[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 801-809.
[15]	刘建伟, 李学斌, 刘晓鸥. 有源配电网中分布式电源接入与储能配置[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 476-484.