含光熱電站的多能源系統(tǒng)混合儲能容量優(yōu)化配置

汪碩承謝開貴胡 博曹茂森

(1.輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室 (重慶大學(xué))，重慶 沙坪壩400044;2.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌330096)

0 引言

隨著傳統(tǒng)化石能源的日漸枯竭，可再生能源得以廣泛應(yīng)用，但可再生能源具有波動性和不確定性的特點[1]，大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)后對電網(wǎng)的沖擊性不容忽視。在電網(wǎng)中部署儲能系統(tǒng)可提供電壓支持，平滑可再生能源輸出波動，平衡網(wǎng)絡(luò)中的潮流，匹配電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)需求[2]，但電儲能造價昂貴，因此在電網(wǎng)中合理配置儲能是至關(guān)重要的。

在現(xiàn)有研究中，電儲能的優(yōu)化配置形式多以結(jié)合能量型-功率型構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)進行綜合配置[3]，該混合儲能系統(tǒng)具有大容量和大功率的特性。配置方法主要包括波動平抑法和經(jīng)濟特性優(yōu)化法等。波動平抑法主要根據(jù)儲能系統(tǒng)對波動功率的平抑效果進行儲能容量的優(yōu)化配置，具體又包括頻譜分析法[4-5]、滑動平均法[6]等；經(jīng)濟特性優(yōu)化法通過建立以系統(tǒng)經(jīng)濟性最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，以儲能容量為優(yōu)化變量，通過最優(yōu)化方法求取最優(yōu)的儲能容量配置[7]。其中頻譜分析法能結(jié)合儲能的響應(yīng)特性合理分配儲能的補償功率。文獻[4]提出了一種基于小波分析的儲能容量配置方法，通過頻率分布將風(fēng)電波動分配給不同的混合儲能系統(tǒng)，更容易滿足1和30 min的波動緩解要求；文獻[5]利用離散傅里葉變換協(xié)調(diào)配置儲能和柴油機的容量，通過時域-頻域的轉(zhuǎn)換制定儲能和柴油機兩種元件各自平衡功率的分配方法，所提方法能使儲能和柴油機工作在最高效的狀態(tài)。

但上述文獻只針對電力系統(tǒng)中的元件進行頻譜分析，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，多種能源之間的耦合與內(nèi)部依賴顯著增加，多能源系統(tǒng)中配置多元混合儲能在消納可再生能源、提升能源利用效率、增強系統(tǒng)的靈活性和構(gòu)成多種儲能形式優(yōu)勢互補等方面具有顯著的意義[8]。在多能源系統(tǒng)中，存在電儲、熱儲混合系統(tǒng)的容量配置問題，考慮到電、熱儲能系統(tǒng)響應(yīng)速度的差別，可采用頻譜分析的方法分配二者的補償功率。

關(guān)于儲熱的相關(guān)研究中，含儲熱系統(tǒng)的光熱電站作為電-熱系統(tǒng)之間的連接紐帶，其發(fā)電來源是可再生能源，幾乎不產(chǎn)生碳排放。相比風(fēng)力、光伏發(fā)電，光熱發(fā)電在一定程度上克服了傳統(tǒng)新能源發(fā)電的不可控性，具有良好的調(diào)節(jié)特性；此外，儲熱系統(tǒng)可直接與熱負(fù)荷集成，提高能源利用率。因此，研究含儲熱系統(tǒng)光熱發(fā)電技術(shù)已逐漸成為當(dāng)今研究熱潮。文獻[9]重點關(guān)注關(guān)于光熱電站的場站級優(yōu)化運行，優(yōu)化光熱電站內(nèi)部各環(huán)節(jié)的時序運行狀態(tài)；文獻[10]將光熱電站模型放到電力系統(tǒng)中，從整個系統(tǒng)收益的角度制定相關(guān)運行策略；文獻[11]考慮光熱電站在電力市場和輔助服務(wù)市場下的最優(yōu)運行策略問題，最大化市場收益。上述文獻都著重研究光熱電站優(yōu)化運行的方向，關(guān)于光熱電站優(yōu)化規(guī)劃部分，主要涉及電站選址[12]、各子系統(tǒng)容量配置[9，13]，其中，關(guān)于光熱電站的儲熱配置部分相關(guān)研究較少，本文在混合儲能系統(tǒng)中計入光熱電站的儲熱系統(tǒng)進行混合儲能容量配置。

