doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.050

摘 要：針對(duì)新能源接入下微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的負(fù)荷功率大、儲(chǔ)能裝置分配不合理、運(yùn)行成本高的問(wèn)題，研究新能源接入下微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法。設(shè)置新型微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量守恒條件，選擇自適應(yīng)粒子群算法參數(shù)變量并優(yōu)化，建立微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，獲取儲(chǔ)能優(yōu)化約束條件，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量的優(yōu)化配置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的方法可以降低優(yōu)化配置運(yùn)行成本，提高備用和微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置效果。

關(guān)鍵詞：新能源接入；微電網(wǎng)；混合儲(chǔ)能容量；容量?jī)?yōu)化配置；自適應(yīng)粒子群算法

中圖分類號(hào)：TM711.1" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0189-04

Research on the optimal allocation of hybrid energy storage parameter variables in microgrid under new energy access

LI Xu，CAO Junlei，HU Xiaohu，DONG Chao，BAI Yongzhong

（State GridJibei Zhangjiakou Wind and Solar Energy Storage and Transportation new Energy Co.，Ltd.，Zhangjiakou 075000，Hebei China）

Abstract：Aiming at the problems of large load power，unreasonable distribution of energy storage devices and high operation cost of micro grid energy storage energy storage system under new energy access，the optimal allocation method of micro grid hybrid energy storage capacity under new energy access was studied.The conservation conditions of hybrid energy storage capacity of new microgrid were set，the parameter variables of adaptive particle swarm optimization algorithm were selected and optimized，the objective function of microgrid hybrid energy storage capacity system was established，and the energy storage optimization constraints were obtained，so as to realize the optimal configuration of hybrid energy storage capacity of microgrid.The experimental results showed that the proposed method reduced the operating cost of optimized configuration and improved the optimization configuration effect of backup and microgrid hybrid energy storage capacity.

Key words：new energy access;microgrid;mixed energy storage capacity;capacity optimization configuration;adaptive particle swarm optimization

微電網(wǎng)可以促進(jìn)新能源的充分利用，但是在接入新能源后，存在儲(chǔ)存電能質(zhì)量和可再生能源利用率低等問(wèn)題^[1-2]?；旌蟽?chǔ)能的出現(xiàn)解決了新能源接入后微電網(wǎng)存在的各種問(wèn)題，在提高能源利用率的同時(shí)，提升儲(chǔ)存電能的質(zhì)量和微電網(wǎng)整體效益^[3]。因此，需要合理配置微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量。利用模態(tài)分解法分析微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的總功率，采用不同濾波系數(shù)優(yōu)化配置方案^[4]。利用平均濾波法采集微電網(wǎng)的原始輸出功率，并且根據(jù)傅里葉分解算法分解混合儲(chǔ)能功率，重新配置儲(chǔ)能容量^[5]。

分析了電網(wǎng)的波動(dòng)性與不確定性，建立儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置模型，基于魯棒優(yōu)化理論將不確定模型轉(zhuǎn)換為確定性參數(shù)模型，結(jié)合網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置^[6]。建立混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析風(fēng)電的波動(dòng)和平滑策略^[7]。但是，因新能源接入后微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的負(fù)荷功率較大，導(dǎo)致備用儲(chǔ)能裝置分配不合理、運(yùn)行成本高。針對(duì)上述問(wèn)題，提出新能源接入下微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法。

1"微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量配置優(yōu)化

設(shè)置新能源接入后微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量守恒條件，采用自適應(yīng)粒子群算法^[8-9]優(yōu)化變量信息，建立目標(biāo)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)定儲(chǔ)能容量的約束條件，完成優(yōu)化配置。

1.1"設(shè)置新型微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量守恒條件

在新能源接入后微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，要保持新能源混合儲(chǔ)能的容量與微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行功率守恒^[10-12]?？紤]新能源接入后微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量的守恒條件：

式中：u_it表示儲(chǔ)能系統(tǒng)i在t時(shí)刻的新能源機(jī)組數(shù)量，個(gè)；g_it為儲(chǔ)能系統(tǒng)i在t時(shí)刻可利用的新能源容量總數(shù)，MW；v_it表示新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)i在t時(shí)刻的機(jī)組數(shù)量，個(gè)；P_L表示機(jī)組L的容量，MW；D_t為微電網(wǎng)系統(tǒng)在t時(shí)刻的新能源接入后混合儲(chǔ)能容量需求；N為微電網(wǎng)系統(tǒng)中儲(chǔ)能的總?cè)萘?，MW。

1.2"基于自適應(yīng)粒子群算法的微電網(wǎng)優(yōu)化配置過(guò)程

通過(guò)新能源接入后微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量守恒條件，利用自適應(yīng)粒子群算法^[13-14]，在新能源接入下設(shè)計(jì)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置算法。

