基于離散傅里葉變換的直流微電網儲能調控方法研究

李 明，劉國營，張國鋒，張海玉，李小沛

（1.國網新疆電力有限公司電力科學研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.國網新疆電力有限公司吐魯番供電公司，新疆 吐魯番 838000）

儲能結構是微電網中不可或缺的一部分，在微電網中承擔電流溝通、平滑電荷、備用負荷的作用，能夠減緩微電網在電力傳輸中的壓力[1]。隨著微電網構建規模的不斷擴大，對于微電網的儲能調控需求不斷增強，為此，需不斷調整直流微電網的電流流通方式，實現對其的調控操作[2]。

在文獻[3]中，利用離散傅里葉變換對可再生能源的輸出功率進行頻譜分析，以優化能量儲存分配，平滑其功率波動。對于獨立微電網，考慮到儲能設備的循環壽命，文獻[4]通過分析微電網的負荷譜來優化混合儲能配置。為提高有功配電網絡的靈活性。文獻[5]建立了一個同時考慮了電力需求邊際和彈性需求邊際機會約束的能量儲存能力優化模型。

文中引入離散傅里葉變換方法分析微網產生的負荷功率，進而確定聯絡線功率，分析電池和超級電容功率，在判斷不同功率的分配方式后，給出了最佳的調控方案。

1 直流微電網儲能數據獲取

離散傅里葉能夠將時域信號轉換到頻域信號中，同時根據自身的數據調控性能調整不同的信息，加強內部轉化能力，在獲取數據后，將數據分離，并構建完整的數據流轉通道，完成對數據的調整操作[6-8]。為此，文中利用離散傅里葉技術將直流微電網儲能數據收集至中心區域中，并配合數據檢測操作，結合處理后的電網運行異常值數據實施檢測操作。采用離散傅里葉內部的轉化功能提取主導信息的數據，集中加大對中心數據的管理力度，將離散傅里葉變換性能完美融合到檢測手段中。構建電網數據網絡拓撲結構，并設置一個完整子集，為主體空間提供一定的能源供應，將整合的數據收錄至中性空間中，時刻準備進行數據數值檢測[9-12]。建立的電網數據拓撲結構如圖1 所示。

圖1 電網數據拓撲結構

控制變換算法的運算數據量，避免因操作進度過激造成的數據丟失狀況。構建變換算法公式如下：

式（1）中，P表示變換算法參數，u表示內部數值檢測參數，v表示電網數據能源參數[13]。

研究分布式存儲模式，不斷整理存儲空間，增加信息檢測內容，促使檢測結果的精準性更高，不斷追蹤檢測結果數據。采用主從結構管理研究數據并進行節點數據訪問操作，將訪問的信息定時報告給區域電網系統中，時刻查找此時的數據存儲狀態，并利用不同階段的數據信息構建中心數據處理空間系統。在構建的處理空間中開拓新興的數據獲取通道，并固定通道的流通方向，將所有的數據收集至該通道中。同時存儲通道數據，將屬于同一種類的數據集中分配至相同的集合中等待數據處理操作[14]。

管理此刻的直流微電網數據內容，并將該數據內容存儲在數據獲取中心中，實現對于直流微電網數據的獲取操作[15]。

2 基于離散傅里葉變換的直流微電網儲能數據處理

在實現數據獲取后，利用離散傅里葉變換法實現電網儲能數據處理。利用傅里葉變換，可以將時域信號轉換成頻域信號，通過分離、濾波和截取實現對信號的分解[16]。對日常微網負荷選取的樣本數據進行采樣分析，采樣頻率為f，采樣點數為t。采用離散傅里葉變換進行凈負荷功率微型智能電網數據處理過程中，采樣結果與振幅、頻率計算公式如下：

根據離散傅里葉變換公式的對稱性，分析幅頻特性，根據式（2）可知，分解頻率取值為fs/T、2fs/T、3fs/T。為了能夠使取值更加方便，設定分界點為a，根據分界點數值處理離散傅里葉變換的直流微電網儲能數據。

采用聯絡線功率對直流分量和低頻負荷波動進行補償，其余由電池和超級電容補償。在此基礎上，根據補償頻率范圍的劃分，將幅值補償頻帶外設為零，相應的幅值補償頻帶保持不變，并在時域上進行傅里葉反變換，得到超級電容的補償功率分配公式，如下：

