新能源接入下配電網儲能容量優化配置方法

摘 要：由于現有配置方法時延高，SOC為58%，因此研究新能源接入下配電網儲能容量優化配置方法。通過模型調整儲能裝置的輸出功率，以達到最佳容量平衡分配。在不同的應用場景中，根據儲能的初始荷電狀態，計算額定容量，可以滿足最小化儲能裝置的容量需求。試驗結果表明，優化后比優化前的時延有所降低，平均為1.0s～1.1s，使優化后的系統平均能耗顯著降低，提高新能源的利用率；測試小組荷電狀態SOC從58%降至37%，儲能裝置有效地進行了放電操作，以滿足電網的能量需求，顯著提升了容量配置優化效果。

關鍵詞：新能源；配電網；儲能；容量；配置

中圖分類號：TM 721" " 文獻標志碼：A

隨著可再生能源大規模并網，儲能裝置能夠在負荷低谷時儲存電能，在高峰時段或新能源發電不足時釋放電能，有效平抑電網波動，增強電網對可再生能源的消納能力。研究配電網儲能容量優化配置方法，對推動能源轉型、促進電力可持續發展具有重要作用。在實際分析中，毛志宇等[1]根據風電功率的波動情況和儲能裝置的特性，確定復合儲能裝置的總功率需求。采用改進哈里斯算法求解模型，通過加強優勢個體的信息共享，平衡各階段搜索能力，避免限于局部最優。雖然該方法能夠有效平抑風電功率波動，但復合儲能裝置的配置和功率分配策略可能相對固定，難以適應電網運行狀態的快速變化。馬蘭等[2]根據綜合能源設備的轉換能力和負荷側需求響應能力，制定針對不同場景的綜合能源多級分配策略，確定各輸出端的出力順序。盡管多級分配策略可以提高系統的靈活性，但儲能裝置的配置和出力分配策略可能相對固定，難以完全適應電網運行狀態的快速變化。因此，在新能源接入背景下，以配電網儲能容量優化配置為研究對象，結合實際情況進行詳細分析。

1 容量優化配置方法

1.1 新能源接入下電網儲能模型構建

新能源發電的間歇性和隨機性可能導致電網頻率和電壓的波動，影響電網的穩定性。儲能系統可以通過快速充放電來響應這些波動，提高電網的穩定性和可靠性。因此，通過構建新能源接入下的電網儲能模型，不僅明確了儲能系統需求與作用，還提供了經濟高效的運行策略與調度方案，旨在最大化儲能效益，提升電網整體運行效率與可靠性，同時降低成本并優化性能。通過集中安裝新能源電力儲能電網結構，減少了儲能裝置的占地面積，便于實施統一管理和高效調度，從而提升了整個電網的運行效率。該創新結構的具體布局如圖1所示。

在新能源廣泛接入的電網環境中，為了優化資源配置，將發電機組集中部署于特定區域。通過升壓變壓器與高壓輸電線緊密相連，將風電產生的低壓電能提升至適合長距離傳輸的高壓水平，有效減少了傳輸過程中的能量損耗。這一布局策略不僅充分利用了自然資源，還通過采用先進的升壓變壓器技術，實現了從風電場直接產生的低壓電能向高壓電能的高效轉換。這一轉換過程對長距離、大容量的電力傳輸至關重要，它能顯著降低因線路電阻導致的能量損耗，提高輸電效率。

高壓電能通過輸電線輸送至用戶端，抵達用戶端后，電能再通過降壓變壓器調整至安全電壓，確保電能供應的安全。當風力發電或其他新能源發電出現不穩定時，儲能裝置能夠迅速響應，填補發電不足的部分，確保電力供應穩定性[3]。因此，需要構建電網儲能模型，通過確定最佳儲能裝置容量，以滿足不同電壓等級電網的實際需求。在電力儲能裝置儲能容量模型中，其功率波動率需要控制在一定范圍內，即不超過設定的最大限制值lim。通過分析波動率，得到在連續2個時間點內的儲能裝置功率變化。同時，還要添加有功功率平衡約束。當儲能裝置發出的總功率在滿足負荷需求后，剩余部分應與電網的交互功率相等。通過這平衡關系，可以得到電網中儲能元件的功率貢獻，獲取儲能裝置的運行損耗。這樣通過添加約束能夠使儲能裝置安全、穩定運行。其約束如公式（1）所示。

