程 瑜，陳 熙

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京市 102206）

0 引言

隨著具有隨機性、波動性和分散性特點的新能源規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)，未來電網(wǎng)將呈現(xiàn)顯著的“雙側(cè)隨機性”，源網(wǎng)荷之間的構(gòu)成形式、響應(yīng)范圍和交互模式較目前電網(wǎng)也將更趨復(fù)雜［1］。為實現(xiàn)“雙碳”目標，提升新能源利用水平和電力系統(tǒng)運行效率，需要通過優(yōu)化整合源側(cè)、網(wǎng)側(cè)與荷側(cè)資源要素，以儲能等先進技術(shù)和體制為支撐，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲的深度協(xié)同［2］。所以因地制宜，適度配置儲能成為推進源網(wǎng)荷儲一體化的關(guān)鍵。

有關(guān)源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化調(diào)度的研究已有了一定的積累，但在規(guī)劃層面考慮源網(wǎng)荷儲深度協(xié)同的儲能資源配置研究較少。研究較多面向微網(wǎng)或主動配電網(wǎng)，隨著新能源場站大規(guī)模接入主干輸電網(wǎng)，主干輸電網(wǎng)調(diào)度中逐漸引入集中式電儲能站［3］及需求響應(yīng)資源［4］參與，構(gòu)建廣義源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化運營模式［5-6］。文獻［7］針對儲能輔助火電機組深度調(diào)峰建立優(yōu)化調(diào)度模型，更多研究將儲能作為靈活性資源納入日前調(diào)度優(yōu)化［8-11］，文獻［9］以最小化系統(tǒng)運行成本為目標，優(yōu)化各類靈活性資源日前調(diào)度計劃，并滾動修正日內(nèi)出力；文獻［10-11］考慮儲能參與調(diào)頻、調(diào)峰與備用輔助服務(wù)市場的應(yīng)用前景，在日前階段建立了儲能多應(yīng)用場景的協(xié)同優(yōu)化模型。

參與調(diào)度運行的集中式儲能資源配置決策已適度耦合系統(tǒng)運行約束，文獻［12］在含儲能設(shè)備的廣義靈活電源規(guī)劃模型加入了運行模擬校驗；文獻［13-15］建立了含網(wǎng)架結(jié)構(gòu)約束［13］和低谷調(diào)峰及下備用約束［14-15］的儲能配置統(tǒng)一優(yōu)化模型，模型基于典型風(fēng)出力場景，對風(fēng)出力不確定性影響考慮不足；文獻［16-18］基于設(shè)定的風(fēng)出力不確定集合決策儲能優(yōu)化配置，但配置精度受限于模型中風(fēng)電出力概率分布函數(shù)［16-17］或出力均值與上下限［18］對風(fēng)出力不確定性映射的精準度。故現(xiàn)有含儲能的調(diào)度模型及儲能規(guī)劃模型較常采用低谷調(diào)峰瓶頸約束、低谷下備用約束、棄風(fēng)率指標等相對單一、靜態(tài)的形式表征儲能配置與風(fēng)電消納能力間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

當前國內(nèi)外學(xué)者已開展的魯棒經(jīng)濟調(diào)度研究［19-22］為多維、動態(tài)展現(xiàn)儲能配置對系統(tǒng)風(fēng)電消納能力影響，提供了一種可行的理論支撐。文獻［20］提出調(diào)度中風(fēng)電最大運行范圍的評估方法；文獻［21］建立風(fēng)電可調(diào)度域分析模型，表征在給定運行點和備用水平下系統(tǒng)能夠處理的風(fēng)電不確定性范圍；文獻［22］考慮電網(wǎng)運行約束和再調(diào)度調(diào)節(jié)費用對實時調(diào)度靈活性的影響，提出實時調(diào)度能力及其邊界計算算法。上述研究中主要計及常規(guī)機組增減出力的靈活性，對電儲能、柔性負荷這類新興靈活性資源缺乏考慮。靈活性資源的合理規(guī)劃以及其對系統(tǒng)風(fēng)電消納能力影響的定量評價已成為高比例可再生能源電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題［23-24］，儲能配置對風(fēng)電消納能力影響的量化分析尚存在不足。