其中，P0表示直流微電網分配處理得到的補償功率，S0表示補償功率的補償范圍。

3 直流微電網儲能調控

根據得到的補償功率數值進行直流微電網儲能數據調控，分別設立分界點n1、n2。調控過程如圖2所示。

圖2 直流微電網儲能調控

由圖2 可知，分界點nl、n2 對于聯絡線的功率以及直流微電網儲能調控的功率分配有著決定性的作用，這也代表著分界點直接影響著聯絡線的利用率。因此文中采用窮舉法確定分界點，使分界點的選擇得以優化。

分界點n1 負責判定聯絡線電源的分布方式，在確定分界點n1 后也可以很好地分析混合儲能系統的分布方式，如果分界點n1 選擇出現某種錯誤，就會產生某種功率波動。對并網微網而言，功率波動過大將影響到微網的并網效果，因此分界點n1 值的選擇應滿足聯絡線功率波動的要求。對于n1 值滿足的能量波動需求結線，采用窮舉法比較每條結線在n1 值上的利用率，以選擇最大的分界點結線作為最終結果。

微電網通過聯絡線與大電網相連，聯絡線路承擔了微網絡和大網絡的雙向交互作用，這種技術不但可以向微網并網，也可以向大電網傳輸多余的電能。聯絡線路利用率，是指某一時期聯絡線路的實際發電量與其最大傳輸容量的比率，聯絡線路的利用率在一定程度上反映了配電網絡資產的利用率。

電網的利用率計算公式如公式（4）所示。

其中，Uline代表聯絡線利用率，Esin表示調度過程中大電網向微電網傳輸的電量，Egutit表示調度過程中微電網向大電網傳輸的電量，Eline表示額定功率下輸送的電量。

分界點n2 對于電池和電容的分配功率會產生一定的影響，當分界點過多時，電池的充放電次數也會隨之增加，電池的使用壽命會因此而降低，這對于微電網儲能系統是十分不利的，而如果分界點過小，則電容配置效果很差，電容混合能源系統的價格也會隨之增加，因此需要運用窮舉法求解不同n2 值人群混合儲能能力的優化模型，確定在不同邊界點條件下的混合儲能成本，并以成本最低的邊界點及其相應的混合儲能結構為優化結果。

4 實驗與研究

為驗證基于離散傅里葉變換的直流微電網儲能調控方法的調控效果，進行對比實驗。

設定分界點分別為52、51，選取傳統的基于遺傳算法的直流微電網儲能調控方法和基于小波計算法直流微電網儲能調控方法以及文中研究的基于離散傅里葉變換的直流微電網儲能調控方法對同一直流微電網進行儲能調控。直流微電網結構如圖3所示。

圖3 直流微電網結構

設定實驗參數如表1 所示。根據表1 參數進行實驗，得到的實驗結果如圖4 所示。

表1 實驗參數

根據圖4 可知，文中研究的方法調控負荷功率遠小于傳統方法功率。文中方法對微網調整方法進行了研究，利用離散傅里葉變換對微網凈負荷功率譜進行了分析，建立了兩級混合儲能優化模型，并分別對聯絡線進行了改進。最佳化的目的是提高混合能量的利用率，降低其儲存成本。通過對聯絡線功率和混合儲能邊界點的求解，在滿足接線功率波動要求的基礎上優化了接線功率。對蓄電池和超級電容的截斷點進行了優化，找到了混合儲能容量的最佳配置方案，從而降低了儲能成本。文中的研究方法通過離散傅里葉變換方法對數據進行逆變換，通過優化的方式得到分界點，改變電網的負荷功率，從而得到聯絡線，有效確保混合儲能容量配置。離散傅里葉變換方法能夠更好地分析調度模型，從而解決直流微電網內部的儲能優化配置問題，在實際問題中，也可以根據具體實際狀況，降低計算量。

圖4 調控負荷功率對比

5 結束語

文中在傳統直流微電網儲能調控方法研究的基礎上，提出了一種新式基于離散傅里葉變換的直流微電網儲能調控方法，轉化了不同的電網電流調控方式，同時配置了相關性較強的內部數據信息，更好地提升了數據操作能力，具有較高的調控性能。實驗研究表明，文中直流微電網儲能調控方法研究的調控效果明顯優于傳統直流微電網儲能調控方法研究的調控效果。