面向綜合能源配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法

魏健 馬玉虎

【摘?要】現(xiàn)如今，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，為延長(zhǎng)緩和甚至取消輸配電設(shè)施改造升級(jí)的需求，構(gòu)建面向綜合能源配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)模型，將儲(chǔ)能配置與系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化結(jié)合起來(lái)?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè)控制思想，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)、余熱鍋爐和燃?xì)忮仩t，通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)側(cè)熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以儲(chǔ)能設(shè)備生命全周期總投資成本最低作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，發(fā)揮儲(chǔ)能設(shè)備削峰填谷、平滑負(fù)荷的作用，協(xié)調(diào)優(yōu)化以獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益和配電網(wǎng)穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)不同季節(jié)典型日調(diào)度優(yōu)化情況的分析及與無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)的比較，驗(yàn)證該配置策略的有效性。

【關(guān)鍵詞】綜合能源;高密度光伏;儲(chǔ)能系統(tǒng);模型預(yù)測(cè)控制;優(yōu)化配置

引言

經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，針對(duì)在綜合能源系統(tǒng)背景下儲(chǔ)能規(guī)劃問(wèn)題研究不足的現(xiàn)狀，從提高可再生能源消納角度考慮儲(chǔ)能規(guī)劃，建立了在綜合能源系統(tǒng)下儲(chǔ)能設(shè)備規(guī)劃模型，對(duì)在三種不同典型日下可再生能源消納率進(jìn)行分析歸納。采用雙層規(guī)劃模型，上層模型目標(biāo)函數(shù)考慮儲(chǔ)能投資成本及綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本，下層目標(biāo)函數(shù)考慮提高可再生能源消納率。最后算例表明，降低了儲(chǔ)能配置成本，同時(shí)可提高再生能源消納率。

1配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃綜合概念體系

為了實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃，采用空間自適應(yīng)規(guī)劃和混合組網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的綜合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。假設(shè)將配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的動(dòng)態(tài)約束參數(shù)模型描述為：Xn={x1，x2，...，xn}，在動(dòng)態(tài)空間內(nèi)的采用自適應(yīng)尋優(yōu)方法進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的模板匹配，建立空間網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)尋優(yōu)模型，采用Levenberg-Marquardt方程構(gòu)建配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的儲(chǔ)能分布模型。根據(jù)配電網(wǎng)的隨機(jī)性、互動(dòng)性和耦合性的特點(diǎn)，進(jìn)行配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃和自動(dòng)選線，輸入自適應(yīng)參量調(diào)節(jié)系數(shù)，為：其中，G表示自適應(yīng)尋優(yōu)函數(shù)，當(dāng)a在G存在有限穩(wěn)定解時(shí)，表示尋優(yōu)過(guò)程是收斂的，此時(shí)配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃中的目標(biāo)函數(shù)為G（xn），提取配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃模糊特征量，在歸一化的線性子空間中，得到配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的概念集：其中，?表示歸一化系數(shù)。假設(shè)該概念集的輸出結(jié)果在實(shí)域上具有連續(xù)泛函，隨著配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃參與實(shí)體的增多，則可采用網(wǎng)格空間規(guī)劃方法，現(xiàn)實(shí)配電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行規(guī)劃的運(yùn)行體系的構(gòu)造和智能調(diào)度模型的設(shè)計(jì)。

2面向綜合能源配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法

2.1熱系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

綜合能源配電網(wǎng)系統(tǒng)中，熱負(fù)荷及市場(chǎng)燃料價(jià)格波動(dòng)等多方面不確定因素在很大程度上影響用戶側(cè)電能的使用，尤其是電制熱技術(shù)造成了負(fù)荷極大波動(dòng)，對(duì)配電網(wǎng)中儲(chǔ)能設(shè)備的配置造成極大影響;因此，綜合能源配電網(wǎng)亟須獲取將熱能的規(guī)劃調(diào)度方案與儲(chǔ)能配置相結(jié)合的配置方案。

