能源互聯(lián)網(wǎng)中多種儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)

朱永強(qiáng)， 趙 娜， 王福源， 王 欣(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 華北電力大學(xué)， 北京 102206)

1 引言

能源為人類生活與生產(chǎn)提供能量來(lái)源，每一次工業(yè)革命都離不開(kāi)能源類型和使用方式的革新?，F(xiàn)有能源系統(tǒng)在取得了令世人矚目的成就的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如能源生產(chǎn)的不可持續(xù)性、能源使用的低效和能源行業(yè)的內(nèi)向保守等，亟需新一輪的能源變革來(lái)保證能源行業(yè)的蓬勃發(fā)展，因此能源互聯(lián)網(wǎng)的概念也應(yīng)運(yùn)而生。

能源互聯(lián)網(wǎng)的概念剛剛提出，對(duì)其理念、架構(gòu)、組成等都還未有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和定義，對(duì)于該概念的理解也是多種多樣，業(yè)界對(duì)于如何構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)體系仍莫衷一是。總的來(lái)說(shuō)，能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)是：通過(guò)電能、熱能、化學(xué)能、機(jī)械能等多種能源的相互轉(zhuǎn)換和互補(bǔ)，借助交通網(wǎng)提供互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，將電力網(wǎng)、熱力網(wǎng)、氣網(wǎng)、煤油網(wǎng)、水網(wǎng)等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通融為一體，實(shí)現(xiàn)多種能源系統(tǒng)的信息共享。

在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景下，儲(chǔ)能將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)支撐和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，在能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮能量中轉(zhuǎn)、匹配和優(yōu)化的重要作用[1]。目前關(guān)于儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用和地位尚未得到很大的關(guān)注。文獻(xiàn)[2]給出了廣義電力儲(chǔ)能的定義，對(duì)儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討。指出了新能源發(fā)電與儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)規(guī)劃和調(diào)度技術(shù)、基于儲(chǔ)能的能源路徑和能源分配策略、儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換裝置的集成設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)配置、考慮儲(chǔ)能的能源交易機(jī)制是儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)[3]介紹了儲(chǔ)能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，如電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，平滑可再生能源發(fā)電波動(dòng)，改善配電質(zhì)量和可靠性，作為基站、社區(qū)或家庭備用電源，分布式微電網(wǎng)儲(chǔ)能等。文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)地比較了目前各種儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的原理以及儲(chǔ)能技術(shù)的特性進(jìn)行分析，總結(jié)了不同儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。文獻(xiàn)[5]為保證系統(tǒng)內(nèi)部功率，設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能裝置工作狀態(tài)及控制策略。

本文在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，介紹了不同形式的儲(chǔ)能原理及特點(diǎn)，對(duì)其性能進(jìn)行了總結(jié)，根據(jù)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用明確了多種儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中協(xié)調(diào)的必要性，總結(jié)了多種儲(chǔ)能間協(xié)調(diào)的原則，并在該原則下給出了能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的實(shí)施方法。

2 多種儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的必要性

2.1 不同儲(chǔ)能技術(shù)的性能

儲(chǔ)能作為能源互聯(lián)網(wǎng)的五大支柱之一，其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用不言而喻。不同儲(chǔ)能方式的性能見(jiàn)表1[6-9]，不同的儲(chǔ)能有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)不同的功能。

表1 不同儲(chǔ)能形式的性能Tab.1 Performance of different energy storage forms

2.2 多種儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的必要性

由于能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特性是多種能源的轉(zhuǎn)化和互聯(lián)，其能源網(wǎng)絡(luò)已從電力網(wǎng)拓展到包含電力網(wǎng)、煤油網(wǎng)、燃?xì)饩W(wǎng)、熱力網(wǎng)、水網(wǎng)等多種能源形式的網(wǎng)絡(luò)，因而其儲(chǔ)能也從單純的儲(chǔ)電拓展到儲(chǔ)電、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)煤等多種儲(chǔ)能方式。能源互聯(lián)網(wǎng)的各種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)如圖1所示。電能、煤、石油、天然氣等能源之間可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，不同的能源通過(guò)電網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)等不同的能量傳輸網(wǎng)進(jìn)行能量傳輸并進(jìn)行相應(yīng)的能量存儲(chǔ)，最終能量管理系統(tǒng)對(duì)用戶需求數(shù)據(jù)、能量供應(yīng)數(shù)據(jù)以及能量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將不同的能量進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)分配。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)的各種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of Energy Internet with various energy storages

