計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方法

楊修宇，郭 琪，劉雪媛，周子龍，嚴(yán)干貴，張 浩

（1. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點實驗室（東北電力大學(xué)），吉林省 吉林市 132012；2. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林省 長春市 130022；3. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林省 長春市 130021）

0 引言

大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是推動能源低碳化轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。近10 年來，中國風(fēng)電規(guī)模迅速增長，截至2021 年底，風(fēng)電累計裝機328.48 GW，為2016 年底裝機容量的2.2 倍。然而，在風(fēng)電快速發(fā)展的過程中，棄風(fēng)問題一直困擾風(fēng)電的健康發(fā)展。2015 和2016 年，中國棄風(fēng)率分別高達15%與17.09%，通過預(yù)警機制暫停部分區(qū)域風(fēng)電開發(fā)和加強輸電通道建設(shè)等措施，棄風(fēng)問題得到緩解，但仍有部分地區(qū)棄風(fēng)率高于10%［1］。棄風(fēng)主要是由電力系統(tǒng)調(diào)峰能力（靈活性）不足與風(fēng)電基地外送通道輸電容量不足兩大原因造成的。欲徹底解決棄風(fēng)，需要同時解決系統(tǒng)調(diào)峰不足與輸電阻塞問題，即同時做到“送得出、能消納”；若僅解決系統(tǒng)調(diào)峰不足問題，則會出現(xiàn)“送不出”；反之，僅擴建外送輸電通道，則會出現(xiàn)“難消納”；若分別獨立解決調(diào)峰不足與輸電阻塞問題，則易造成資產(chǎn)重復(fù)配置，投資浪費。

儲能作為一種靈活性資源，能夠削峰填谷，減少常規(guī)電源裝機容量，增加系統(tǒng)的靈活性；又能夠削減尖峰風(fēng)電功率，降低風(fēng)電功率對輸電容量依賴，緩解輸電阻塞。因此，如何高效統(tǒng)籌規(guī)劃常規(guī)電源、儲能和輸電網(wǎng)，對風(fēng)力發(fā)電的健康發(fā)展與“雙碳”目標(biāo)的順利達成具有重要意義。

截至目前，關(guān)于儲能優(yōu)化配置、儲-輸聯(lián)合規(guī)劃以及源-儲-網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃國內(nèi)外學(xué)者已取得了一定的研究成果。針對含風(fēng)電的儲能優(yōu)化配置研究主要集中在調(diào)峰［2-7］和平抑［8-9］等方面，如文獻［2-3］考慮風(fēng)電接納量和儲能凈收益等指標(biāo)；文獻［4］綜合考慮調(diào)峰與調(diào)頻的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。為了探究新能源直流外送對受端電網(wǎng)調(diào)峰能力的影響，文獻［5-6］構(gòu)建了考慮新能源消納能力和受端電網(wǎng)調(diào)峰裕度的調(diào)度模型；文獻［7］構(gòu)建了基于最優(yōu)棄能率的數(shù)學(xué)模型；文獻［8］采用群控方式的中央空調(diào)冷水機組來平抑風(fēng)電波動性；文獻［9］采用基于模型預(yù)測控制的電池儲能系統(tǒng)來實時平抑風(fēng)電場功率波動。

配置儲能不僅能夠增加系統(tǒng)靈活性［10］，而且同時能夠緩解輸電阻塞，延緩輸電線路投建。因此，一系列儲-輸聯(lián)合規(guī)劃的研究也已展開。文獻［11-12］中提出了電力系統(tǒng)的靈活性供需平衡指標(biāo)，其中文獻［11］綜合評價了電力系統(tǒng)的耐受能力，文獻［12］計及了常規(guī)電源、電網(wǎng)與靈活性資源的相互作用關(guān)系；文獻［13］綜合考慮了系統(tǒng)對風(fēng)電的接納能力，構(gòu)建了以綜合成本最小的儲-輸聯(lián)合規(guī)劃模型；文獻［14］基于儲能系統(tǒng)在規(guī)劃中的價值，構(gòu)建了儲-輸多階段聯(lián)合規(guī)劃；文獻［15］考慮了發(fā)電機組、輸電線路與負(fù)荷需求響應(yīng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃；文獻［16］綜合考慮輸電阻塞盈余與規(guī)劃的經(jīng)濟性，構(gòu)建了基于Pareto 的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃模型；文獻［17］在風(fēng)電極限出力的場景下，構(gòu)建了基于Benders 分解的兩階段輸電網(wǎng)規(guī)劃。為了解決聯(lián)合規(guī)劃過程中計算量大、求解難度高的問題；文獻［18-19］提出了場景約簡、數(shù)據(jù)聚類的規(guī)劃方法。

