面向綜合能源配電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法

魏健 馬玉虎

【摘?要】現(xiàn)如今，我國的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，為延長緩和甚至取消輸配電設(shè)施改造升級的需求，構(gòu)建面向綜合能源配電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)模型，將儲能配置與系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化結(jié)合起來。基于模型預(yù)測控制思想，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)、余熱鍋爐和燃?xì)忮仩t，通過滾動優(yōu)化和反饋校正，實現(xiàn)配電網(wǎng)臺區(qū)側(cè)熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以儲能設(shè)備生命全周期總投資成本最低作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，發(fā)揮儲能設(shè)備削峰填谷、平滑負(fù)荷的作用，協(xié)調(diào)優(yōu)化以獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益和配電網(wǎng)穩(wěn)定性。通過對不同季節(jié)典型日調(diào)度優(yōu)化情況的分析及與無儲能系統(tǒng)的比較，驗證該配置策略的有效性。

【關(guān)鍵詞】綜合能源;高密度光伏;儲能系統(tǒng);模型預(yù)測控制;優(yōu)化配置

引言

經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，針對在綜合能源系統(tǒng)背景下儲能規(guī)劃問題研究不足的現(xiàn)狀，從提高可再生能源消納角度考慮儲能規(guī)劃，建立了在綜合能源系統(tǒng)下儲能設(shè)備規(guī)劃模型，對在三種不同典型日下可再生能源消納率進(jìn)行分析歸納。采用雙層規(guī)劃模型，上層模型目標(biāo)函數(shù)考慮儲能投資成本及綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本，下層目標(biāo)函數(shù)考慮提高可再生能源消納率。最后算例表明，降低了儲能配置成本，同時可提高再生能源消納率。

1配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃綜合概念體系

為了實現(xiàn)配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃，采用空間自適應(yīng)規(guī)劃和混合組網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的綜合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。假設(shè)將配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的動態(tài)約束參數(shù)模型描述為：Xn={x1，x2，...，xn}，在動態(tài)空間內(nèi)的采用自適應(yīng)尋優(yōu)方法進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的模板匹配，建立空間網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)尋優(yōu)模型，采用Levenberg-Marquardt方程構(gòu)建配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的儲能分布模型。根據(jù)配電網(wǎng)的隨機(jī)性、互動性和耦合性的特點，進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃和自動選線，輸入自適應(yīng)參量調(diào)節(jié)系數(shù)，為：其中，G表示自適應(yīng)尋優(yōu)函數(shù)，當(dāng)a在G存在有限穩(wěn)定解時，表示尋優(yōu)過程是收斂的，此時配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃中的目標(biāo)函數(shù)為G（xn），提取配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃模糊特征量，在歸一化的線性子空間中，得到配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的概念集：其中，?表示歸一化系數(shù)。假設(shè)該概念集的輸出結(jié)果在實域上具有連續(xù)泛函，隨著配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃參與實體的增多，則可采用網(wǎng)格空間規(guī)劃方法，現(xiàn)實配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的運(yùn)行體系的構(gòu)造和智能調(diào)度模型的設(shè)計。

2面向綜合能源配電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法

2.1熱系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

綜合能源配電網(wǎng)系統(tǒng)中，熱負(fù)荷及市場燃料價格波動等多方面不確定因素在很大程度上影響用戶側(cè)電能的使用，尤其是電制熱技術(shù)造成了負(fù)荷極大波動，對配電網(wǎng)中儲能設(shè)備的配置造成極大影響;因此，綜合能源配電網(wǎng)亟須獲取將熱能的規(guī)劃調(diào)度方案與儲能配置相結(jié)合的配置方案。