綜上，本文基于含源-荷-儲互動魯棒經(jīng)濟調(diào)度，建立儲能配置與風(fēng)電消納能力的關(guān)聯(lián)分析模型，通過逐次生成割平面不斷排除不可行點的算法，生成儲能充放電調(diào)節(jié)、柔性負荷增減負荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維變量的所有可行狀態(tài)點集合構(gòu)成的三維域區(qū)間，以直觀刻畫不同儲能配置方案對系統(tǒng)風(fēng)電消納能力的影響，更好地實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲多資源協(xié)同增效，提升儲能配置決策精益化水平。

1 儲能影響風(fēng)電消納能力的問題描述

1.1 儲能配置與風(fēng)電消納能力關(guān)聯(lián)分析模型的構(gòu)建思路

本文面向參與電網(wǎng)調(diào)度的集中式電化學(xué)儲能資源的合理規(guī)劃需求，建立儲能配置與風(fēng)電消納能力的關(guān)聯(lián)分析模型。模型基于源-荷-儲三側(cè)靈活性資源互動參與系統(tǒng)調(diào)度的背景，協(xié)同考慮源側(cè)火電機組、荷側(cè)可調(diào)節(jié)柔性負荷的調(diào)節(jié)能力，按調(diào)度時序分兩階段融合儲能參與日前和實時2 個時間尺度的調(diào)度計劃，側(cè)重計及儲能參與系統(tǒng)調(diào)峰、爬坡和提供旋轉(zhuǎn)備用的貢獻，量化分析系統(tǒng)對風(fēng)電出力水平及其波動范圍的接納能力，以表征儲能對風(fēng)電消納能力的影響。

第1 階段，基于日前經(jīng)濟調(diào)度模型，量化儲能在系統(tǒng)低谷、頂峰調(diào)峰和爬坡中的貢獻；第2 階段，在日前調(diào)度策略下，選取低谷或高峰時段，基于實時調(diào)度模型的約束條件，逐次生成割平面排除不可行點，獲得滿足約束的可行狀態(tài)點集合的邊界割平面。為了在三維空間直觀刻畫可行狀態(tài)點集合，取可行狀態(tài)點的風(fēng)電波動量Δw、儲能調(diào)節(jié)功率Δe、柔性負荷調(diào)節(jié)功率Δpcl這3 個變量，構(gòu)成三維域區(qū)間。定義為儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間，表征儲能、柔性負荷2 個控制因素分別提供一定調(diào)節(jié)能力時，系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動范圍。

三維域區(qū)間示意圖如圖1 所示。

圖1 三維域區(qū)間定義及計算示意圖Fig.1 Schematic diagram of definition and calculation of three-dimensional domain interval

圖1 左側(cè)為三維變量初始可調(diào)度區(qū)間，受靈活性設(shè)備個體運行特性約束、各條線路潮流約束等實時調(diào)度模型約束影響，逐次修正儲能與柔性負荷可提供的調(diào)節(jié)能力，與常規(guī)機組調(diào)節(jié)能力共同影響系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間，構(gòu)成圖1 右側(cè)的三維域區(qū)間。

1.2 計及源-荷-儲互動的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型

第1 階段，計及儲能與柔性負荷的參與，考慮棄風(fēng)成本的影響，建立經(jīng)濟調(diào)度確定性優(yōu)化模型。

1.2.1 目標函數(shù)

式中：T為調(diào)度周期的總時間；NG、Nw、Nes、Ncl分別為系統(tǒng)中的常規(guī)機組、風(fēng)電機組的數(shù)量、儲能與負荷的數(shù)量；c2、c1、c0為常規(guī)機組成本系數(shù)；cw、ces、ccl分別為單位棄風(fēng)成本、儲能的效率損失成本與柔性負荷調(diào) 節(jié) 成 本 系 數(shù)；和分 別 為 儲 能 設(shè) 備k在t時 刻的 放 電 與 充 電 功 率；pi，t為 常 規(guī) 機 組i在t時 刻 的 發(fā) 電功 率；Wj，t和wj，t分 別 為 風(fēng) 電 機 組j在t時 刻 的 預(yù) 測 出力與實際上網(wǎng)出力為柔性負荷q在t時刻的響應(yīng)功率，設(shè)柔性負荷為正時代表減負荷量，為負時表示增負荷。