綜上所述，儲能優(yōu)化配置方面的研究大多關(guān)注于源側(cè)，而忽略儲能在網(wǎng)側(cè)的作用；儲-輸聯(lián)合規(guī)劃方面的研究關(guān)注于儲能在網(wǎng)側(cè)的作用，忽略了其在源側(cè)的作用。雖現(xiàn)有源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方面的研究同時考慮了儲能在源側(cè)與網(wǎng)側(cè)的影響，但其規(guī)劃模型存在求解難度高、計算量大的問題。因此，本文從儲能分時復(fù)用的角度出發(fā)，利用儲能同時解決系統(tǒng)調(diào)峰不足與輸電阻塞問題，即同時做到“送得出、能消納”，提出了計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方法。首先，分析了調(diào)峰不足棄風(fēng)事件與輸電阻塞棄風(fēng)事件之間的耦合關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建綜合考慮常規(guī)火電裝機投資、儲能設(shè)備投資、棄風(fēng)懲罰成本與輸電線路擴建成本的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型，并設(shè)計了該模型的迭代求解算法。最后，通過算例驗證了所提方法的有效性。

1 棄風(fēng)事件的耦合關(guān)系分析

1.1 調(diào)峰不足棄風(fēng)的產(chǎn)生原因分析

電力系統(tǒng)對風(fēng)電的接納能力是由靈活調(diào)節(jié)電源的調(diào)峰深度決定的，當(dāng)具有波動性、隨機性和較強反調(diào)峰特性的風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)后，超出系統(tǒng)對風(fēng)電的接納能力時，將產(chǎn)生調(diào)峰不足棄風(fēng)，其表達式為:

式中:PLG，i(t)為調(diào)度日i內(nèi)t時刻調(diào)峰不足引起的棄風(fēng)功率；PW，i(t)為調(diào)度日i內(nèi)t時刻的風(fēng)電功率；PFR，i(t)為調(diào)度日i內(nèi)t時刻系統(tǒng)可接納的風(fēng)電功率。

調(diào)峰不足產(chǎn)生棄風(fēng)的示意圖見附錄A 圖A1。

1.2 輸電阻塞棄風(fēng)的產(chǎn)生原因分析

隨著風(fēng)電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，由于電網(wǎng)建設(shè)相對滯后，當(dāng)風(fēng)電功率大于線路的輸電能力時，造成輸電線路功率越限的現(xiàn)象，產(chǎn)生輸電阻塞棄風(fēng)，其表達式為:

式中:PLT，i(t)為調(diào)度日i內(nèi)t時刻輸電阻塞引起的棄風(fēng)功率；PL為電網(wǎng)輸電線路的最大輸電容量。

輸電阻塞產(chǎn)生棄風(fēng)的示意圖見附錄A 圖A2。

1.3 調(diào)峰不足棄風(fēng)與輸電阻塞棄風(fēng)間的時序耦合關(guān)系

利用式（1）和式（2）計算得到同一時序下的調(diào)峰不足棄風(fēng)和輸電阻塞棄風(fēng)，并將兩者耦合得到總棄風(fēng)。其計算公式為:

式中:PLW，i(t)為調(diào)度日i內(nèi)t時刻的總棄風(fēng)功率。

綜合式（1）與式（2）的系統(tǒng)總棄風(fēng)公式如式（4）所示，調(diào)峰不足棄風(fēng)與輸電阻塞棄風(fēng)耦合形成總棄風(fēng)的示意圖見附錄A 圖A3。