多能源系統(tǒng)包含大量的加熱、通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備等熱負(fù)荷形式，這些熱負(fù)荷大多以溫度指標(biāo)為表征形式[14]，而熱儲能可直接和熱負(fù)荷耦合，合理利用熱儲能溫控特性供應(yīng)熱負(fù)荷需求，極大提高能源利用效率。因此，熱負(fù)荷的溫控特性也會影響儲能的容量配置。

本文主要研究電儲和熱儲兩種儲能形式的優(yōu)化配置，在多能源微網(wǎng)系統(tǒng)中：首先，考慮電、熱儲能的響應(yīng)特性，基于離散傅里葉變換對電、熱儲能分配平抑功率；其次，建立熱儲能溫控模型以滿足熱負(fù)荷溫度需求；最后，建立一種同時優(yōu)化混合儲能分配功率和儲能容量的雙層優(yōu)化模型。

1 問題描述

本文所涉及多能源微網(wǎng)中電源側(cè)元件包括風(fēng)機、光伏、微燃機、熱泵、電儲能和含儲熱的光熱機組(concentrating solar power，CSP)，負(fù)荷類型包括電負(fù)荷和熱負(fù)荷。

其中，電儲能、熱儲能在綜合能源網(wǎng)絡(luò)中不僅起到耦合各能源網(wǎng)絡(luò)的作用，同時能增強綜合能源網(wǎng)絡(luò)對可再生能源發(fā)電的適應(yīng)性，提高系統(tǒng)的靈活性，在考慮綜合能源網(wǎng)絡(luò)中的儲能配置問題時，高效、合理地利用不同能源是必不可少的。

本文重點針對以下兩個角度，提出一種多能源系統(tǒng)中多元混合儲能的配置模型：

1)比較電儲、熱儲兩種類型儲能的響應(yīng)特性。電儲能供給電負(fù)荷的動作響應(yīng)周期是秒至分鐘級別的，然而由于電熱轉(zhuǎn)換的因素和熱慣性因素，熱泵和儲熱系統(tǒng)供給熱負(fù)荷的響應(yīng)動作速度則相對緩慢[15]。基于此，建立一種離散傅里葉變換的方法，分解凈負(fù)荷功率，得到兩種不同波動頻率的子分量，如圖1所示。由電儲能系統(tǒng)補償波動頻繁的高頻凈負(fù)荷分量，由熱泵、微燃機和光熱機組補償波動緩慢的低頻凈負(fù)荷分量。

圖1 多能源微電網(wǎng)能量流動圖Fig.1 Energy flow in multi-energy microgrid

2)在社區(qū)類微網(wǎng)中，居民的熱負(fù)荷表征形式多以室內(nèi)溫度指標(biāo)刻畫[16]，可將熱泵、熱儲能等元件視作熱負(fù)荷的溫控設(shè)備。同時，針對熱負(fù)荷溫度變化具有熱慣性的特征，基于熱力學(xué)變化建立合適的熱泵、熱儲能等溫控設(shè)備的溫控特性模型，并制定合適的運行策略，適應(yīng)熱負(fù)荷溫度變化的需求。

2 多能源系統(tǒng)中基于離散傅里葉變換的功率分配方法

以間歇性可再生能源為核心能源供給會降低獨立微網(wǎng)系統(tǒng)供電可靠性。為提高系統(tǒng)運行靈活性，須與具有靈活功率調(diào)節(jié)能力的分布式電源協(xié)調(diào)運行，同時考慮綜合電、熱儲能的響應(yīng)特性，利用頻譜分析方法確定綜合能源系統(tǒng)各模塊的功率分配，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟、高效、可靠的功率供給。