1.2.2 約束條件

1)功率平衡約束

式中：πil、πjl、πkl、πql分別為常規(guī)機組i、風(fēng)電機組j、儲能設(shè)備k與柔性負荷q對線路l的潮流分布因子；Fl為線路l允許的最大傳輸功率。

3）機組出力約束

4）柔性負荷運行約束

式（7）為響應(yīng)功率上限約束；本文選取可轉(zhuǎn)移負荷做柔性負荷，式（8）表示可轉(zhuǎn)移類型柔性負荷的總用電需求不變，凈負荷響應(yīng)增減總電量為0。

5）儲能系統(tǒng)的運行約束

儲能系統(tǒng)的運行約束包括充電或放電狀態(tài)不同時的約束（式（9））、荷電狀態(tài)約束（式（10）至式（13））和儲能設(shè)備在調(diào)度周期內(nèi)始末蓄電量不變的約束（式（14））。

式 中：ck，t和dk，t分 別 為 儲 能 設(shè) 備k在t時 刻 的 充、放 電狀態(tài)，取1 時分別表示處于充電或放電狀態(tài)，取0 時分 別 表 示 未 處 于 充 電 或 放 電 狀 態(tài)；Ek，t和Ek，ini分 別為儲能設(shè)備k在t時刻的蓄電量與一天中的初始蓄電量；γc和γd分別為儲能系統(tǒng)的充、放電效率；Pk和分別為儲能設(shè)備k的額定功率與額定容量。

基于給定的風(fēng)電出力預(yù)測曲線，求解上述經(jīng)濟調(diào)度確定性優(yōu)化問題（式（1）至式（14）），得到經(jīng)濟調(diào)度 策 略 解X={p，w，Ec，Ed，c，d，pcl}，對 應(yīng) 為 火 電機組出力、風(fēng)電實際上網(wǎng)出力、儲能充放電功率及狀態(tài)、柔性負荷響應(yīng)功率的向量表示。

第2 階段，由于考慮風(fēng)電出力預(yù)測誤差，在上述確定性經(jīng)濟調(diào)度策略的基礎(chǔ)上，以調(diào)度機組、儲能設(shè)備、柔性負荷靈活性資源實現(xiàn)功率平衡的再調(diào)度成本最小為優(yōu)化目標，建立優(yōu)化模型。

1）目標函數(shù)

靈活性資源的調(diào)度成本主要包括常規(guī)機組調(diào)節(jié)成本、儲能設(shè)備充放電成本與柔性負荷調(diào)節(jié)成本。

2）約束條件

約束條件包括功率平衡約束（式（16））、線路潮流約束（式（17））、機組出力約束（式（18）和式（19））、儲能運行約束（式（20）至式（22））和柔性負荷調(diào)節(jié)區(qū)間約束（式（23）），再調(diào)度策略基于確定時刻t下的經(jīng)濟調(diào)度策略得到，故式中省略時刻t。

式中：Δwj為t時刻風(fēng)電機組j的出力波動量。

滿足約束式（16）至式（23）的可行的調(diào)度策略表示為{p+，p-，Δw，Δe，Δpcl}，對應(yīng)為火電機組向上和向下調(diào)節(jié)功率、系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動量、儲能調(diào)節(jié)功率、柔性負荷調(diào)節(jié)功率的向量表示。取其中風(fēng)電波動量Δw、儲能調(diào)節(jié)功率Δe、柔性負荷調(diào)節(jié)功率Δpcl這3 個向量值，構(gòu)成三維可行狀態(tài)點Δr={Δw，Δe，Δpcl}，表征系統(tǒng)可實現(xiàn)的調(diào)節(jié)狀態(tài)點，即儲能、柔性負荷2 個控制因素分別具備Δe、Δpcl調(diào)節(jié)能力時，系統(tǒng)消納風(fēng)電波動量Δw。由所有可行的三維可行狀態(tài)點構(gòu)成的集合RAct反映了在常規(guī)機組可上下調(diào)整的能力范圍內(nèi)，滿足系統(tǒng)運行約束的儲能、柔性負荷調(diào)控量與系統(tǒng)消納的風(fēng)電出力變化量的系統(tǒng)運行點的最大集合，如式（24）所示。