儲(chǔ)能的形式多種多樣，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，需要各種形式的儲(chǔ)能合理搭配和協(xié)調(diào)。本文從五個(gè)方面對(duì)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)的重要性進(jìn)行了分析，如圖2所示，并對(duì)每個(gè)方面進(jìn)行具體分析。

(1)減少系統(tǒng)儲(chǔ)能冗余量

圖2 儲(chǔ)能協(xié)調(diào)的重要性Fig.2 Necessities of coordination of various energy storages

當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)或局部能源互聯(lián)網(wǎng)中不同的儲(chǔ)能共同發(fā)揮作用時(shí)，每一種儲(chǔ)能都有與之對(duì)應(yīng)的需求，需求量會(huì)不斷地變化，而每一種儲(chǔ)能的最大需求量并不會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻，將需求較少的能量存儲(chǔ)方式向需求較大的能量存儲(chǔ)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以減少需求較高的儲(chǔ)能需求總量，并有效利用需求較少儲(chǔ)能的剩余能量，從而使得系統(tǒng)儲(chǔ)能的冗余量減少。

(2)充分利用大型儲(chǔ)能設(shè)備的剩余容量

對(duì)于一些大型儲(chǔ)能設(shè)備，如抽水蓄能、壓縮氣體等，其儲(chǔ)能的容量較大、功率等級(jí)較高，在滿足能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)其需求的同時(shí)，其剩余容量也可應(yīng)用到其他需要的場(chǎng)所，在信息共享的能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)能協(xié)調(diào)使大型能量設(shè)備剩余容量充分利用。

(3)提高能量利用率

通過(guò)各種儲(chǔ)能的相互轉(zhuǎn)換和替代使得各種儲(chǔ)能合理搭配，可充分利用多種能源，優(yōu)先選用轉(zhuǎn)換效率較高的儲(chǔ)能方式，提高轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)可減少某些自放電率較高的儲(chǔ)能的存儲(chǔ)時(shí)間，從而減少能量存儲(chǔ)帶來(lái)的能量衰減，提高存儲(chǔ)能量的利用效率。

(4)提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

通過(guò)不同能量之間的轉(zhuǎn)換，可減少能源缺乏帶來(lái)的運(yùn)輸成本；通過(guò)能量之間的替代，可減少能量冗余產(chǎn)生的儲(chǔ)存費(fèi)用；多種儲(chǔ)能間協(xié)調(diào)配合，可減少儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行多次循環(huán)帶來(lái)的設(shè)備更新費(fèi)用，也可通過(guò)減少裝置帶來(lái)的環(huán)境污染，減少環(huán)境保護(hù)成本從而提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

(5)保證系統(tǒng)的安全性

各種儲(chǔ)能在安全上互為備用和支撐，當(dāng)一種儲(chǔ)能出現(xiàn)故障或由于某種其他原因無(wú)法提供所需能量時(shí)，其他儲(chǔ)能可以通過(guò)能量轉(zhuǎn)換或者直接替代的方式發(fā)揮該儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，當(dāng)電網(wǎng)中各機(jī)組在受擾動(dòng)時(shí)，各種儲(chǔ)能還可以向電網(wǎng)提供功率支撐，使之仍能保持同步運(yùn)行，減小系統(tǒng)失穩(wěn)概率，保障系統(tǒng)安全[10]。

3 多種儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的原則及關(guān)系

3.1 多種儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的原則

各種形式的儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中協(xié)調(diào)搭配，共同保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。根據(jù)需求情況及不同儲(chǔ)能的特點(diǎn)合理安排各種儲(chǔ)能才能滿足能源互聯(lián)網(wǎng)各種性能的要求。本文提出多種儲(chǔ)能間協(xié)調(diào)時(shí)應(yīng)遵循的原則：

(1)滿足儲(chǔ)能總量的需求

在安排各種儲(chǔ)能裝置的安裝容量時(shí)，滿足系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能總量的需求是儲(chǔ)能協(xié)調(diào)的前提，儲(chǔ)能總量滿足需求才能使能源互聯(lián)網(wǎng)總體達(dá)到供需平衡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)保障系統(tǒng)的基本性能

能源互聯(lián)網(wǎng)中，各能源子網(wǎng)都有自己的儲(chǔ)能需求，每種形式的儲(chǔ)能在系統(tǒng)中都有不同的作用。對(duì)于有多種儲(chǔ)能的系統(tǒng)，必須保證一些必需的能量存儲(chǔ)形式及數(shù)量來(lái)確保系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)其基本性能，安全穩(wěn)定地運(yùn)行。剩余的能量存儲(chǔ)可以參與協(xié)調(diào)和調(diào)度，如圖3所示?；緝?chǔ)能需求根據(jù)不同儲(chǔ)能形式基本需求量和基本性能進(jìn)行固定分配，對(duì)多余儲(chǔ)能根據(jù)最佳的協(xié)調(diào)效果進(jìn)行分配調(diào)度。