2.1 離散傅里葉變換及其逆變換(數(shù)學(xué)原理)

離散傅里葉變換(discrete Fourier transform，DFT)及其逆變換(inverse DFT，IDFT)是在時域數(shù)據(jù)和頻域數(shù)據(jù)均為離散數(shù)據(jù)的情況進行時 頻轉(zhuǎn)換，通過這種變換可將原來難以處理的時域信號轉(zhuǎn)換成了易于分析的頻域信號(信號的頻譜)，在頻域上對信號進行處理、加工，利用傅里葉反變換將這些頻域信號轉(zhuǎn)換成時域信號[4]。其轉(zhuǎn)換公式如下：

式中：x(n)表示時域有限長序列；X(k)表示經(jīng)過DFT變換對應(yīng)的頻域序列。

假設(shè)x(n)表示對模擬信號的抽樣，時域抽樣間隔為Δt，則X(1)表示基頻信號，頻率為1/(Δt N)，X(k)表示k倍頻信號。

根據(jù)奈奎斯特判據(jù)(Nyquist principle)，X(k)(k=0，1，…，N-1)序列以頻率f=2/Δt為對稱軸圓周共軛對稱，即：若N為偶數(shù)，X(k)(k=0，…，N-1)以k=N/2為對稱軸圓周共軛對稱；若N為奇數(shù)，則以k=(N-1)/2和k=(N+1)/2的中點圓周共軛對稱。

2.2 凈負(fù)荷功率DFT變換

以可再生能源發(fā)電功率和負(fù)荷功率歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定義t時刻可再生能源發(fā)電功率與電負(fù)荷功率之差為多能源微網(wǎng)凈負(fù)荷功率Punb(t)。

式中：Prer(t)為t時刻新能源電源出力；Pload(t)為t時刻電負(fù)荷功率；Pwind(t)為t時刻風(fēng)電功率；Psolar(t)為t時刻光伏出力。

將采樣點數(shù)為N的時序多能源微網(wǎng)凈負(fù)荷功率進行DFT變換得到

式中k為凈負(fù)荷功率在頻域上的頻倍數(shù)。k=0時表征直流分量，k=1時表征基頻分量，k=2時表示倍頻分量，依此類推。

本文選取一個合適的分段點n，將頻域上的凈負(fù)荷功率在k=n處分段，由Nyquist對稱性判據(jù)在k=N-n處也同時被切斷，由這一性質(zhì)使得分段點的取值范圍為n∈[0，N/2]時即可滿足分段點遍歷整個區(qū)間的要求，分段后的Funb(k)可表示為

式中：Fimbalance，1(k)為高倍頻分量，包含n+1～N/2倍頻分量，其他低倍數(shù)頻率分量幅值置0；Fimbalance，2(k)為分解后的低倍頻分量，包含直流分量、基頻～n倍頻分量的低倍數(shù)頻率分量，其他高倍數(shù)頻率分量幅值置0。

將頻域分解轉(zhuǎn)換后的高、低倍頻分量Fimbalance，1(k)、Fimbalance，2(k)進行IDFT變換得到分解后轉(zhuǎn)換到時域上的高、低倍頻分量，變換如下：

2.3 計及多能源系統(tǒng)中電、熱儲能特性的功率分配

根據(jù)第1節(jié)問題描述，將波動頻繁的高倍頻分量Pimbalance，1(t)交由電儲能平抑；將波動緩慢的低倍頻分量Pimbalance，2(t)交由熱泵、微燃機和光熱機組平抑。微燃機容量、熱泵容量和電儲能額定充放電功率、最大容量根據(jù)功率分配方式確定如下(本文光熱機組容量給定，只配置其儲熱系統(tǒng)容量)：

低倍頻凈負(fù)荷功率分配方式為

式中CHP為熱泵的容量。

式中：CMGT為微燃機組容量；R為備用系數(shù)。

高倍頻凈負(fù)荷功率分配方式為

3 多能源系統(tǒng)混合儲能容量優(yōu)化配置模型

在多能源微網(wǎng)中分布式電源包括風(fēng)電、光伏、微燃機、光熱機組、儲能等。本節(jié)對微網(wǎng)中分布式電源進行建模，并提出一種多能源系統(tǒng)混合儲能容量優(yōu)化配置模型。