b∈{emin≤e≤emax} （1）

式中：e為儲能元件的能量。

通過給出儲能元件容量的上下限，有效地預防儲能裝置發生過充或過放的現象，確保儲能裝置安全、穩定運行[4]。儲能元件的容量約束不僅限定了其能夠存儲的最大電能，也設定了其在放電過程中不應低于的最低閾值，延長儲能元件的使用壽命，同時保護系統免受因極端操作條件可能引發的損害。在確定了容量約束后，構建電力儲能裝置的優化模型。該優化模型是一個綜合性的數學框架，通過優化儲能裝置的運行策略來最大化系統的經濟效益。通過計算分析，找出在給定約束條件下最優的儲能裝置輸出功率分配方案。其模型如公式（2）所示。

（2）

式中：pi為實時功率；po為額定功率；b為儲能元件容量變化范圍。

通過模型調整儲能裝置的輸出功率，以達到最佳容量平衡分配。

綜上所述，構建新能源接入下的電網儲能模型，并實施容量優化配置方法，是應對新能源發電間歇性與隨機性挑戰、提升電網穩定性與可靠性的關鍵舉措。該模型不僅精確刻畫了儲能系統在電網中的需求與作用，還通過綜合考量儲能技術經濟性、電網運行需求及新能源發電特性，制定了經濟高效的運行策略與調度方案。同時，對儲能裝置容量進行合理設定與動態調整，并添加必要的約束條件，例如儲能元件的容量約束與有功功率平衡約束，確保了儲能裝置在保障電網安全穩定運行的同時，實現經濟效益的最大化。未來，隨著新能源技術不斷進步與儲能技術持續優化，電網儲能模型將更智能化、更精細化，為構建綠色、高效、可靠的現代電力系統提供有力支撐。

1.2 混合儲能容量優化配置

風電和光伏發電具有間歇性和隨機性，傳統的單一儲能技術難以同時滿足調頻和調峰的需求。而混合儲能系統可以整合高速功率型的儲能設備和高能量型的儲能設備，實現短時波動平抑和長時間尺度調峰的綜合功能。混合儲能系統是指采用2種或2種以上具有不同性能特點的儲能技術組合而成的系統，以充分利用各自的優勢，彌補單一儲能技術的不足。

即在配電網中，配電網儲能裝置通常由能量型儲能和功率型儲能組成，以充分利用不同類型儲能技術的優勢，實現能量的高效存儲與快速響應[5]。其具有充放電靈活、響應速度快的特點，能夠在電網出現供需失衡時迅速調整儲能輸出，幫助電網維持頻率和電壓的穩定。為了最大化配電網儲能裝置的性能并降低其全壽命周期成本，需要針對混合儲能容量的優化配置。通過合理配置混合儲能系統的容量，可以有效平抑風電功率波動。在配電網儲能裝置中，額定功率的配置需要綜合考慮能量型儲能和功率型儲能的特性，在不同的應用場景中，針對能量型儲能，其額定功率prate的確定需要考慮用電設備的能量轉換效率，其功率如公式（3）所示。

（3）

式中：t為起始時間；η為能量轉換效率。

這些效率因素直接影響儲能裝置在實際應用中能夠提供的有效功率[6]。具體來說，當系統需要輸出或吸收一定功率時，需要通過效率系數調整計算得到的功率值prate，以確保儲能裝置能夠滿足實際需求。功率型儲能的額定功率配置適用于需要瞬時大功率支撐的場景。同時，還需要進行額定容量配置，使儲能裝置在整個運行周期內需要滿足的能量需求[7]。以能量型儲能為例，其額定容量soc的計算需要考慮儲能的初始荷電狀態，其額定容量如公式（4）所示。