為探究輸電通道容量、火電機組裝機容量對棄風(fēng)事件的影響，以中國東北某局部電網(wǎng)輸電工程系統(tǒng)為分析對象，該系統(tǒng)的具體參數(shù)見附錄A 表A1。設(shè)置不同的外送輸電容量PL與不同的火電機組開機容量PT，分析全年輸電阻塞棄風(fēng)電量ΔEL和持續(xù)時間TL、調(diào)峰不足棄風(fēng)電量ΔET和持續(xù)時間TT與總棄風(fēng)電量ΔE和持續(xù)時間T之間的關(guān)系［20］，見附錄A 表A2 和表A3。其中，在火電機組開機容量為裝機容量時，不同輸電容量下輸電阻塞棄風(fēng)和總棄風(fēng)的棄風(fēng)電量及持續(xù)時間變化情況見表A2；在輸電通道容量為0.6 p.u.時，不同火電機組開機容量下調(diào)峰不足棄風(fēng)和總棄風(fēng)的棄風(fēng)電量及持續(xù)時間變化情況見表A3。

從附錄A 表A2 和表A3 可以看出，當(dāng)輸電容量以0.1 p.u.為步長下降，輸電阻塞棄風(fēng)電量ΔEL和持續(xù)時間TL隨之增長，系統(tǒng)總棄風(fēng)電量ΔE與持續(xù)時間T也隨之增長，但小于輸電阻塞棄風(fēng)電量ΔEL與調(diào)峰不足棄風(fēng)電量ΔET之和；當(dāng)火電機組開機容量以0.1 p.u.為步長下降，調(diào)峰不足棄風(fēng)電量ΔET和持續(xù)時間TT隨之下降，系統(tǒng)總棄風(fēng)電量ΔE與持續(xù)時間T也隨之下降，同樣小于輸電阻塞棄風(fēng)電量ΔEL與調(diào)峰不足棄風(fēng)電量ΔET之和，說明輸電阻塞棄風(fēng)與調(diào)峰不足棄風(fēng)在時序上存在一定耦合關(guān)系。

2 儲能配置對源側(cè)和網(wǎng)側(cè)的影響分析

2.1 儲能配置對常規(guī)機組規(guī)劃裝機容量的影響

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，通常是由火電機組自身調(diào)節(jié)來跟蹤負(fù)荷的波動。因此，在研究電力系統(tǒng)規(guī)劃中，火電機組的最大裝機容量是根據(jù)負(fù)荷或凈負(fù)荷（等于用電負(fù)荷減去風(fēng)電、光伏等波動性電源出力）的最大值來確定的。然而，由于配置儲能系統(tǒng)削峰填谷的作用，一方面增加了系統(tǒng)靈活性，另一方面減小了負(fù)荷（凈負(fù)荷）峰值，降低了對火電機組裝機容量的依賴。若仍按照原始負(fù)荷峰值規(guī)劃常規(guī)電源容量，則造成機組投資浪費現(xiàn)象。儲能配置對系統(tǒng)靈活性與火電機組裝機容量的影響機理見附錄A圖A4。

2.2 儲能配置對輸電網(wǎng)的影響

在電網(wǎng)規(guī)劃階段應(yīng)充分考慮風(fēng)電基地輸出功率與外送輸送能力的匹配關(guān)系。若以風(fēng)電裝機容量作為邊界條件來進行外送通道輸電容量規(guī)劃，則在風(fēng)電出力較小時，部分輸電容量處于閑置狀態(tài)，造成投資浪費。若隨意降低風(fēng)電并網(wǎng)點規(guī)劃邊界，則存在輸電阻塞風(fēng)險。在風(fēng)電基地并網(wǎng)點配置一定的儲能系統(tǒng)，在風(fēng)電出力較大時，將超過輸電容量的風(fēng)電功率存儲起來，風(fēng)電出力較小時放出，可以有效避免輸電阻塞，并提升外送通道利用率，即配置儲能降低了風(fēng)電功率對外送輸電容量的依賴。