3.1 風(fēng)機、光伏、微燃機、熱泵出力模型

3.1.1 風(fēng)機出力模型

風(fēng)電機組在一個時段內(nèi)的輸出功率Pwind(t)分段函數(shù)表達式如下：

式中：vin為風(fēng)機切入風(fēng)速；vout為切出風(fēng)速；vrate為額定風(fēng)速為風(fēng)電機組額定輸出功率。

3.1.2 光伏出力模型

光伏發(fā)電出力主要受組件光照強度、組件表面溫度、光電轉(zhuǎn)換效率等因素影響，發(fā)電出力PPV(t)可表示為

式中：Ins(t)為t時刻光照強度；A為組件面積；ηr為光電能量轉(zhuǎn)換率；ηpc為直流變環(huán)節(jié)效率；β為溫度系數(shù)；Tcref為環(huán)境參考溫度；Tc為光伏電池方陣的表面溫度。

3.1.3 微燃機模型

微燃機工作原理是利用天然氣燃燒時產(chǎn)生的高品位熱能驅(qū)動微燃?xì)廨啓C發(fā)電，其能源利用率較高，相比其他消耗傳統(tǒng)能源發(fā)電的分布式發(fā)電設(shè)備，污染物排放更小。其模型可表示如下：

式中：PMGT(t)為t時刻微燃機出力；GMGT(t)為t時刻消耗的天然氣量；ηgas為發(fā)電效率；q為天然氣熱值；CMGT(t)為t時段微燃機燃料成本；Cgas為單位容量天然氣單價。

3.1.4 熱泵模型

熱泵裝置能輸出自身所耗電能若干倍的熱能，從而供給微網(wǎng)中熱負(fù)荷。熱泵裝置性能一般用制熱性能系數(shù)(coefficient of performance，COP)來評價，其模型可表示為

式中：QHP(t)為t時刻熱泵輸出的等值熱功率；PHP(t)為t時刻熱泵消耗的電功率；COP為制熱性能系數(shù)；QH-TSS(t)、QH-load(t)分別為由熱泵流向儲熱系統(tǒng)的熱量、熱泵供給熱負(fù)荷的熱量。

3.2 光熱電站模型

光熱電站主要由光場、儲熱系統(tǒng)、熱力循環(huán)系統(tǒng)組成，由傳熱流體在各子系統(tǒng)之間傳遞熱能，能量流動如圖2所示。

圖2 光熱電站能量流動圖Fig.2 Energy flow diagram of CSP

由太陽能光場吸收的熱功率為

太陽能光場吸收的熱功率可直接供給汽輪機發(fā)電，也可由儲熱系統(tǒng)存儲起來，剩余的熱功率將被舍棄，有

儲熱系統(tǒng)的熱存儲量為

光熱電站發(fā)電熱量由光場和儲熱系統(tǒng)流向發(fā)電系統(tǒng)的熱量構(gòu)成，有

式中：QCSP(t)為光場在t時刻吸收的總熱功率，ns-th為光 熱轉(zhuǎn)換效率；SSF為光場面積；D(t)為t時刻光照直接輻射指數(shù)；QFE(t)、QFS(t)、Qspill(t)分別為t時刻由光場流向發(fā)電系統(tǒng)的熱量、光場流向儲熱系統(tǒng)的熱量和光場舍棄的熱量；QTSS(t)、QSE(t)、QTS-load(t)分別為t時刻儲熱系統(tǒng)儲熱容量、儲熱系統(tǒng)流向發(fā)電系統(tǒng)熱量和儲熱系統(tǒng)供給熱負(fù)荷的熱量；PCSP(t)為 CSP 電站t時刻發(fā)電量；ηloss、nF-S、nS-E、μ、Δt分別為儲熱系統(tǒng)熱損失效率、儲熱損失效率、儲熱系統(tǒng)至發(fā)電系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)換效率、熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)和充放熱周期。