式中：RAct為儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合；Y={p+，p-}為常規(guī)機組可上下調(diào)節(jié)的出力范圍；A、B、D、b為系數(shù)矩陣。

為量化表征系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力，根據(jù)集合RAct中消納風(fēng)電波動范圍維度上的邊界值，定義為系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間Wmargin，反映系統(tǒng)風(fēng)電消納能力大小，如式（25）所示。

2 儲能配置與風(fēng)電消納能力關(guān)聯(lián)分析模型求解算法

根據(jù)式（24）對于儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合的定義描述，風(fēng)電消納能力的計算本質(zhì)上是一種最大-最小問題的求解，即尋找電網(wǎng)在系統(tǒng)靈活性最糟糕的情況下，調(diào)用向上與向下靈活性調(diào)節(jié)資源松弛變量的成本最小時的調(diào)度策略邊界，見式（26）。

式中：s+和s-分別對應(yīng)為Y中p+、p-的松弛變量，問題（26）的約束為加入了松弛變量的常規(guī)機組出力相關(guān)約束（對應(yīng)系數(shù)矩陣為A1、B1、D1、b1）以及無松弛變量的約束、柔性負荷運行約束與儲能運行約束（對應(yīng)系數(shù)矩陣為A2、B2、D2、b2）；I為單位矩陣，矩陣維度與A1相同。

若問題（26）有解，當最優(yōu)值大于0 時，表示Y需要松弛變量才能滿足系統(tǒng)運行約束，系統(tǒng)靈活性不足；當問題最優(yōu)值為0 時，電網(wǎng)仍有靈活性，集合RAct非空。

為得到問題（26）的解，通過拉格朗日函數(shù)對上述問題求對偶，將問題轉(zhuǎn)化為對偶問題（27）。

決策變量為對偶變量u，問題轉(zhuǎn)化為通過對原問題中各約束進行稀缺資源定價，得到各種靈活性條件下的最優(yōu)解。為得到非空集合RAct，根據(jù)強對偶性，對偶問題（27）最優(yōu)解為0，有：

此時根據(jù)式（28），三維域區(qū)集合RAct可被重新描述為：

問題重新回到三維域區(qū)間集合RAct的計算，此時儲能影響的三維域區(qū)間集合RAct表示為多面體，寫作線性不等式，有限數(shù)量的頂點由集合U表示［21］。但由于頂點數(shù)量過多，列舉所有頂點u耗時過久。文獻［22］提出了一種自適應(yīng)約束生成算法，通過尋找相應(yīng)的關(guān)鍵頂點，在每次迭代中生成超平面約束，減少計算時間。結(jié)合約束生成算法，計算三維域區(qū)間集合的具體過程如下。

對于Δr*?RAct，存在相應(yīng)的u*使下式成立：

設(shè) 一 個 足 夠 大 的 基 礎(chǔ) 集 合RAct={Δr|HΔr≥h}，其中H與h為系數(shù)矩陣，將不屬于集合RAct的向量Δr*從中分離，直至集合內(nèi)任一向量均不使式（30）成立，此時集合RAct即為所求。

為分離不屬于集合RAct的向量Δr*，生成加入集合RAct的割平面約束，需要找到滿足式（30）的Δr*和對應(yīng)的u*，問題（26）轉(zhuǎn)化為求下述雙層規(guī)劃問題的最大值。

當u=0 時，R(X)=0，由式（27）可知，R(X)≥0 總成立；若R(X)=0，表示對RAct內(nèi)任意X，Y非空；若R(X)＞0，最優(yōu)解Δr*不屬于集合RAct。