圖3 儲(chǔ)能參與能源互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)調(diào)Fig.3 Participation and coordination of energy storage in Energy Internet

(3)滿足功率需求

不同場(chǎng)合由于其發(fā)展程度不同，對(duì)于功率等級(jí)要求不一，如工業(yè)城市要求功率等級(jí)較高，發(fā)展落后及人均分布密度低的地區(qū)對(duì)于功率等級(jí)要求較低，通過(guò)多種儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)可滿足功率等級(jí)的需求。

(4)保障存儲(chǔ)和釋放的速度最合理

不同場(chǎng)所對(duì)儲(chǔ)能裝置的性能要求不同，不同儲(chǔ)能形式的存儲(chǔ)速度不同，如一些新能源發(fā)電滲透率較高的場(chǎng)所易出現(xiàn)較大功率波動(dòng)，要求安裝有存儲(chǔ)及釋放迅速的儲(chǔ)能裝置，因此在搭配儲(chǔ)能裝置時(shí)需要考慮儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)和釋放能量的速度快慢，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

(5)保證能源利用效率最高

能源利用效率涉及存儲(chǔ)效率及轉(zhuǎn)換效率。多種儲(chǔ)能方式在能量存儲(chǔ)期間能量的衰減程度不同，應(yīng)該選擇能量損失較小、自耗散率較小的存儲(chǔ)方式來(lái)提高能量存儲(chǔ)效率。對(duì)于復(fù)雜的能源互聯(lián)網(wǎng)，能量存在形式多樣，同種能量需求可以通過(guò)不同的能源提供，因此存在不同的能量轉(zhuǎn)換方式。不同能量轉(zhuǎn)換方式的轉(zhuǎn)換效率不同，轉(zhuǎn)換效率公式為：

因此在選擇不同能量提供時(shí)要綜合考慮能量的存儲(chǔ)效率及轉(zhuǎn)換效率。

(6)保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)

儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性受多種因素的影響，包括不同材料成本的波動(dòng)、使用壽命的長(zhǎng)短、能量自耗散率等，在選擇不同的儲(chǔ)能方式時(shí)應(yīng)保證儲(chǔ)能的成本最低，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

3.2 各原則之間的關(guān)系

首先，應(yīng)滿足儲(chǔ)能的總需求量和各子網(wǎng)的基本性能需求，以保證系統(tǒng)基本的正常運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)的基本性能得到滿足時(shí)，需要保證系統(tǒng)的額定功率需求以及適當(dāng)?shù)哪芰看鎯?chǔ)和釋放速度，從而保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

當(dāng)上述原則都遵循時(shí)，最佳協(xié)調(diào)、合理的能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益是應(yīng)考慮的目標(biāo)。不同儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)原則及關(guān)系如圖4所示。

圖4 不同儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)原則及關(guān)系Fig.4 Principles of coordination of various energy storages and their relations

4 多種儲(chǔ)能協(xié)調(diào)配合的實(shí)施過(guò)程

4.1 實(shí)施步驟

具體的實(shí)施流程如圖5所示。

圖5 多儲(chǔ)能協(xié)調(diào)原則的實(shí)施步驟Fig.5 Implementing steps of coordination of various energy storages

(1)明確需要遵循的原則，根據(jù)具體的場(chǎng)合選擇需要遵循的原則(3.1節(jié)原則的全部或部分)。

(2)確定各能源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的儲(chǔ)能總量及儲(chǔ)能的基本需求，即確定不能用其他儲(chǔ)能替代的部分，其形式及數(shù)量固定，用來(lái)保障系統(tǒng)的基本性能。

(3)根據(jù)配置原則協(xié)調(diào)配置各個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

(4)采用合適的優(yōu)化方法得到各種儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)中合理的協(xié)調(diào)和分配方案。

4.2 目標(biāo)與約束條件的協(xié)調(diào)

(1)目標(biāo)函數(shù)

設(shè)某一能源網(wǎng)絡(luò)所需儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的總能量(本處所指能量為儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換之后的能量，不同于儲(chǔ)存能量，下同)為Etotal，固定的基本能量需求為Ebasic，其中有m種儲(chǔ)能形式，每種儲(chǔ)能形式基本需求量為ei(i=1,2,…,m)，剩余對(duì)于儲(chǔ)能形式無(wú)要求的需求量中對(duì)實(shí)時(shí)性有要求(發(fā)電達(dá)到秒級(jí))的能量為Ereal，對(duì)實(shí)時(shí)性無(wú)要求的能量為Enon-re。該區(qū)域共有n種儲(chǔ)能方式，每種儲(chǔ)能方式的儲(chǔ)存能量為xi(i=1,2,…,n，n≥m)。以經(jīng)濟(jì)性和儲(chǔ)能效率原則為目標(biāo)，對(duì)存在的儲(chǔ)能方式及容量進(jìn)行協(xié)調(diào)配置。