1.2.1"參數(shù)變量的選擇

假設(shè)一個(gè)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量系統(tǒng)內(nèi)含有n個(gè)電子儲(chǔ)能，則E_i（0lt;i≤n）表示第i個(gè)新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定容量，MW；P_i（0lt;i≤n）表示第i個(gè)新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定儲(chǔ)能功率，kW。通過(guò)自適應(yīng)粒子群算法對(duì)變量信息進(jìn)行優(yōu)化，基于自適應(yīng)粒子群算法的優(yōu)化流程圖如圖1所示。

根據(jù)圖1所示自適應(yīng)粒子群算法流程，得到額定容量為E′_i（0lt;i，n），MW；儲(chǔ)能功率為P′_i（0lt;i，n），kW。

1.2.2"建立容量?jī)?yōu)化配置目標(biāo)函數(shù)

由于構(gòu)件使用的差異性造成整體運(yùn)營(yíng)成本計(jì)算不準(zhǔn)確，可以使用等年值購(gòu)置算法，得到微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量系統(tǒng)的年平均運(yùn)行成本：

式中：q為微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能設(shè)備的實(shí)際使用年限；β為儲(chǔ)能設(shè)備的更換概率；r為等年值的年利率；k_s和k_b分別為儲(chǔ)能設(shè)備中蓄電池和超級(jí)電容在項(xiàng)目周期內(nèi)更換的次數(shù)。后期的運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)成本的計(jì)算公式為：

根據(jù)以上過(guò)程，完成微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置算法的設(shè)計(jì)，對(duì)算法求解可實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能容量的優(yōu)化配置。

2"實(shí)驗(yàn)分析

2.1"設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為了驗(yàn)證新能源接入下微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法的效果，以MATLAB平臺(tái)和Cplex引擎為支撐，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

2.2"設(shè)置實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，設(shè)置負(fù)荷功率、優(yōu)化配置運(yùn)行成本和備用儲(chǔ)能容量3個(gè)指標(biāo)完成實(shí)驗(yàn)。其中，負(fù)荷功率越小，說(shuō)明優(yōu)化配置越合理；反之，則不合理。優(yōu)化配置運(yùn)行成本越低，說(shuō)明微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置效果越好；備用儲(chǔ)能容量越大，微電網(wǎng)優(yōu)化配置性能越好。

2.3"結(jié)果分析

采用文獻(xiàn)^[4]方法、文獻(xiàn)^[5]方法和所提方法進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)式（6）獲取3種方法的負(fù)荷功率測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，采用文獻(xiàn)^[4]、文獻(xiàn)^[5]方法的負(fù)荷功率分別為600～800 kW和500～600 kW;而采用所提方法的負(fù)荷功率在任何時(shí)刻均在600 kW以下，負(fù)荷功率較低，說(shuō)明所提方法的微電網(wǎng)優(yōu)化配置效果好。根據(jù)式（3）獲取3種方法的優(yōu)化配置運(yùn)行成本測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，文獻(xiàn)^[4]方法的優(yōu)化配置運(yùn)行成本在2 ～3萬(wàn)元；文獻(xiàn)^[5]方法得到的配置結(jié)果需要花費(fèi)的運(yùn)行成本較高，在4萬(wàn)元以上。而所提方法得到的配置結(jié)果可以將運(yùn)行成本降到最低，控制在1萬(wàn)元以內(nèi)，因此所提方法的配置效果更好。用總儲(chǔ)能容量去除用戶側(cè)消耗的儲(chǔ)能容量，獲取3種方法的備用儲(chǔ)能容量如圖4所示。

由圖4可知，文獻(xiàn)^[4]、文獻(xiàn)^[5]方法的備用儲(chǔ)能容量分別為2 700～2 800 MW和2 500～2 600 MW；而所提方法的備用儲(chǔ)能容量最大，超過(guò)了2 800 MW，每次實(shí)驗(yàn)的備用儲(chǔ)能容量均超過(guò)對(duì)比方法，說(shuō)明所提方法配置性能更好。

3"結(jié)語(yǔ)

為了提高備用儲(chǔ)能容量，提出新能源接入下微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法研究。通過(guò)分析微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量守恒條件，優(yōu)化微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量變量信息，建立目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定約束條件，完成優(yōu)化配置。所提方法在配置的合理性、效果以及性能方面都具有很大優(yōu)勢(shì)，保證了微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的均衡性。

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收稿日期：2023-08-16；修回日期：2023-11-15

作者簡(jiǎn)介：李"旭（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：電力設(shè)備檢修、試驗(yàn)與電氣自動(dòng)化;E-mail：lxxxxxx16@aliyun.com。

引文格式：李"旭，曹俊磊，胡曉虎，等.新能源接入下微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能參數(shù)變量?jī)?yōu)化配置研究[J].粘接，2024，51（2）：189-192.