劉 琛

（江蘇省電力公司檢修分公司,211102）

含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置研究

劉 琛

（江蘇省電力公司檢修分公司,211102）

隨著化石能源枯竭和大氣污染等問(wèn)題的日益深化，風(fēng)力發(fā)電在現(xiàn)階段的發(fā)展中得到了快速的發(fā)展。藉此，本文立足于現(xiàn)階段我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源的優(yōu)化配置進(jìn)行了深入的研究。

儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；大規(guī)模風(fēng)電

0 前言

風(fēng)力發(fā)電相比于火力發(fā)電及原子核發(fā)電要更加的“清潔”。因此，在石化能源接近枯竭的背景下，像風(fēng)力發(fā)電這種清潔型的發(fā)電方式，在現(xiàn)階段得到了迅速的發(fā)展。在未來(lái)，石化能源終將會(huì)有枯竭的一天，因此風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性就顯現(xiàn)出來(lái)，它的特點(diǎn)更加契合現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)發(fā)展方式和人們的生活理念。所以，對(duì)大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置的研究有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置研究的背景和意義

隨著現(xiàn)有石化能源的“告罄”，和大氣污染等環(huán)境問(wèn)題的日益突出，開(kāi)發(fā)可再生能源已經(jīng)成為了世界各國(guó)的共同目標(biāo)。而風(fēng)力發(fā)電依靠現(xiàn)階段成熟的技術(shù)、廉價(jià)的成本、資源的豐富正逐步的取代傳統(tǒng)燃料發(fā)電的方式，成為各國(guó)發(fā)展新型能源的的首選。并且隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各國(guó)未來(lái)的風(fēng)電發(fā)展方向也必將靠近大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電方式。

全球的風(fēng)能資源十分的廣泛，可以是遍布在世界各地。據(jù)調(diào)查，截止2012年底，全球風(fēng)能的儲(chǔ)備量達(dá)到了2825GW，新增了4471萬(wàn)千瓦。其中中國(guó)、美國(guó)。德國(guó)位居前三，累計(jì)網(wǎng)裝機(jī)容量分別為：6300萬(wàn)千瓦、6000萬(wàn)千瓦.3115萬(wàn)千瓦。并且近幾年巴西等新興市場(chǎng)風(fēng)電網(wǎng)并容量也在飛速的增長(zhǎng)?？v觀我國(guó)風(fēng)電發(fā)展史，我們國(guó)家的風(fēng)電裝機(jī)容量在逐年提高，從兩千年的山十五萬(wàn)千瓦增長(zhǎng)到兩千零九年的一千五百萬(wàn)千瓦，平均年增長(zhǎng)率達(dá)到了百分之七十。

從上面我們可以看出，在全球范圍內(nèi)，風(fēng)電裝機(jī)容量在未來(lái)還會(huì)進(jìn)行迅速的增長(zhǎng)。大規(guī)模的風(fēng)電入網(wǎng)是未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置思路

目前，我們國(guó)家在的電能存儲(chǔ)方式主要有機(jī)械能存儲(chǔ)、電磁存儲(chǔ)、電化學(xué)存儲(chǔ)等方式。但是我們不難發(fā)現(xiàn)，大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置中，風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行合理科學(xué)的建模都是整個(gè)配置過(guò)程的基礎(chǔ)所在。我們知道風(fēng)的方向是不確定，并且受到風(fēng)向和風(fēng)速變化的影響，所以，風(fēng)力發(fā)電其輸出的功率是具有隨機(jī)性和波動(dòng)性的。

因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究不能“墨守成規(guī)”要對(duì)多個(gè)地域進(jìn)行深入的研究。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察，總結(jié)出當(dāng)?shù)仫L(fēng)力變化規(guī)律。本文我們就幾個(gè)小方面對(duì)大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置進(jìn)行建模和研究。

2.1 基于平滑風(fēng)電短波期波動(dòng)性的儲(chǔ)能電源化配置研究

根據(jù)研究我們發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電接入系統(tǒng)后將會(huì)引起系統(tǒng)頻率出現(xiàn)較大變化。當(dāng)風(fēng)電滲透率較低的時(shí)候，我們可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)，但是當(dāng)滲透率較高時(shí)，由于系統(tǒng)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)效果存在限制的原因，我們?cè)谶@個(gè)時(shí)候便不得不選擇棄風(fēng)等手段。因此對(duì)平滑風(fēng)電短波期波動(dòng)性問(wèn)題的研究，對(duì)提高風(fēng)能的利用率有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