3.3 電儲能模型

電儲能運行階段采用荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)描述儲能的狀態(tài)，荷電狀態(tài)是一個連續(xù)時序過程，與前一時段運行荷電狀態(tài)、充放電功率及充放電效率有關(guān)。

電儲能充電：

電儲能放電：

儲能的壽命與放電深度有關(guān)，計算方法如下：

式中：δ為儲能自放電率；ηc、ηd分別為充、放電效率；Pcharge、Pdischarge分別為充、放電功率；EESS為儲能容量；Δt′為充、放電周期；Nctf為儲能等效循環(huán)次數(shù)；DOD為放電深度；LoL為儲能壽命損耗；Nyear為儲能測試運行年；Life為儲能的運行壽命。

3.4 溫控設(shè)備模型

在多能源微網(wǎng)中，熱泵和儲熱系統(tǒng)能將電 熱系統(tǒng)緊密耦合起來，二者正好可充當(dāng)溫控設(shè)備的角色。溫控設(shè)備總出力QHVAC計算如下：

根據(jù)溫度的延遲動態(tài)特性，保留熱力學(xué)變化主要特征[16]，溫控設(shè)備溫控模型如下：

1)當(dāng)溫控設(shè)備關(guān)斷時，熱負(fù)荷溫度隨外界溫度自然變化。

2)當(dāng)溫控設(shè)備開啟時，有

式中：Tload為熱負(fù)荷溫度；R′為等值熱電阻；QHVAC(t)為溫控設(shè)備等值熱功率；To為外環(huán)境溫度；Δt″為仿真步長。

3.5 儲能容量優(yōu)化配置雙層模型

3.5.1 上層模型目標(biāo)函數(shù)

多能源微網(wǎng)儲能容量優(yōu)化配置上層模型以規(guī)劃周期內(nèi)綜合費用Ctotal最小為目標(biāo)函數(shù)，包括機組和儲能投資成本Cinv、機組和儲能運行成本Com，目標(biāo)函數(shù)如下：

3.5.2 上層模型約束條件

離散傅里葉變換中分段點選取應(yīng)滿足在上、下限范圍內(nèi)：

功率分配約束為式(8)—(11)。

3.5.3 下層模型目標(biāo)函數(shù)

下層模型以規(guī)劃周期內(nèi)運行成本最小為目標(biāo)函數(shù)，運行成本Com計及運維成本Cmaintain、棄風(fēng)懲罰成本Clostwind和失負(fù)荷懲罰成本Clostload。

