陳禹萌

（國網(wǎng)鄂州供電公司， 湖北 鄂州 436000）

0 引言

由于風(fēng)能和太陽能的隨機(jī)性、間歇性和不穩(wěn)定性，其大規(guī)模并網(wǎng)運行給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性帶來挑戰(zhàn)。風(fēng)光儲系統(tǒng)，即以風(fēng)電、光伏、儲能系統(tǒng)為主要組成部分的微電網(wǎng)系統(tǒng)[1]。風(fēng)光儲系統(tǒng)能夠在風(fēng)電、光伏發(fā)電量不足或過剩時，通過儲能系統(tǒng)進(jìn)行能量的儲存或釋放，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。然而，園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)的儲能容量大小直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，也會對系統(tǒng)的運行效果產(chǎn)生重要影響，需進(jìn)行深入研究。

1 園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)的概述

園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)是結(jié)合了風(fēng)能、太陽能和儲能設(shè)備的新型能源系統(tǒng)，主要組成部分包括風(fēng)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)以及儲能設(shè)備，這些組件通過電力電子設(shè)備和智能控制系統(tǒng)相互連接，形成在一定范圍內(nèi)自主運行，并能與電網(wǎng)互動的微電網(wǎng)系統(tǒng)[2]。園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)可以解決風(fēng)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性和不可預(yù)見性問題。在風(fēng)力或太陽能充足時，可以將多余的電能儲存起來，待需要時再釋放出來，從而實現(xiàn)電能的最優(yōu)配置。而在風(fēng)力或太陽能不足時，儲能設(shè)備則可以釋放電能，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

隨著對可再生能源利用程度的不斷提升，園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)在能源供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。在技術(shù)方面，園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，尤其是在儲能技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)等方面。儲能設(shè)備的性能和效率得到了顯著的提高，電力電子設(shè)備趨于小型化、高效化和智能化。在應(yīng)用方面，園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)已在工業(yè)園區(qū)、科技園區(qū)和生態(tài)園區(qū)等多種場景得到廣泛應(yīng)用，顯示出良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。同時，隨著電力市場化改革的深入推進(jìn)，園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)在市場參與方面也展現(xiàn)出巨大的潛力。

2 園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)儲能配置模型

文章搭建了雙層規(guī)劃儲能系統(tǒng)配置模型[3]，如圖1 所示，外層優(yōu)化模型的關(guān)鍵變量為儲能所需配置的功率及容量限制，目標(biāo)函數(shù)為minCA，關(guān)注儲能的投資成本及風(fēng)光出力聯(lián)絡(luò)線的波動。內(nèi)層優(yōu)化模型的關(guān)鍵變量為儲能設(shè)備在運行中的充電與放電的動態(tài)功率、SOC 約束等，目標(biāo)函數(shù)為minf，關(guān)注系統(tǒng)風(fēng)光出力動態(tài)功率聯(lián)絡(luò)線波動最低值。

圖1 雙層優(yōu)化模型架構(gòu)

3 基于雙層控制的儲能配置流程

采用雙層優(yōu)化模型計算獲得全局最優(yōu)解難度較高，因此，選擇數(shù)值計算方法，將設(shè)定次數(shù)的步驟進(jìn)行反復(fù)迭代。當(dāng)符合既定的數(shù)值收斂條件時，便可認(rèn)定為最優(yōu)解。儲能配置流程算法如圖2 所示[4]，其中：ES

圖2 雙層控制的儲能配置流程

ES為各個季節(jié)風(fēng)光儲能系統(tǒng)的容量配置、PSES為各個季節(jié)風(fēng)光儲能系統(tǒng)的功率配置。

4 案例分析

以某園區(qū)的一個風(fēng)光儲系統(tǒng)項目為例，包括風(fēng)電光伏出力、儲能模塊以及負(fù)荷等，如圖3 所示。該風(fēng)光儲系統(tǒng)光伏額定容量為500 kW、風(fēng)電額定容量為1 000 kW、最大負(fù)荷為2 400 kW、聯(lián)絡(luò)線功率限制為1 600 kW、反送電功率限制為500 kW。

圖3 風(fēng)光儲能整體結(jié)構(gòu)

考慮到春季和秋季無論光照和風(fēng)速，都較為相似，本文只分析春季、夏季、冬季的風(fēng)電及光伏出力情況。表1 為春季、夏季和冬季各個季節(jié)的風(fēng)電、光伏及負(fù)荷情況，分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在夏天太陽光照輻射最大時，光伏發(fā)電功率也達(dá)到最大值，但風(fēng)速相對較弱。而在冬季風(fēng)力最大時，風(fēng)電出力也達(dá)到最大值，但光照輻射相對較弱，且冬季負(fù)荷需求量也是最高峰。春季無論是在風(fēng)電出力、光伏發(fā)電、還是負(fù)荷需求方面均相對較為居中[5]。不同季節(jié)的出力有明顯不均衡現(xiàn)象，若不能及時、合理地調(diào)節(jié)系統(tǒng)中潮流布置，將導(dǎo)致系統(tǒng)低電壓情況頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

圖4 為沒有加裝儲能系統(tǒng)時，各個季節(jié)的發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率圖譜，不難發(fā)現(xiàn)：春季、夏季和冬季的聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率變化幅度均較大，夏季、冬季的聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率甚至有超出限制值的情況。

圖4 各個季節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率曲線對照

案例中各仿真參數(shù)值設(shè)置如表2 所示，根據(jù)前文雙層控制的儲能配置流程對各個季節(jié)儲能系統(tǒng)所需搭配的功率容量進(jìn)行計算，春季、夏季和冬季的儲能功率和聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率圖譜如圖5—圖7 所示。

表2 案例仿真參數(shù)值

圖5 春季節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率及儲能功率曲線對照

圖6 夏季節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率及儲能功率曲線對照

圖7 冬季節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率及儲能功率曲線對照

對儲能優(yōu)化前后春季、夏季和冬季的聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行比對，如表3 所示。不難發(fā)現(xiàn)，添加儲能設(shè)備后，春季、夏季和冬季的系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率均在功率限制值1 600 kW 之內(nèi)，振蕩范圍低于200 kW，波動情況抑制效果顯著。

表3 儲能優(yōu)化前后春季、夏季和冬季的聯(lián)絡(luò)線功率比對單位：kW

5 結(jié)語

為進(jìn)一步優(yōu)化園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)的儲能配置，提升系統(tǒng)整體運行質(zhì)量，在介紹園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，搭建了園區(qū)風(fēng)光儲系統(tǒng)雙層優(yōu)化儲能配置模型和配置流程。以某園區(qū)風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該儲能模型可將春季、夏季和冬季的系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線動態(tài)功率控制在1 600 kW 之內(nèi)，振蕩范圍低于200 kW，波動情況抑制效果顯著。