用于提高風電場運行效益的電池儲能配置優(yōu)化模型

何鵬 李巖

【摘要】伴隨著我國能源不斷呈現(xiàn)出減少的危機狀態(tài)，一些可再生能源的發(fā)展不斷地加快步伐，其中風電規(guī)模就是擴大的一項。風電場進行配置電池儲能系統(tǒng)能夠更加有效地將風電接納能力進行增強，并提升風電場運行效益，本文形成一種考慮網(wǎng)架結構的電池儲能系統(tǒng)配置雙層優(yōu)化模型，并建立在改進帝國競爭算法的數(shù)值優(yōu)化算法基礎上對此模型展開求解，分析出電池儲能系統(tǒng)以及并網(wǎng)電價對效益增加量等關鍵指標。

【關鍵詞】風電場；運行效益；電池儲能配置；優(yōu)化模型

一、雙層優(yōu)化模型

首先，在模型說明的問題上。儲能系統(tǒng)的規(guī)劃問題密切地關聯(lián)于運行問題，當前具有較為突出的儲能系統(tǒng)較高投資以及維護費用現(xiàn)象，所以進行規(guī)劃儲能系統(tǒng)期間需要重點的認識建成以后運行問題，以運行對于規(guī)劃展開指導，進而實現(xiàn)得到更好的儲能系統(tǒng)規(guī)劃成效。此次研究采取分層優(yōu)化的模式，形成同時考慮到儲能規(guī)劃與運行的雙層優(yōu)化模型的方式。也就是外層模型重視分析電池儲能系統(tǒng)規(guī)劃問題，明確好配置節(jié)點以及功率容量幾項指標，內層模型就是對涵蓋儲能的風電場進行求解以及電池儲能系統(tǒng)最為理想的處理計劃。

其次，在外層優(yōu)化模型、內層優(yōu)化模型上?？紤]到電池儲能系統(tǒng)已經具有了模塊化生產的效果，所以本文中進行假設是通過基礎模塊進行構建起儲能系統(tǒng)，因此簡化了外層優(yōu)化模型，調整為整數(shù)規(guī)劃問題。其中，各基礎模塊個數(shù)與配置節(jié)點就是決策變量。并且應用改進帝國競爭算法實施求解。另外，內層優(yōu)化模型Ⅰ和Ⅱ都是只涵蓋了功率分配簡化機組組合情況，同時兩模型都具有線性形式的目標函數(shù)以及約束條件，所以能夠采取線性規(guī)劃展開及時地求解。

二、模型求解算法分析

改進帝國競爭算法（ICA）中，種群個體稱之為國家，適應度值稱之為國家權力。依照權力的大小，可以把國家進行分類，即帝國、殖民地。所以涉及到的算法過程就是帝國的形成、帝國的競爭、殖民地的移動以及帝國的滅亡等等過程。在改進帝國競爭算法中的殖民地移動環(huán)節(jié)方面上，如果國家維數(shù)在增大，則也會相應的提升殖民地移動后位置的計算時間。也就是在偏移夾角θ期間殖民地向帝國移動距離不變的約束太緊，就會將計算的時間以及困難性進行增加。所以對于新殖民地移動方法進行定義，也就是殖民地超棱錐體移動的過程。

對于雙層決策的問題，將改進帝國競爭算法應用到求解外層模型中，內層實施MATLAB的linprog函數(shù)方式展開求解。同時改進帝國競爭算法中國家位置是提供給電池儲能系統(tǒng)每一基礎模塊的個數(shù)以及配置節(jié)點，同時外層優(yōu)化模型目標函數(shù)值就是國家權力?？紤]外層模型就是一種整數(shù)規(guī)劃問題，所以本文采取內存表以減少調用雙層模型計算相同國家權力值問題，可以大大的節(jié)約計算的時間。算法就是：第一，算法初始化，得到系統(tǒng)網(wǎng)絡參數(shù)以及系統(tǒng)參數(shù)等內容；第二，外層模型構建起Ncnt個國家，配置電池儲能系統(tǒng)節(jié)點以及每一基礎模塊個數(shù)都進行實施整數(shù)編碼；第三，科學的可行性檢測隨機生成的初始個體，把不可行個體進行排除以后繼續(xù)進行形成等量初始個體，一直到Ncnt個國家都是可行個體結果；第四，判斷傳輸功率限制的線路潮流有無越限問題；第五，實施國家權力的計算，嚴格的遵循內存表信息、可行個體運行優(yōu)化解或者次優(yōu)解展開計算；第六，以改進帝國競爭算法殖民地超棱錐體移動構建起新殖民地，展開帝國競爭；第七，評價有無獲得收斂條件狀態(tài)。

三、算例仿真分析

（一）算例說明

算例實施改進IEEE118節(jié)點系統(tǒng)，節(jié)點9和節(jié)點10之間傳輸線輸送的容量最大值是550MW。同時算例以一典型日來作為全年，盡管選擇典型日具有隨機性的特點，全年日間變化中，不能充分地展示風電出力以及負荷數(shù)據(jù)情況，但是具有容易得到數(shù)據(jù)資料以及較小的計算量優(yōu)勢。電網(wǎng)分時電價是：高峰負荷時段，時間在[7，11]∪[17，21]，電價是1000元·（MW·h）-1；中間時段在[11，17]∪[21，23]，電價是650元·（MW·h）-1；低谷時段在[0，7]∪[23，24]，電價是400元·（MW·h）-1。

（二）仿真結果

最理想的配置電池儲能配置方案就是：配置節(jié)點10，功率以及容量分別是43.25MW、86.5MW·h，增加典型年效益是0.101億元。分析仿真結果顯示，風儲聯(lián)合運行效益增加量密切的關聯(lián)于電池儲能系統(tǒng)配置前后的風電場運行效益、電池儲能系統(tǒng)的運行效益和維護以及投資成本；同時電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)電價以及投資成本，能夠對增加效益量產生較明顯的敏感性，即投資成本降低以及負荷高峰時段，增加電價可導致風儲聯(lián)合運行效益增加量提升。另外，接入電池儲能系統(tǒng)以后，增加的風電并網(wǎng)容量在初始屏風容量中所占據(jù)比重，如果此值較大，則就會具有越顯著的改善電池儲電系統(tǒng)屏風效果。

四、結語

此次研究通過構建電池儲能配置優(yōu)化模型的方式，探究風儲聯(lián)合運行效益增加量的效益構成，以及討論投資成本和并網(wǎng)電價對效益增加量以及改善屏風的影響等方面。結果充分表明，最優(yōu)的配置電池儲能系統(tǒng)的方案能夠將風電接納能力進行增強，并提升風電場的運行效益。

參考文獻

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