3.5.4 下層模型約束條件

1)高頻部分運行約束。

① 功率平衡約束。

② 電儲能系統(tǒng)約束。

電儲能充放電功率不能超過其額定功率，同時為避免儲能過充和過放對其壽命造成的傷害，應(yīng)嚴(yán)格控制荷電狀態(tài)范圍。

2)低頻部分運行約束。

① 功率平衡約束。

② 微燃機組、熱泵約束。

微燃機組、熱泵出力受其最大、最小出力限制。

③ 光熱電站約束。

光熱機組出力、儲熱容量、儲熱系統(tǒng)充放熱功率應(yīng)嚴(yán)格控制在上、下限范圍內(nèi)。

④ 溫度約束。

熱負(fù)荷溫度需控制在上、下限范圍內(nèi)。

式中：CCinv、CBinv、CHinv、CTinv、CGinv分別為超級電容投資成本、鋰電池投資成本、熱泵投資成本、熱儲投資成本、微燃機投資成本；M、Q、N i、T分別為高頻系統(tǒng)中電儲能類型、低頻系統(tǒng)中微燃機、熱泵和熱儲元件類型的元件運行年限和規(guī)劃周期；k pi、k Ei、k i、klostwind、klostload分別為功率投資成本系數(shù)、容量投資成本系數(shù)、運維成本系數(shù)、棄風(fēng)成本系數(shù)、失負(fù)荷成本系數(shù)；P j、Elostwind，j、Elostload，j分別為元件i在j時段出力、j時段棄風(fēng)量、j時段失負(fù)荷量；r0為貼現(xiàn)率；Plostwind，1(t)、Plostload，1(t)、Plostwind，2(t)、Plostload，2(t)分別為t時段高頻部分棄風(fēng)量、高頻部分失負(fù)荷量、低頻部分棄風(fēng)量、低頻部分失負(fù)荷量；UES(t)、UCSP(t)、UTS(t)為0，1變量；電儲能充電時UES(t)為1，放電時UES(t)為0；光熱機組開機時UCSP(t)為1，關(guān)機時UCSP(t)為0；儲熱系統(tǒng)吸熱時UTS(t)為1、放熱時UTS(t)為0；ρ為熱儲滿負(fù)荷小時數(shù)(fullload hour，F(xiàn)LH)。

光熱電站能量流動約束為式(16)—(21)、(27)—(29)。

4 多能源系統(tǒng)混合儲能容量優(yōu)化配置模型求解

模型上層通過傅里葉變換分配凈負(fù)荷功率可確定高、低頻部分所需平抑的凈負(fù)荷分量和元件的功率、容量范圍，并傳遞到下層；下層配置元件容量后進行最優(yōu)經(jīng)濟運行優(yōu)化，將系統(tǒng)最優(yōu)經(jīng)濟運行費用反饋到上層。

為簡化模型的求解難度，把模型分成兩層求解，上層窮舉優(yōu)化傅里葉周期分段點，下層部分模型屬于一個混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed-integer linear programming，MILP)問題，通過窮舉熱儲容量后，調(diào)用優(yōu)化軟件CPLEX對低頻部分最優(yōu)運行求解，最終得到電儲、熱儲系統(tǒng)容量。

整個模型具體優(yōu)化過程如下：

1)上層優(yōu)化。

①讀入機組、環(huán)境、負(fù)荷數(shù)據(jù)參數(shù)等，計算凈負(fù)荷功率Punb(t)，初始化分段點n=nmin。

②根據(jù)3.3節(jié)離散傅里葉功率分配方法得到在分段點為n時，高、低頻凈負(fù)荷分量、微燃機組容量、熱泵容量、電儲能充放電功率和容量范圍。

2)進入下層優(yōu)化。

③對于下層模型，考慮到經(jīng)濟性優(yōu)化配置，國內(nèi)外儲熱系統(tǒng)大多集中在滿負(fù)荷小時數(shù)ρ為10 h以內(nèi)；采取枚舉滿負(fù)荷小時數(shù)的方法確定儲熱容量，通過CPLEX求解器求解低頻部分最優(yōu)運行費用。

④將步驟③中得到的系統(tǒng)運行費用反饋到上層，求得在分段點n情況下系統(tǒng)總費用。

⑤若n＜nmin，更新分段點n←n+1，重復(fù)步驟②—④，比較不同分段點下系統(tǒng)的經(jīng)濟性，確定最優(yōu)的混合儲能配置方案。

5 算例分析

5.1 算例概況

本文以某社區(qū)級微電網(wǎng)為例，微網(wǎng)中包含800 kW風(fēng)機、300 kW光伏和200 kW光熱機組。選取春、夏、秋、冬4個典型日滾動規(guī)劃微網(wǎng)中電、熱儲能容量。圖3展示了該地區(qū)冬季典型日電負(fù)荷曲線，電負(fù)荷峰值為313 kW。四季典型日環(huán)境溫度曲線如圖4所示。

圖3 冬季典型日電負(fù)荷曲線Fig.3 Electrical load curve in typical winter day

圖4 四季典型日環(huán)境溫度曲線Fig.4 Ambient temperature curve for typical days of the four seasons

微網(wǎng)中元件參數(shù)如表1所示，微網(wǎng)規(guī)劃周期為1 a，數(shù)據(jù)采樣間隔周期為1 min，典型日總采樣點N=1 440，單位缺電損失費用為5元/(k W·h)，單位棄風(fēng)懲罰費用為2元/(k W·h)，溫控設(shè)備等值熱電阻為0.120 8℃/W，等值熱電容為3 599.3 J/℃。

