基于双层优化框架与复合节点评价指标的可再生能源电力系统储能配置研究

为解决高比例可再生能源并网导致的供需失衡问题，研究人员提出集成FDMCI（灵活性需求匹配系数）和CEINI（节点重要性综合评价指标）的双层储能优化框架。通过Yamip/CPLEX求解器在IEEE 30/118节点系统中验证，该方法降低运营成本3.3%（至$569,140.60）、电压偏差减少56.5%，并实现可再生能源容量提升1.4倍，为低碳电力系统提供可扩展的灵活性增强方案。

　　

随着全球“双碳”目标的推进，风电、光伏等可再生能源大规模并网导致电力系统净负荷波动加剧，传统“源随荷动”模式面临严峻挑战。电网灵活性不足可能引发频率失稳、电压越限等问题，甚至造成大面积停电事故。当前储能配置研究多聚焦经济性优化，忽视系统整体灵活性与节点动态特性，且缺乏供需双侧协同量化指标。

针对这一难题，国网中国电力科学研究院的研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表研究，创新性地提出融合风险感知与拓扑特性的双层储能优化框架。该研究通过建立基于条件风险价值（CVaR）的灵活性评估体系，结合改进的节点重要性指数（CEINI），实现了从战略选址到风险调度的全链条优化。关键技术包括：1）采用高斯混合模型量化灵活性需求；2）构建含功率流影响度、介数中心性和接近中心性的CEINI三维评价体系；3）基于Yamip/CPLEX求解器进行双层模型迭代求解。

研究结果

1. 灵活性指标开发：通过定义净负荷波动带构建FDMCI指标，实证显示其与系统弃风率呈强负相关（R²>0.92），优于传统N-1准则。
2. 节点重要性建模：CEINI指标在IEEE 118节点系统中精准识别关键枢纽，如节点23因同时具备高介数中心性（0.47）和功率流敏感度（ΔU>0.05p.u.）被列为首选储能站点。
3. 双层优化效果：上层模型使储能投资成本降低19.8%，下层CVaR约束将灵活性风险值控制在0.986，优于基准方案23.6%。电压偏差从0.0317p.u.降至0.0138p.u.。

结论与意义
该研究突破传统“经济性单目标”优化局限，首创将拓扑特性与风险量化融入储能配置。实际应用中：1）CEINI指标可推广至多能耦合系统选址；2）FDMCI约束使可再生能源消纳率提升至98.2%；3）Yamip/CPLEX混合求解策略将118节点系统计算耗时压缩至原算法的17%。成果为高比例可再生能源电网提供了“安全-经济-低碳”协同优化的中国方案，相关指标已被纳入国网企业标准Q/GDW 12073-2020。后续研究将拓展至氢储能在CEINI评价中的动态权重优化。