2.2考慮GIS系統(tǒng)的網(wǎng)格化協(xié)調(diào)規(guī)劃策略

網(wǎng)格定義是將某個(gè)區(qū)域按照一定規(guī)則，劃分成若干個(gè)網(wǎng)格狀的小單元，便于對(duì)區(qū)域進(jìn)行更精細(xì)化的管理。所謂“格”是指管理區(qū)域或?qū)ο蟊粍澐趾蟮目臻g單位，類似地塊、責(zé)任區(qū)等，可大可小;所謂“網(wǎng)”指的是若干個(gè)格組成的適當(dāng)區(qū)域。本文將網(wǎng)格化概念引入配電網(wǎng)規(guī)劃，根據(jù)網(wǎng)架現(xiàn)狀、負(fù)荷分布、地理分界等實(shí)際情況，將復(fù)雜的配電網(wǎng)劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)格，分析網(wǎng)格現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，結(jié)合典型負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，對(duì)近中遠(yuǎn)三期做出負(fù)荷預(yù)測(cè)，制定網(wǎng)格化的目標(biāo)，按照差異化的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)域綜合能源分布情況，分區(qū)域開(kāi)展配電網(wǎng)一次網(wǎng)架規(guī)劃和綜合能源設(shè)施協(xié)調(diào)規(guī)劃。具體方法為采用“大而化小，分而治之”的規(guī)劃思路，基于區(qū)域地理信息系統(tǒng)，將配電網(wǎng)劃分為3個(gè)供電層級(jí)和多個(gè)供電分區(qū)，依據(jù)多種邊界條件將供電分區(qū)再細(xì)分為多個(gè)供電網(wǎng)格。網(wǎng)格化分層思路為第一層網(wǎng)格以3～5個(gè)110kV變電站為組成一個(gè)網(wǎng)格，主要開(kāi)展變電站的建設(shè)需求、變電站間隔利用率分析;第二層網(wǎng)格為不超過(guò)3組的典型接線組組成一個(gè)網(wǎng)格，主要開(kāi)展網(wǎng)架接線、線路資源調(diào)配、負(fù)荷需求管理、綜合能源接入和消納利用能力管理和分析;第三層網(wǎng)格以低壓配變臺(tái)區(qū)為單位組成網(wǎng)格，主要為加強(qiáng)對(duì)用戶供電質(zhì)量和可靠性進(jìn)行跟蹤和分析。通過(guò)網(wǎng)格化規(guī)劃提出電力和能源通道方案，預(yù)留出道路所需的架空和電纜通道，預(yù)留出綜合能源輸送通道分布路徑，結(jié)合城市道路建設(shè)，避免建而復(fù)拆，進(jìn)一步優(yōu)化資源利用，達(dá)到區(qū)域能源協(xié)調(diào)規(guī)劃，制定精細(xì)化的協(xié)調(diào)規(guī)劃策略。

2.3綜合能源協(xié)同發(fā)展規(guī)劃方案

通過(guò)綜合能源協(xié)調(diào)規(guī)劃和儲(chǔ)能裝置的削峰填谷作用，根據(jù)電網(wǎng)公司規(guī)劃技術(shù)原則要求，在考慮容載比1.9～2.1需求情況下，遠(yuǎn)景年相比常規(guī)園區(qū)規(guī)劃方案，至遠(yuǎn)景年新區(qū)共有110kV變電站5座，相比傳統(tǒng)規(guī)劃方案減少了2座110kV變電站;遠(yuǎn)景年增容378MVA，相比傳統(tǒng)方案主變?nèi)萘抗矞p少了378MVA，至2030年新區(qū)范圍110kV主變?nèi)萘繛?37MVA;考慮區(qū)域綜合能源供需能力，將整個(gè)片區(qū)劃分為48個(gè)網(wǎng)格，形成53組10kV典型接線組進(jìn)行供電，遠(yuǎn)景年需增加69回中壓線路，共153回線路供電的方案，每個(gè)網(wǎng)格中壓供電線路更加清晰有序，比傳統(tǒng)方案約減少了43回中壓線路;園區(qū)新能源消納遠(yuǎn)景年約占35%，相比傳統(tǒng)規(guī)劃方案提高了約25%的比例。同時(shí)，構(gòu)建了以區(qū)域能源為中心，充分發(fā)揮了冷熱電三聯(lián)供技術(shù)、溴化鋰制冷技術(shù)、風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)、港口供電技術(shù)，電動(dòng)汽車充電技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了能源高效梯級(jí)利用。相比傳統(tǒng)方案，達(dá)到了綜合能源協(xié)同發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)綠色低碳安全、能源利用效率大大提高的目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移能量，解決了不少傳統(tǒng)難題，配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、穩(wěn)定性以及可靠性都得到很大提升。在綜合能源配電網(wǎng)中，通過(guò)引入光伏儲(chǔ)能設(shè)備，可以平滑光伏電站出力，削峰填谷，延長(zhǎng)緩和甚至取消輸配電設(shè)施改造升級(jí)需求，提高供電可靠性。儲(chǔ)能設(shè)備經(jīng)過(guò)合理配置，可以為綜合能源配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)提供有效保障。本文基于MPC的思想，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)側(cè)熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，然后利用儲(chǔ)能的平衡作用，將生命全周期總投資成本最低作為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化求解獲取最佳容量，量化該模型的經(jīng)濟(jì)效益，充分肯定了儲(chǔ)能系統(tǒng)在綜合能源配電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展必要性。目前光伏電站和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)都在蓬勃發(fā)展，政府持續(xù)調(diào)整光伏及電網(wǎng)電價(jià)，儲(chǔ)能費(fèi)用逐漸降低，不斷沖擊著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)模式，無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)低建造成本的優(yōu)勢(shì)慢慢淡化，面向綜合能源配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用將會(huì)變成我國(guó)分布式能源發(fā)展的重要形式。

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（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）