對問題（31）中二次項的線性約束求對偶后，其中非線性約束為互補松弛約束。通過大M法將互補松弛約束轉(zhuǎn)化為線性約束，問題（31）可轉(zhuǎn)化為如下混合整數(shù)線性規(guī)劃（mixed-integer linear programming problem，MILP）問題。

式中：ξ為線性規(guī)劃問題的對偶變量；Nst為RAct中矩陣的維數(shù)；M為足夠大的正數(shù)。

求解儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合式（24）轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題（32），詳細推導(dǎo)過程見附錄A。當問題（32）最優(yōu)值R(X)=0 時，RAct即為所求的三維域區(qū)間集合，算法流程如附錄B 圖B1 所示。

3 算例分析

本文選取改進的IEEE 30 節(jié)點系統(tǒng)進行算例分析，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見附錄B 圖B2，線路參數(shù)設(shè)置詳見附錄B 表B1。該系統(tǒng)含有5 臺傳統(tǒng)發(fā)電機組，分別位于節(jié)點1、2、3、5、8，機組參數(shù)設(shè)置詳見附錄B表B2；風(fēng)電、負荷預(yù)測出力數(shù)據(jù)詳見附錄B 圖B3 和圖B4；基礎(chǔ)場景中柔性負荷可調(diào)用的調(diào)節(jié)功率上限為50 MW；儲能容量為100 MW·h，額定功率為50 MW，充、放電效率為90%。

選取典型規(guī)劃場景中風(fēng)電大發(fā)且負荷低谷時段，風(fēng)電出力小且負荷尖峰時段的調(diào)峰瓶頸時段作為儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間分析的典型時段，并考慮依據(jù)后續(xù)時段的滾動運行模擬校驗，修正決策適宜的儲能配置容量。仿真算例運行環(huán)境為Intel i5 CPU 和16 GB 內(nèi)存，本文所建MILP 模型通過調(diào)用CPLEX 求解器進行求解。

3.1 儲能布點對風(fēng)電消納能力的影響分析

根據(jù)本文模型，儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電預(yù)波動范圍三維域區(qū)間的邊界取決于系統(tǒng)運行的各項約束。考慮線路輸送能力對儲能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的約束，儲能位置及其與可再生電源、柔性負荷的空間布點關(guān)系直接影響與網(wǎng)架約束的耦合強度。

采用本文模型，分別計算儲能裝置與柔性負荷不同空間布點4 種場景下的風(fēng)電消納能力。各場景儲能和柔性負荷布點設(shè)置如表1 所示：場景a 中儲能配置在節(jié)點6，柔性負荷布點在節(jié)點24 的PL1，設(shè)場景a 為基礎(chǔ)場景；場景b 中儲能布點調(diào)整至風(fēng)電機組接入的節(jié)點7；場景c 中儲能布點調(diào)整至遠離風(fēng)電機組且靠近柔性負荷PL1的節(jié)點23；場景d 中進一步拉大儲能與柔性負荷間的電氣距離，把柔性負荷調(diào)整到節(jié)點14 的PL2。

表1 不同場景中的儲能與柔性負荷布點情況Table 1 Energy storage and flexible load distribution in different scenarios

基于上述4 種布點場景，分別考慮200、300、400 MW 這3 種水平的風(fēng)電機組容量，對應(yīng)情況1、2、3，分別按風(fēng)電機組容量的20%配置儲能容量，計算系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間如表2 所示。

由表2 可知，配置儲能可提升風(fēng)電消納能力，當依據(jù)風(fēng)電場容量的固定比例配置儲能時，例如本例都取20%，伴隨系統(tǒng)風(fēng)電容量占比的提高，配置儲能對提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的作用將呈現(xiàn)相對放緩的趨勢，即伴隨風(fēng)電裝機占比的提升，需求配套儲能容量占風(fēng)電機組容量的比例可適當減少。

表2 不同風(fēng)電機組容量的系統(tǒng)消納風(fēng)電波動量Table 2 Wind power accommodation fluctuations of systems with different wind turbine capacities