基于平滑風(fēng)電短波期波動(dòng)性的儲(chǔ)能電源化配置的目標(biāo)是達(dá)到配置儲(chǔ)能后的風(fēng)電儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。并且系統(tǒng)儲(chǔ)能費(fèi)用、儲(chǔ)能裝置費(fèi)用及風(fēng)電儲(chǔ)能聯(lián)合費(fèi)用要超過(guò)波動(dòng)限制的懲罰費(fèi)用。根據(jù)現(xiàn)有的風(fēng)力知識(shí)及數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，我們可以列出這樣呀一個(gè)目標(biāo)函數(shù)式：“minF(CBESS)=FBESS+FFDBS”其中CBESS儲(chǔ)能裝置的容量；FBESS是儲(chǔ)能裝置的投資等年值；FFDBS是風(fēng)電儲(chǔ)能聯(lián)合費(fèi)用超過(guò)波動(dòng)限制的懲罰費(fèi)用。

2.1.2 約束條件

基于平滑風(fēng)電短波期波動(dòng)性的儲(chǔ)能電源化配置的模型，主要是為了滿足儲(chǔ)能裝置運(yùn)行和風(fēng)電場(chǎng)出力的約束。其中儲(chǔ)能電源的運(yùn)行約束包括了電工、爬坡、儲(chǔ)能電荷狀態(tài)這三方面的約束。

2.2 基于彌補(bǔ)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置研究

隨著現(xiàn)今大規(guī)模的風(fēng)電如網(wǎng),使得電網(wǎng)因?yàn)轱L(fēng)電難以預(yù)測(cè)的原因而埋下安全隱患。因此在電網(wǎng)中加入具有高效性的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)平衡風(fēng)電入網(wǎng)引起的系統(tǒng)效率失衡問(wèn)題有重要的作用。彌補(bǔ)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置是針對(duì)風(fēng)電誤差而提出的一種優(yōu)化配置方法。它的目標(biāo)是為了彌補(bǔ)風(fēng)電誤差帶來(lái)的功率不平衡的問(wèn)題。針對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差對(duì)風(fēng)電接入系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)的功率失衡問(wèn)題，進(jìn)而優(yōu)化能源在風(fēng)電系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)。并且此種建模，最后要達(dá)到的效果是，在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)電利用率、供電效率、及風(fēng)電經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間達(dá)到最大化的平衡。

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)。基于彌補(bǔ)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置模型的目標(biāo)是使風(fēng)電經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最優(yōu)化。系統(tǒng)的總費(fèi)用包括：機(jī)械運(yùn)行成本（包括機(jī)械損傷）、能源開(kāi)發(fā)費(fèi)用、預(yù)測(cè)誤差帶來(lái)的懲罰費(fèi)用。目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式是：“minF(Cbess)=FCON+FLS+FWS+Fbess”函數(shù)式中Cbess是儲(chǔ)存電源總量、FCON是：機(jī)械運(yùn)行成本（包括機(jī)械損傷）、FLS是能源開(kāi)發(fā)費(fèi)用、FWS是預(yù)測(cè)誤差帶來(lái)的懲罰費(fèi)用。

2.2.2 約束條件?；趶浹a(bǔ)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置建模的約束條件有主要有四部分分別是：風(fēng)電場(chǎng)出力約束、常規(guī)機(jī)械運(yùn)行約束、儲(chǔ)能電源約束、平衡約束等。

3 結(jié)論

含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置對(duì)提高我國(guó)風(fēng)電入網(wǎng)系統(tǒng)有著重要的作用，它是提高系統(tǒng)傳輸效率穩(wěn)定和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全的重要技術(shù)支撐。風(fēng)電裝機(jī)容量還在繼續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)的科技進(jìn)步一定會(huì)將新能源開(kāi)發(fā)放在重要的發(fā)展地位。我們上訴所給的“基于平滑風(fēng)電短波期波動(dòng)性的儲(chǔ)能電源化配置”及“基于彌補(bǔ)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的儲(chǔ)能電源優(yōu)化配置”這兩種配置方法只是眾多配置模型中的一種。為了使改善我們國(guó)家的風(fēng)電入網(wǎng)問(wèn)題，我們的科學(xué)家和電力行業(yè)將要不懈的努力。

[1]黎靜華,文勁宇,程時(shí)杰,韋化.基于p-有效點(diǎn)理論的含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)最小儲(chǔ)能功率配置方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,13:45-52.

[2]張雪莉.提高電力系統(tǒng)風(fēng)電接納能力的儲(chǔ)能優(yōu)化配置研究[D].華北電力大學(xué),2013.

[3]章偉.市場(chǎng)環(huán)境下大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置[D].江蘇大學(xué),2016.

[4]李豐.考慮大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)的發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型及方法研究[D].華北電力大學(xué),2014.

Optimal allocation of energy storage power in power system with large scale wind power

Liu Chen
（Jiangsu electric power company maintenance branch,211102）

With the deepening of fossil energy depletion and air pollution,the development of wind power at the present stage has been rapid development. In this paper,based on the current situation of wind power development in China,the optimal allocation of energy storage power of wind power system is studied in this paper.

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