提高電力系統風電接納能力的儲能優化配置分析

賈春橋

【摘 要】本文對風電接納能力的主要影響因素進行分析，主要為電源結構與調節能力、電網構架、電網運行水平等等，并構建最優潮流模型，對該模型進行求解，力求通過提高風電供電質量、增強系統穩定性、削峰填谷等方式，使電力系統的運行更加穩定，電網經濟性得到顯著提升。

【關鍵詞】電力系統;風電接納能力;儲能優化

引言：在社會經濟飛速發展之下，對電能的需求逐漸增加，風電具有波動性、間歇性等特點，在運行中受諸多因素影響，很可能對電力系統正常運行產生不良影響。為了確保電能的穩定性，使人們生產生活的用電需求得到充分滿足，應做好儲能優化配置工作，使電網的風電接納能力得到顯著提升。

1.風電接納能力的主要影響因素

對風電接納能力產生影響的因素眾多，除了受風電自身因素影響之外，還受電網因素影響，主要包括以下內容。

1.1電源結構與調節能力

風電具有隨機性、間歇性、反調峰特性，將其與電網相連接后，需要使用其他電源與之配合，使負荷處于平衡狀態。但是，在風電資源豐富的地區，電源結構主要為火電，供熱機組占有較大比例，缺乏抽水蓄能電站的支持，風電裝機的數量大多與水電持平，但火電機組的調節能力較弱，此種電源結構不利于大規模風電的接入。因此，電力系統的運行受電源結構、調節能力的影響較大。

1.2電網構架

風能豐富之地一般與負荷中心存在一定距離，風電無法就地被消納，需要借助輸電網進行遠距離傳輸后，才可傳輸到負荷中心。在遠距離傳輸過程中，很可能導致線路壓降增加，輸送端系統電壓穩定裕度較低，對風電的接納能力產生抑制。另外，部分線路的輸電能力較弱，常常導致風電“窩電”情況產生。

1.3電網運行水平

對于風電并網來說，當容量較小時，電網在運行過程中無需借助風電力量，只需借助電源調節即可實現電力平衡;當容量增加時，可通過提升電網運行能力的方式，完成風電接納，例如采用優化調度技術、智能電網技術、功率預測技術等等，可見電網的運行水平同樣會對風電接納能力產生影響[1]。

2.最優潮流基礎上儲能系統容量優化配置

2.1最優潮流模型構建

在電網結構參數與負荷給定的基礎上，構建最優潮流模型，使指定約束條件得到滿足，即：一是發電廠投入機組的數量已知，不解決開停問題;二是機組輸出功率已知，由廠家經濟調度來明確;三是電網結構已知，與接線方式無關，無需考慮網絡重構問題。由此，可構建最優潮流模型的有功和無功函數，其中有功費用為：

儲能系統中的無功費用可用目標函數表示為：

式中，Pc代表的是儲能有功出力;Qc代表的是儲能無功出力;a0—a2代表的是有功成本耗量系數;b0—b2代表的是無功成本耗量系數。成本耗費曲線不但與最優解相關，還對求解方式有所制約，當儲能耗費多項式的次數超過3時，目標函數為非凸性，增加了OPF收斂難度。

為了達到電壓偏差最小的目標，應對電壓的偏差數值進行計算，公式為：

式中，Ui代表的是節點電壓幅值; 代表的是電壓目標值，二者之間的差值即為電壓偏差;n代表的是節點的數量[2]。

2.2最優潮流模型求解

對最優潮流進行求解的過程具有迭代性，存在收斂和不收斂的問題。對此，可采用內點算法，在可行域內部尋找最優解，并逐漸與之靠近，具有較強的收斂性，且收斂速度較快，在大規模電網優化計算中得到廣泛應用。在采用內點法求解時，解始終為約束內點，并未具備明顯的不等式約束過程，有效克服傳統求解方法中對不等式約束集的確定。在最優潮流中約束條件較多，有時可能出現無解情況。在迭代不收斂的情況下，當出現無解時，需要對安全約束進行檢查，找出其中的不合理性，例如電壓與無功不等式約束的相應度等等，針對存在的問題進行改正;當計算方法不收斂時，很可能是給定初值缺乏合理性，也可能是存在越限情況，此時應對初始潮流進行調整。

2.3風電接納能力提高方法

現階段，根據電力系統的實際情況，可采用儲能技術使風電接納能力有所提升，主要措施如下：

（1）提高風電供電質量。飛輪、超導、超級電容等均具有ms級功率調節能力，可在較短的時間內與系統進行有功或者無功轉變，使風電場中的輸出功率的變化幅度降低，電網電壓暫降、波動與閃變等電能質量問題得到有效緩解;

（2）增強系統穩定性。對于儲能系統來說，可在有功和無功兩種情況下使風電系統功率達到平衡狀態，使系統穩定性得到顯著提升。在風電機組中，低電壓穿越與接納能力之間存在緊密聯系，在電網發生故障過程中可迅速吸收剩余能量，使機端、并網點電壓得到有效控制，使風電機組免受電壓、過電流的破壞，進而提高機組的低電壓穿越能力;

（3）提高電網經濟性。為了增強風電接納能力，系統應增加備用容量，還應額外配備平衡穩定裝置，減少系統運行的投入。儲能系統與風電場運行情況相結合，即可在很大程度上使此代價降低，接納能力提高，實現電網與風電場互利雙贏的目標;

（4）削峰填谷。該技術能夠使電網的日負荷率得以提升，使發電設備使用效率更高，有助于系統穩定運行。在電力生產過程中，無論是輸電、發電或者配電等等，均要在較短的時間內完成，這將需要確保發電、供電、配電相一致。電力需求的變化性較大，受晝夜、季節等因素的影響，要想使多個時段的運行需求得到滿足，在儲能技術未合理應用時，很難達到這一目標。在儲能技術應用背景下，可使可再生資源、分布式資源被廣泛應用，根據市場平均需求促進電力系統發電，在低谷階段，將電能存儲起來，為高峰時期電能轉換提供支持，使用戶需求得到充分滿足，還可有效降低成本，使企業的經濟效益得到顯著提升，促進電力系統的安全穩定運行[3]。

結論：綜上所述，現階段，電力儲能技術逐漸朝著高效化、經濟化、高密度化等方向發展。在電力系統應用中，應采用提高風電供電質量、增強系統穩定性、削峰填谷等多種方式，使系統實現安全穩定的運行。

參考文獻：

[1]李卓陽.提升電力系統中風電接納能力的儲能研究[J].電子技術與軟件工程，2018（14）：170-170.

[2]黃英，劉寶柱，王坤宇，等.考慮風電接納能力的儲輸聯合規劃[J].電網技術，2018（5）：1480-1487.

[3]張雪莉.提高電力系統風電接納能力的儲能優化配置研究[D].華北電力大學，2017.

（作者單位：黑龍江龍源新能源發展有限公司）