（4）

式中：ks為時刻；p（t）為充放電功率。

通過計算可以得到在給定時間段內儲能裝置需要滿足的最小容量，以確保系統能夠在任何時刻都保持足夠的能量儲備。當初始荷電狀態soc滿足實際條件時，能量型儲能的額定容量達到最小。這樣在初始荷電狀態合理設置的情況下，可以最小化儲能裝置的容量需求，從而降低投資成本[8]。儲能的額定容量配置在實際應用中需要考慮能量需求和響應速度，由于其主要用于平衡短期內的功率波動，因此其容量配置相對靈活，可以根據具體應用場景進行調整。在完成配電網儲能裝置的額定功率和額定容量配置后，可以有效降低系統的全壽命周期成本，提高裝置的可行性。同時，配電網儲能裝置的應用還能夠提高電力系統的穩定性，為可再生能源的大規模并網提供有力支持。

2 試驗測試與分析

2.1 搭建試驗環境

為分析新能源接入配網儲能配置多目標優化方法在實際應用中的效果，選定配網作為主要的測試目標。對測試結果進行全面統計與分析，搭建測試組。該測試網絡采用拓撲結構，其中融入了分布式新能源發電系統，初始預設的額定容量為3.4MW，實時功率為1.5MW。整個測試區域分為3個部分，并為每個部分分配了編號。確定各配置區域的實際邊界，部署了一定數量的監測節點。能夠全面覆蓋測試區域，確保數據采集的完整性。通過拓撲處理的方式，這些節點負責實時采集新能源配置數據。在配網中接入了儲能電池A、B、C。針對每種電池，其基礎參數與控制指標見表1。

在試驗中，采用了容量均衡分配的方法，根據儲能裝置的健康狀態和充電狀況合理地將儲能裝置的總容量分配給各個站點。在每個調度周期內，中央控制器會綜合這些信息，精確計算每個站點所需的功率，并據此將總功率需求有效地分配給各個儲能裝置，以確保能源分配的高效與均衡。

2.2 結果與分析

在測試環境中，根據儲能配置多目標優化需求進行測試分析。測試中，新能源的儲能位置接入3種電池中，對配網儲能配置進行目標容量優化處理，所得的優化結果如圖2所示。

由圖2可知，優化后比優化前的時延有所降低，平均為1.0s～1.1s。說明運用本文配置方法極大地縮短了高峰時段的平均響應延時。使優化后的系統平均能耗顯著降低，充分證明了本文所提優化方法的有效性。通過合理配置儲能容量，可以更好地匹配新能源發電與負荷需求，減少因新能源發電過剩而導致的棄風棄光現象，提高新能源的利用率。

為了進一步細化分析，將新能源的配置階段細分為峰時段、平時段和谷時段，并根據實際情況設定了各時段的具體時間范圍。在此基礎上，針對新能源在設定時間段內的荷電狀態進行測試，并將測試結果以圖3的形式直觀呈現。

由圖3可知，測試小組的荷電狀態SOC在經歷不同測試時段后從58%降至37%，儲能裝置有效地進行了放電操作，以滿足電網的能量需求。說明運用本文容量配置方法能夠在慮新能源接入的配網儲能配置中對多目標進行優化，顯著提升了容量配置優化效果。通過先進的儲能容量優化配置方法，可以實現儲能裝置的智能調度和控制，根據電網的實際需求和儲能裝置的狀態自動調整充放電策略，提高電網的智能化水平。

綜上所述，針對新能源接入下的配電網儲能容量優化配置問題，考慮了新能源發電的不確定性，通過精細化的容量分配策略，實現了儲能裝置在不同時段內的最優充放電控制。顯著提升儲能裝置的容量配置優化效果，有效縮短高峰時段的平均響應延時，并大幅降低系統能耗。這一成果不僅驗證了新能源接入配電網儲能容量優化配置的可行性與有效性，也為智能電網的可持續發展提供了有力的技術支撐。

3 結語

本文從容量優化配置入手，深入分析新能源相關問題，探究了新能源接入下配電網儲能容量優化配置方法。確保儲能容量的配置能夠維持電網在新能源接入后的穩定運行，減少新能源出力波動對電網的影響。合理配置儲能容量，降低投資成本，提高儲能裝置的利用率和經濟效益。但是本文方法中還存在不足，例如儲能裝置的充放電策略等。對電網負荷進行預測，分析負荷峰谷差和負荷特性，確定儲能裝置在電網調峰、調頻等方面的作用。結合需求響應機制，優化儲能裝置的充放電計劃，提高電網的調節能力和靈活性。

參考文獻

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