圖2（a）展示了場景a 下儲能配置與風(fēng)電消納能力關(guān)聯(lián)分析三維域區(qū)間立體示意圖，圖中3 個坐標軸分別對應(yīng)儲能調(diào)節(jié)功率Δe、柔性負荷調(diào)節(jié)功率Δpcl以及消納的風(fēng)電波動范圍Δw。其中，圖2 分別針對風(fēng)電波動量達到30 MW 與60 MW 情況做三維域區(qū)間的切割截面，各切割截面示意圖如圖2（b）與（d）所示。由式（29）可知，三維域區(qū)間集合由不等式方程組表示，體現(xiàn)儲能與柔性負荷在參與日前經(jīng)濟調(diào)度后剩余調(diào)節(jié)能力與消納風(fēng)電波動范圍，切割后二維截面圖展示了限制儲能、柔性負荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動區(qū)間波動的約束邊界。因此，圖2（b）二維截面圖的上邊界U1 與下邊界D5 為柔性負荷調(diào)節(jié)功率上下限約束；左邊界L3 與右邊界R4 為儲能調(diào)節(jié)功率約束；上邊界U2 為線路22-24 容量約束；當風(fēng)電波動在30 MW 時，柔性負荷調(diào)控量受U1、U2 與D5 共同約束，儲能放電調(diào)節(jié)量高于4.1 MW 時，柔性負荷開始受限于約束U2；當風(fēng)電波動量進一步增至60 MW 時（對應(yīng)圖2（d）），線路22-24阻塞情況加重，此時柔性負荷調(diào)節(jié)能力上界僅受限于U2 約束，即主要受到線路22-24 容量約束。

圖2 場景a 下風(fēng)電波動量為30 MW 與60 MW 時的三維域區(qū)間集合示意圖Fig.2 Schematic diagrams of three-dimensional domain interval set in scenario a when wind power fluctuation is 30 MW and 60 MW

圖3 中繪制了表1 中各場景的儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間以及消納風(fēng)電波動區(qū)間在風(fēng)電出力波動與儲能充放電調(diào)節(jié)域平面的投影。由圖3 可以看出，在系統(tǒng)儲能和柔性負荷靈活性資源總量相同的情況下，不同儲能布點場景下系統(tǒng)可消納的風(fēng)電波動范圍基本相似，但各個場景下儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間的空間形狀不同。

1）圖3 中，圖3（b）與（a）相比，三維域區(qū)間的運行范圍區(qū)別不大，但圖3（a）中的三維域區(qū)間由更多的平面包圍形成，表明當儲能分布于節(jié)點6 時，系統(tǒng)為平衡風(fēng)電的波動量所進行的源-荷-儲互動受到更多的運行約束限制；圖3（b）中儲能直接布點在風(fēng)電場接入節(jié)點，風(fēng)電機組與儲能之間的互動無線路容量約束的限制，儲能與風(fēng)電機組之間互動將更加頻繁，此時儲能可在風(fēng)電大發(fā)負荷低谷時段儲存電能，在風(fēng)電低谷負荷高峰時段放電，從而減少線路容量約束對風(fēng)電出力的影響。

2）圖3（c）在柔性負荷調(diào)控維度方向的三維域區(qū)間較圖3（a）有大幅提升，即當風(fēng)電出現(xiàn)波動時，在常規(guī)機組可調(diào)節(jié)出力范圍內(nèi)，儲能與柔性負荷互動可提供更多的調(diào)節(jié)能力，這說明相較于分布在節(jié)點6 與節(jié)點7 的儲能裝置，選址于節(jié)點23 的儲能與柔性負荷之間互動受網(wǎng)絡(luò)約束的影響更小。

3）圖3（d）在柔性負荷調(diào)控維度方向的三維域區(qū)間范圍較圖3（a）明顯變小，此時系統(tǒng)靈活性主要依靠儲能與常規(guī)機組互動調(diào)節(jié)能力，當柔性負荷位于節(jié)點14 的PL2時，柔性負荷與儲能之間互動受系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束的影響減弱，且此時系統(tǒng)消納風(fēng)電波動正偏差的能力受到機組向下調(diào)節(jié)能力約束的影響而達到限值。