5.2 比較DFT分段點對優(yōu)化結(jié)果的影響

由第3節(jié)可知，不同DFT分段點處理多能源微網(wǎng)凈負(fù)荷功率后給電、熱儲能等元件分配的功率會不同，進而影響混合儲能的配置結(jié)果，導(dǎo)致最終系統(tǒng)的總成本費用的差異。圖5展示了不同DFT分段點下系統(tǒng)總成本費用的趨勢圖：在DFT分段點n=14時，系統(tǒng)總成本達到最小值；在最優(yōu)分段點的場景下，系統(tǒng)混合儲能容量配置結(jié)果如表2所示?？煽闯觯弘S著DFT分段點的增大，系統(tǒng)總成本呈先減小后增大的趨勢。這是由于分段點選擇過小時，高頻部分在多能源微網(wǎng)凈負(fù)荷功率中占比較大，此時負(fù)責(zé)平滑高頻部分的電儲能容量配置需要增加，由于電儲能造價昂貴，此時系統(tǒng)投資成本顯著增加，導(dǎo)致系統(tǒng)總成本提高；當(dāng)分段點選擇過大時，低頻部分在多能源微網(wǎng)凈負(fù)荷功率中占比提高，此時負(fù)責(zé)平滑低頻部分的微燃機、熱泵、熱儲容量配置需要增加，此時系統(tǒng)總的運行維護成本顯著增加，導(dǎo)致系統(tǒng)總成本逐步提高。因此，選擇合適的DFT分段點分配元件功率，具有顯著的意義。

5.3 光熱電站儲熱容量配置對優(yōu)化結(jié)果的影響

由圖6可看出，不同DFT分段點下，儲能容量優(yōu)化結(jié)果的趨勢類似。

表1 元件參數(shù)指標(biāo)Table 1 Component parameters

圖5 DFT分段點-總成本趨勢曲線圖Fig.5 DFT segmentation point-total cost trend

表2 混合儲能容量優(yōu)化配置結(jié)果Table 2 Results of hybrid energy storage configuration

圖6 儲熱容量配置結(jié)果比較Fig.6 Comparison of heat storage capacity configuration result

當(dāng)光熱電站中儲熱容量為1 h時，普遍因為儲熱容量太小導(dǎo)致熱負(fù)荷溫控能力和光熱機組調(diào)節(jié)能力受限，此時低頻部分運行費用較高，總成本較高。當(dāng)光熱電站中儲熱容量大致在2～3 h時，太陽能利用率得以提高，系統(tǒng)經(jīng)濟性最優(yōu)。而后，隨著儲熱容量的增加，儲熱成本的提高，儲熱利用率降低，低頻部分系統(tǒng)總成本逐漸增加。

6 結(jié)論

本文計及電、熱儲能響應(yīng)特性建立了一種傅里葉功率分配方法，對電儲能、熱儲能進行功率分配。在熱儲能建模過程中考慮熱負(fù)荷的溫控特性，建立了一種計及電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)響應(yīng)特性的多能源微網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置模型。通過算例測試模型的有效性，得到如下結(jié)論：

1)選擇合適的傅里葉分段點分配混合儲能功率，可合理利用元件的響應(yīng)特性，提高系統(tǒng)的可靠性；

2)光熱電站中配置合適容量的儲熱系統(tǒng)能提高能源的利用率，優(yōu)化系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

本文研究范圍只涉及到電、熱系統(tǒng)，在綜合能源聯(lián)合規(guī)劃的背景下，應(yīng)涉及電、氣、熱/冷等綜合系統(tǒng)，相應(yīng)的混合儲能配置規(guī)劃也應(yīng)涉及儲電、儲氣、儲熱/儲冷等。因此，下一步工作計劃是：考慮綜合能源系統(tǒng)中各種類別儲能響應(yīng)特性，對混合儲能進行配置規(guī)劃。