1)經(jīng)濟(jì)性

不同儲(chǔ)能方式的成本有很大差異，根據(jù)表1可知，壓縮空氣、抽水儲(chǔ)能及相變儲(chǔ)能技術(shù)的成本較低、能量自耗散率較低，且壓縮空氣、抽水儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展較成熟，在條件允許的情況下應(yīng)優(yōu)先選擇?？偝杀緸椋?/p>

C=∑xif(Cimin,Cimax)

(1)

式中，Cimin和Cimax為第i種儲(chǔ)能的成本的最小值和最大值；f函數(shù)為根據(jù)實(shí)際情況對(duì)于成本的選取。

2)能量利用率

每種儲(chǔ)能方式都有不同的轉(zhuǎn)換率，在能量需求相同的情況下不同儲(chǔ)能方式需要存儲(chǔ)的能量不同，即消耗的能量不同。因此在條件允許的情況下應(yīng)優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)換效率較高的儲(chǔ)能方式，本文以相同轉(zhuǎn)換能量下消耗的存儲(chǔ)能量來(lái)表征能量利用率的大小。為滿足該能源網(wǎng)絡(luò)的能量需求，所需消耗的總存儲(chǔ)能量為：

(2)

(2)約束條件

各種儲(chǔ)能之間協(xié)調(diào)配置時(shí)應(yīng)滿足的約束條件如下：

1)能量約束

任何形式的儲(chǔ)能接入都會(huì)改變能源互聯(lián)網(wǎng)的能量分布，但總體都會(huì)遵循能量守恒，即

ES-ESt=EL

(3)

式中，ES為能源互聯(lián)網(wǎng)中不同能源網(wǎng)絡(luò)釋放的能量；ESt為儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)能量；EL為能源互聯(lián)網(wǎng)中消耗的能量。

2)設(shè)備及原料約束

由于儲(chǔ)能原料供應(yīng)及設(shè)備硬件的承受能力有限，可儲(chǔ)存的能量會(huì)受到限制，如抽水儲(chǔ)能由于水量的限制，壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)室的容量限制，使能量?jī)?chǔ)存低于某個(gè)限值。設(shè)每種儲(chǔ)存方式的最大儲(chǔ)存量為Ximax，則約束條件為：

xi≤Ximax

(4)

3)總量約束

為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)的能量應(yīng)滿足總量的需求，即所有儲(chǔ)能形式的儲(chǔ)能總量應(yīng)不小于所需儲(chǔ)能總量：

(5)

式中，ηi為儲(chǔ)能的效率。

4)基本性能約束

為保障系統(tǒng)的基本性能，需要一定數(shù)量的固定方式的儲(chǔ)能，即保障系統(tǒng)對(duì)于儲(chǔ)能的基本需求。

xiηi≥eii=1,2,…,m

(6)

5)實(shí)時(shí)性約束

對(duì)于一些大擾動(dòng)、瞬時(shí)性故障通常需要實(shí)時(shí)性比較高的儲(chǔ)能形式來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性，因此要求存在達(dá)到秒級(jí)的儲(chǔ)能形式，即超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容和鉛酸電池，本文將其統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)性儲(chǔ)能(Real-Time Energy Storage，RTES)。約束條件為：

∑(xiηi-ei)≥Ereal第i種儲(chǔ)能∈RTES

(7)

4.3 具體背景下的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)調(diào)度

粒子群優(yōu)化算法(PSO)[11]的概念在1995年出現(xiàn)，其算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)?；镜牧Ｗ尤簝?yōu)化算法的思想是群中各成員之間能夠進(jìn)行交流，并通過(guò)信息交換進(jìn)行自身學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)積累，主動(dòng)或被動(dòng)地改變自身的行為以增強(qiáng)自身環(huán)境適應(yīng)能力，在優(yōu)勝劣汰的機(jī)制下，較優(yōu)成員可獲得相對(duì)較大的生存概率以實(shí)現(xiàn)群體行為的優(yōu)化[12]。基本粒子群算法的學(xué)習(xí)模式可表示為：

學(xué)習(xí)模式=自身經(jīng)驗(yàn)+慣量學(xué)習(xí)+社會(huì)知識(shí)