2.2考慮GIS系統(tǒng)的網(wǎng)格化協(xié)調(diào)規(guī)劃策略

網(wǎng)格定義是將某個區(qū)域按照一定規(guī)則，劃分成若干個網(wǎng)格狀的小單元，便于對區(qū)域進(jìn)行更精細(xì)化的管理。所謂“格”是指管理區(qū)域或?qū)ο蟊粍澐趾蟮目臻g單位，類似地塊、責(zé)任區(qū)等，可大可小;所謂“網(wǎng)”指的是若干個格組成的適當(dāng)區(qū)域。本文將網(wǎng)格化概念引入配電網(wǎng)規(guī)劃，根據(jù)網(wǎng)架現(xiàn)狀、負(fù)荷分布、地理分界等實際情況，將復(fù)雜的配電網(wǎng)劃分為多個相對獨立的網(wǎng)格，分析網(wǎng)格現(xiàn)狀與存在問題，結(jié)合典型負(fù)荷預(yù)測模型，對近中遠(yuǎn)三期做出負(fù)荷預(yù)測，制定網(wǎng)格化的目標(biāo)，按照差異化的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)域綜合能源分布情況，分區(qū)域開展配電網(wǎng)一次網(wǎng)架規(guī)劃和綜合能源設(shè)施協(xié)調(diào)規(guī)劃。具體方法為采用“大而化小，分而治之”的規(guī)劃思路，基于區(qū)域地理信息系統(tǒng)，將配電網(wǎng)劃分為3個供電層級和多個供電分區(qū)，依據(jù)多種邊界條件將供電分區(qū)再細(xì)分為多個供電網(wǎng)格。網(wǎng)格化分層思路為第一層網(wǎng)格以3～5個110kV變電站為組成一個網(wǎng)格，主要開展變電站的建設(shè)需求、變電站間隔利用率分析;第二層網(wǎng)格為不超過3組的典型接線組組成一個網(wǎng)格，主要開展網(wǎng)架接線、線路資源調(diào)配、負(fù)荷需求管理、綜合能源接入和消納利用能力管理和分析;第三層網(wǎng)格以低壓配變臺區(qū)為單位組成網(wǎng)格，主要為加強(qiáng)對用戶供電質(zhì)量和可靠性進(jìn)行跟蹤和分析。通過網(wǎng)格化規(guī)劃提出電力和能源通道方案，預(yù)留出道路所需的架空和電纜通道，預(yù)留出綜合能源輸送通道分布路徑，結(jié)合城市道路建設(shè)，避免建而復(fù)拆，進(jìn)一步優(yōu)化資源利用，達(dá)到區(qū)域能源協(xié)調(diào)規(guī)劃，制定精細(xì)化的協(xié)調(diào)規(guī)劃策略。

2.3綜合能源協(xié)同發(fā)展規(guī)劃方案

通過綜合能源協(xié)調(diào)規(guī)劃和儲能裝置的削峰填谷作用，根據(jù)電網(wǎng)公司規(guī)劃技術(shù)原則要求，在考慮容載比1.9～2.1需求情況下，遠(yuǎn)景年相比常規(guī)園區(qū)規(guī)劃方案，至遠(yuǎn)景年新區(qū)共有110kV變電站5座，相比傳統(tǒng)規(guī)劃方案減少了2座110kV變電站;遠(yuǎn)景年增容378MVA，相比傳統(tǒng)方案主變?nèi)萘抗矞p少了378MVA，至2030年新區(qū)范圍110kV主變?nèi)萘繛?37MVA;考慮區(qū)域綜合能源供需能力，將整個片區(qū)劃分為48個網(wǎng)格，形成53組10kV典型接線組進(jìn)行供電，遠(yuǎn)景年需增加69回中壓線路，共153回線路供電的方案，每個網(wǎng)格中壓供電線路更加清晰有序，比傳統(tǒng)方案約減少了43回中壓線路;園區(qū)新能源消納遠(yuǎn)景年約占35%，相比傳統(tǒng)規(guī)劃方案提高了約25%的比例。同時，構(gòu)建了以區(qū)域能源為中心，充分發(fā)揮了冷熱電三聯(lián)供技術(shù)、溴化鋰制冷技術(shù)、風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)、港口供電技術(shù)，電動汽車充電技術(shù)等，實現(xiàn)了能源高效梯級利用。相比傳統(tǒng)方案，達(dá)到了綜合能源協(xié)同發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)綠色低碳安全、能源利用效率大大提高的目標(biāo)。

結(jié)語

儲能系統(tǒng)能夠有效存儲和轉(zhuǎn)移能量，解決了不少傳統(tǒng)難題，配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、穩(wěn)定性以及可靠性都得到很大提升。在綜合能源配電網(wǎng)中，通過引入光伏儲能設(shè)備，可以平滑光伏電站出力，削峰填谷，延長緩和甚至取消輸配電設(shè)施改造升級需求，提高供電可靠性。儲能設(shè)備經(jīng)過合理配置，可以為綜合能源配電網(wǎng)實現(xiàn)多能互補(bǔ)提供有效保障。本文基于MPC的思想，實現(xiàn)配電網(wǎng)臺區(qū)側(cè)熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，然后利用儲能的平衡作用，將生命全周期總投資成本最低作為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化求解獲取最佳容量，量化該模型的經(jīng)濟(jì)效益，充分肯定了儲能系統(tǒng)在綜合能源配電網(wǎng)中的應(yīng)用價值和發(fā)展必要性。目前光伏電站和儲能產(chǎn)業(yè)都在蓬勃發(fā)展，政府持續(xù)調(diào)整光伏及電網(wǎng)電價，儲能費(fèi)用逐漸降低，不斷沖擊著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)模式，無儲能系統(tǒng)低建造成本的優(yōu)勢慢慢淡化，面向綜合能源配電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)的使用將會變成我國分布式能源發(fā)展的重要形式。

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（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）