圖3 不同儲能并網(wǎng)節(jié)點的儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合示意圖Fig.3 Schematic diagrams of three-dimensional domain interval set of storage，load regulation and acceptable wind power fluctuation range of different energy storage grid-connected nodes

3.2 儲能容量對風(fēng)電消納能力的影響分析

系統(tǒng)配置不同容量的儲能時，對于三維域區(qū)間的影響也會有所不同。圖4 展示了同一布點處，3 種不同儲能容量E（100、150、200 MW·h）的儲能配置方案下調(diào)峰瓶頸時刻的風(fēng)電消納能力。表3 列出了不同容量的儲能配置方案在低谷和峰荷時段，系統(tǒng)所能接受的風(fēng)電波動區(qū)間范圍。

表3 不同儲能容量配置下系統(tǒng)消納風(fēng)電波動比例區(qū)間Table 3 Wind power accommodation fluctuation ratio interval of system with different energy storage capacity configurations

圖4 不同儲能容量配置下儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合示意圖Fig.4 Schematic diagrams of three-dimensional domain interval set of storage，load regulation and wind power accommodation fluctuation range with different energy storage capacity configurations

由圖4 可知，受到風(fēng)電場、儲能和負荷之間的線路容量約束以及機組運行約束的影響，源、儲、荷三維域區(qū)間并未隨配置的儲能容量增長一直擴大。

由表3 可知，算例中系統(tǒng)可消納的風(fēng)電波動范圍隨配置儲能容量的增長而增大，但當儲能配置容量高于175 MW·h 后，儲能配置對系統(tǒng)應(yīng)對風(fēng)電出力預(yù)測偏差的調(diào)節(jié)能力的提升已達到相對飽和的狀態(tài)，此時再增加儲能配置容量，無法明顯增大系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間。

3.3 儲荷容量配比對風(fēng)電消納能力的影響分析

隨著柔性負荷接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，儲能與柔性負荷間的容量配比關(guān)系也會影響互動域區(qū)間。本文對比分析3 種儲荷配比場景：1）場景1 中儲能容量E為30 MW·h，柔性負荷容量PL為70 MW；2）場景2 中儲能容量E為50 MW·h，柔性負荷容量PL為50 MW；3）場景3 中儲能容量E為70 MW·h，柔性負荷容量PL為30 MW。3 種場景的三維域區(qū)間集合示意圖如圖5 所示。

圖5 不同儲荷配比方案下儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間集合示意圖Fig.5 Schematic diagrams of three-dimensional domain interval set of storage，load regulation and acceptable wind power fluctuation range with different ratios of load and storage configuration

圖5（a）相比于圖5（c），可調(diào)度的柔性負荷范圍更大，但儲能受容量約束限制，其調(diào)節(jié)能力最弱。圖5（a）與（c）中系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間范圍分別為（-125 MW，117 MW）與（-126 MW，130 MW）。場景2 中儲能與負荷比例相等，由圖5（b）可知，系統(tǒng)消納的風(fēng)電波動區(qū)間為（-141 MW，124 MW），此時儲能和負荷分別位于節(jié)點6 與節(jié)點24，場景2 可消納的風(fēng)電波動范圍最大。因此，儲能的規(guī)劃需要結(jié)合荷側(cè)柔性負荷資源規(guī)?；酆习l(fā)展布局、響應(yīng)成本下降和多元化發(fā)展等因素進行合理的儲能容量配置和布點規(guī)劃。

3.4 調(diào)峰瓶頸后續(xù)時段消納風(fēng)電波動區(qū)間檢驗

調(diào)用儲能資源應(yīng)對調(diào)峰瓶頸時段的風(fēng)電波動量，將導(dǎo)致儲能后續(xù)時刻的荷電狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響系統(tǒng)在后續(xù)時刻儲能可用的調(diào)節(jié)能力。故有必要進行調(diào)峰瓶頸后續(xù)時段消納的風(fēng)電波動區(qū)間檢驗，并根據(jù)檢驗結(jié)果調(diào)整修正儲能配置容量。