文獻(xiàn)[13]引入慣性權(quán)重參數(shù)w，得到帶慣性權(quán)重的PSO模型，求第i個(gè)粒子在迭代k+1次后第d維函數(shù)值的具體數(shù)學(xué)公式如下：

(8)

式中，vid為第i個(gè)粒子的第d維運(yùn)動(dòng)速度；xid為第i個(gè)粒子的第d維位置坐標(biāo)；變量上標(biāo)括號(hào)內(nèi)為迭代次數(shù)；c1、c2為加速因子；r1、r2為(0，1)之間的隨機(jī)數(shù)；pid為個(gè)體位置最優(yōu)；pld為群體位置最優(yōu)。粒子群算法的流程圖如圖6所示。

圖6 粒子群算法流程圖Fig.6 Flow chart of PSO

5 算例分析

本文對(duì)成本、轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)選取，設(shè)置能源網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)如下：所需儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的總能量Etotal為3000MW·h，固定的基本能量需求Ebasic為1500 MW·h，其中有4種儲(chǔ)能形式，每種儲(chǔ)能形式基本需求量如表2所示，剩余儲(chǔ)能中Ereal為600MW·h，Enon-re為900MW·h。該網(wǎng)絡(luò)中存在表1中的8種儲(chǔ)能方式，每種儲(chǔ)能方式儲(chǔ)存能量的最大值見(jiàn)表2。

表2 儲(chǔ)能協(xié)調(diào)系統(tǒng)參數(shù)Tab.2 Parameters of energy storage coordination system

以經(jīng)濟(jì)性和儲(chǔ)能效率原則為目標(biāo)，在4.2節(jié)約束條件下利用粒子群算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，將多種儲(chǔ)能之間進(jìn)行協(xié)調(diào)配置。粒子群算法的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：粒子數(shù)目為50，非劣解集為100，加速因子c1、c2為1.494，慣性權(quán)重w為0.729，最大迭代次數(shù)為5000。

分別以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)以及能源利用率最高為目標(biāo)，運(yùn)用粒子群算法得到的儲(chǔ)能配置方案見(jiàn)表3。

表3 儲(chǔ)能優(yōu)化方案Tab.3 Energy storage optimization scheme

由表3可知，以利用率最優(yōu)優(yōu)化得出的儲(chǔ)能總量相比經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)得到的儲(chǔ)能總量少大約300kW·h，相反成本高出近200萬(wàn)$。以能源利用率為目標(biāo)時(shí)，超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及超級(jí)電容儲(chǔ)能等轉(zhuǎn)換效率較高的儲(chǔ)能方式發(fā)揮作用較大；以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)時(shí)，成本較低的壓縮空氣儲(chǔ)能以及高溫儲(chǔ)熱所占比重相對(duì)較高。兩種配置方案分別使得經(jīng)濟(jì)性及能源利用率兩目標(biāo)得到很好的提升，最終，可根據(jù)決策者的實(shí)際需求對(duì)配置方案進(jìn)行折中選取。

6 結(jié)論

能源互聯(lián)網(wǎng)在新的工業(yè)革命中越來(lái)越受到人們的關(guān)注，能源存儲(chǔ)將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，不同的能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起構(gòu)建成為復(fù)合能源互聯(lián)網(wǎng)，他們可以或多或少地相互提供能源支持，所以在整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)能源存儲(chǔ)的冗余。

能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于不同的儲(chǔ)能方式有不同的需求，在一定協(xié)調(diào)優(yōu)化原則下，根據(jù)需求情況及不同儲(chǔ)能的特點(diǎn)合理安排各種儲(chǔ)能不僅能夠滿足能源互聯(lián)網(wǎng)各種性能的要求，而且可以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益以及提高能源利用率的目的。因此，本文首先指出各種儲(chǔ)能的必要性，其次根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)不同能量的需求特點(diǎn)，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)的原則，最后利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)仿真算例進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)仿真實(shí)例所得到的數(shù)據(jù)可知，在實(shí)際應(yīng)用中，以能源利用率為目標(biāo)時(shí)，配置的儲(chǔ)能中超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及超級(jí)電容儲(chǔ)能等轉(zhuǎn)換效率較高的儲(chǔ)能方式應(yīng)占較大比重；以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)時(shí)，配置的儲(chǔ)能中應(yīng)以成本較低的壓縮空氣儲(chǔ)能以及高溫儲(chǔ)熱等為主。決策者可以根據(jù)實(shí)際需要選擇配置方案，協(xié)調(diào)各種能源存儲(chǔ)配置從而降低能源儲(chǔ)存的總需求，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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