用于提高風電場運行效益的電池儲能配置優化模型

何鵬 李巖

【摘要】伴隨著我國能源不斷呈現出減少的危機狀態，一些可再生能源的發展不斷地加快步伐，其中風電規模就是擴大的一項。風電場進行配置電池儲能系統能夠更加有效地將風電接納能力進行增強，并提升風電場運行效益，本文形成一種考慮網架結構的電池儲能系統配置雙層優化模型，并建立在改進帝國競爭算法的數值優化算法基礎上對此模型展開求解，分析出電池儲能系統以及并網電價對效益增加量等關鍵指標。

【關鍵詞】風電場；運行效益；電池儲能配置；優化模型

一、雙層優化模型

首先，在模型說明的問題上。儲能系統的規劃問題密切地關聯于運行問題，當前具有較為突出的儲能系統較高投資以及維護費用現象，所以進行規劃儲能系統期間需要重點的認識建成以后運行問題，以運行對于規劃展開指導，進而實現得到更好的儲能系統規劃成效。此次研究采取分層優化的模式，形成同時考慮到儲能規劃與運行的雙層優化模型的方式。也就是外層模型重視分析電池儲能系統規劃問題，明確好配置節點以及功率容量幾項指標，內層模型就是對涵蓋儲能的風電場進行求解以及電池儲能系統最為理想的處理計劃。

其次，在外層優化模型、內層優化模型上。考慮到電池儲能系統已經具有了模塊化生產的效果，所以本文中進行假設是通過基礎模塊進行構建起儲能系統，因此簡化了外層優化模型，調整為整數規劃問題。其中，各基礎模塊個數與配置節點就是決策變量。并且應用改進帝國競爭算法實施求解。另外，內層優化模型Ⅰ和Ⅱ都是只涵蓋了功率分配簡化機組組合情況，同時兩模型都具有線性形式的目標函數以及約束條件，所以能夠采取線性規劃展開及時地求解。

二、模型求解算法分析

改進帝國競爭算法（ICA）中，種群個體稱之為國家，適應度值稱之為國家權力。依照權力的大小，可以把國家進行分類，即帝國、殖民地。所以涉及到的算法過程就是帝國的形成、帝國的競爭、殖民地的移動以及帝國的滅亡等等過程。在改進帝國競爭算法中的殖民地移動環節方面上，如果國家維數在增大，則也會相應的提升殖民地移動后位置的計算時間。也就是在偏移夾角θ期間殖民地向帝國移動距離不變的約束太緊，就會將計算的時間以及困難性進行增加。所以對于新殖民地移動方法進行定義，也就是殖民地超棱錐體移動的過程。

對于雙層決策的問題，將改進帝國競爭算法應用到求解外層模型中，內層實施MATLAB的linprog函數方式展開求解。同時改進帝國競爭算法中國家位置是提供給電池儲能系統每一基礎模塊的個數以及配置節點，同時外層優化模型目標函數值就是國家權力。考慮外層模型就是一種整數規劃問題，所以本文采取內存表以減少調用雙層模型計算相同國家權力值問題，可以大大的節約計算的時間。算法就是：第一，算法初始化，得到系統網絡參數以及系統參數等內容；第二，外層模型構建起Ncnt個國家，配置電池儲能系統節點以及每一基礎模塊個數都進行實施整數編碼；第三，科學的可行性檢測隨機生成的初始個體，把不可行個體進行排除以后繼續進行形成等量初始個體，一直到Ncnt個國家都是可行個體結果；第四，判斷傳輸功率限制的線路潮流有無越限問題；第五，實施國家權力的計算，嚴格的遵循內存表信息、可行個體運行優化解或者次優解展開計算；第六，以改進帝國競爭算法殖民地超棱錐體移動構建起新殖民地，展開帝國競爭；第七，評價有無獲得收斂條件狀態。

三、算例仿真分析

（一）算例說明

算例實施改進IEEE118節點系統，節點9和節點10之間傳輸線輸送的容量最大值是550MW。同時算例以一典型日來作為全年，盡管選擇典型日具有隨機性的特點，全年日間變化中，不能充分地展示風電出力以及負荷數據情況，但是具有容易得到數據資料以及較小的計算量優勢。電網分時電價是：高峰負荷時段，時間在[7，11]∪[17，21]，電價是1000元·（MW·h）-1；中間時段在[11，17]∪[21，23]，電價是650元·（MW·h）-1；低谷時段在[0，7]∪[23，24]，電價是400元·（MW·h）-1。

（二）仿真結果

最理想的配置電池儲能配置方案就是：配置節點10，功率以及容量分別是43.25MW、86.5MW·h，增加典型年效益是0.101億元。分析仿真結果顯示，風儲聯合運行效益增加量密切的關聯于電池儲能系統配置前后的風電場運行效益、電池儲能系統的運行效益和維護以及投資成本；同時電池儲能系統并網電價以及投資成本，能夠對增加效益量產生較明顯的敏感性，即投資成本降低以及負荷高峰時段，增加電價可導致風儲聯合運行效益增加量提升。另外，接入電池儲能系統以后，增加的風電并網容量在初始屏風容量中所占據比重，如果此值較大，則就會具有越顯著的改善電池儲電系統屏風效果。

四、結語

此次研究通過構建電池儲能配置優化模型的方式，探究風儲聯合運行效益增加量的效益構成，以及討論投資成本和并網電價對效益增加量以及改善屏風的影響等方面。結果充分表明，最優的配置電池儲能系統的方案能夠將風電接納能力進行增強，并提升風電場的運行效益。

參考文獻

[1]徐國棟，程浩忠，方斯頓，馬則良，張建平，朱忠烈.用于提高風電場運行效益的電池儲能配置優化模型[J].電力系統自動化，2016（05）：62～70.

[2]李丹丹，蘇小林，閻曉霞，譚逸雪.儲能優化配置關鍵問題分析[J].電力建設，2016（09）：70～78.