以3.1 節(jié)中場景a 為例，算例低谷和高峰調(diào)峰瓶頸分別開始于05：00 與15：00 時，并后續(xù)各持續(xù)1 h。采用本文模型，對調(diào)峰瓶頸后續(xù)時段消納的風(fēng)電波動比例的區(qū)間進行檢驗，如表4 所示。

表4 調(diào)峰瓶頸后續(xù)時刻消納風(fēng)電波動比例區(qū)間檢驗Table 4 Test of acceptable wind power fluctuation ratio interval at subsequent moments of peak shaving bottleneck

根據(jù)表4 可知，對于低谷調(diào)峰時刻05：00，當風(fēng)電波動正偏差超過3.33%（或10 MW）時，系統(tǒng)在后續(xù)時刻06：00 時就會缺乏調(diào)節(jié)能力以應(yīng)對風(fēng)電波動，可見本例中100 MW·h 的儲能配置規(guī)模難以滿足05：00—06：00 時低谷調(diào)峰瓶頸時段的調(diào)節(jié)能力需求；對于高峰時刻15：00 時，即使風(fēng)電波動偏小20%，后續(xù)時刻16：00 系統(tǒng)仍消納不超過27.00%的風(fēng)電波動負偏差。受線路6-7 容量約束影響，場景a配置儲能無法應(yīng)對風(fēng)電波動偏大20%的情況，若將儲能布置在風(fēng)電場節(jié)點，如場景b，風(fēng)電波動偏大20%僅需配置150 MW·h 儲能。因此，在儲能配置決策中，需結(jié)合規(guī)劃地區(qū)的低谷調(diào)峰瓶頸時段的風(fēng)電功率波動范圍以及調(diào)峰瓶頸持續(xù)時長，利用本文模型進行調(diào)峰瓶頸后續(xù)時段消納的風(fēng)電波動區(qū)間檢測，以決策適宜的儲能配置規(guī)模。

4 結(jié)語

為定量分析儲能對源-荷-儲互動場景下系統(tǒng)風(fēng)電消納能力的影響，本文采用魯棒經(jīng)濟調(diào)度模型的約束生成方法，建立了儲、荷調(diào)節(jié)與消納風(fēng)電波動范圍三維域區(qū)間計算模型，量化表征儲能、柔性負荷靈活調(diào)節(jié)能力適應(yīng)風(fēng)電出力波動的三維域區(qū)間邊界。

1）儲能與柔性負荷資源、可再生電源的空間布點是影響源網(wǎng)荷儲互動場景下系統(tǒng)風(fēng)電消納能力的重要因素。受網(wǎng)絡(luò)約束的影響較小的儲能布點，源網(wǎng)荷儲協(xié)同增效能力強。

2）由于網(wǎng)架約束和常規(guī)機組運行約束，增加儲能配置容量對系統(tǒng)應(yīng)對風(fēng)電出力波動的調(diào)節(jié)能力的提升將會出現(xiàn)相對飽和的狀態(tài)。結(jié)合電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及其發(fā)展規(guī)劃合理配置儲能容量，有利于提升儲能配置的經(jīng)濟性，減少冗余投資。

3）不同的儲能與柔性負荷的容量配比影響系統(tǒng)風(fēng)電消納能力提升。算例中，儲能與柔性負荷采用等比例配置，系統(tǒng)消納風(fēng)電波動區(qū)間最大。

綜上，通過三維域區(qū)間可有效刻畫儲能配置策略提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的影響，實現(xiàn)系統(tǒng)消納風(fēng)電波動范圍波動區(qū)間與儲能配置策略間的交互分析。市場機制下，有待進一步結(jié)合儲能協(xié)同參與電能量交易和多時間尺度、不同方向調(diào)頻和備用輔助服務(wù)交易的時序耦合特征，計及儲能設(shè)備復(fù)雜多重復(fù)用場景，研究適應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提升需求的儲能配置策略分析模型。

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