3 源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型

在上述分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)儲能配置對源側(cè)與網(wǎng)側(cè)規(guī)劃的影響，考慮到儲能可以同時解決調(diào)峰不足與輸電阻塞問題，提出了考慮棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型，并給出了目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及模型求解流程。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

本文綜合考慮了系統(tǒng)調(diào)峰不足棄風(fēng)與輸電阻塞棄風(fēng)的耦合關(guān)系，構(gòu)建了計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型，該模型對火電裝機容量、儲能與擴建輸電線路三者進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，使火電裝機投資、儲能設(shè)備投資、棄風(fēng)懲罰成本與輸電線路擴建成本等綜合成本F最小，如式（5）所示。

式中:Ce為儲能設(shè)備投資成本；Cg為火電機組建設(shè)成本；CT為棄風(fēng)懲罰成本；Cline為輸電線路擴建成本。各項具體表達式如下。

式中:Pess為配置的儲能功率；μPess為單位功率變流器購置成本；Eess為配置的儲能容量；μEess為儲能系統(tǒng)單位容量購置成本；μg為單位火電機組建設(shè)成本；Ng為規(guī)劃期內(nèi)新建火電機組容量；μT為單位棄風(fēng)電量懲罰值；Ts為規(guī)劃周期；Pe，i(t)為儲能在調(diào)度日i的t時刻吸收的棄風(fēng)功率；nl為待選線路l的建設(shè)回數(shù)；Cl為待選線路l的單位長度單價；Kline為線路單位長度單位功率成本；Ll為待選線路l的長度；Zl為待選線 路l投 資 的0-1 決 策 變 量；Pline，l為 待 選 線 路l的 輸電容量；Ωline為待選線路集合［12，20］。

3.2 約束條件

3.2.1 節(jié)點功率約束

式 中:Pg，h，m(t)為 火 電 機 組h在t時 刻 節(jié) 點m的 輸 出功 率；Pw，j，m(t)為 風(fēng) 電 場j在t時 刻 節(jié) 點m的 輸 出 功率；ΔPw，j，m(t)為 風(fēng) 電 場j在t時 刻 節(jié) 點m的 棄 風(fēng) 功率；Pe，m(t)為儲能設(shè)備在t時刻節(jié)點m的輸出功率；PL，m(t)為在t時刻節(jié)點m的有功負(fù)荷。

3.2.2 電量平衡約束

式中:∑Pg，h(Δt)為Δt時間段內(nèi)火電機組h的電量；Ww(Δt)為風(fēng)電機組在Δt時間段內(nèi)的電量；We(Δt)為儲能系統(tǒng)在Δt時間段內(nèi)的電量；WQ(Δt)為風(fēng)電場在Δt時間段內(nèi)的棄風(fēng)電量；WL(Δt)為在Δt時間段內(nèi)的負(fù)荷電量。

3.2.3 火電機組出力約束

3.2.4 線路潮流約束（直流潮流）

直流潮流約束基本關(guān)系如式（13）所示。

式中:B為系統(tǒng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣；θ(t)為t時刻節(jié)點電壓相角向量；Pg(t)為t時刻火電機組輸出功率向量；Pw(t)為t時刻風(fēng)電場輸出功率向量；Pe(t)為t時刻儲能系統(tǒng)輸出功率向量；PL(t)為t時刻負(fù)荷功率向量。

3.2.5 儲能容量和功率約束

3.2.6 旋轉(zhuǎn)備用約束

式中:Pg，h(t)為火電機組h在t時刻的輸出功率；Pw，j(t)為 風(fēng) 電 場j在t時 刻 的 輸 出 功 率；Pe，k(t)為 儲能設(shè)備k在t時刻的充電功率；Ωg為火電機組集合；Ωw為風(fēng)電場集合；Ωe為儲能設(shè)備集合；ΩL為負(fù)荷節(jié)點集合；Rmax為系統(tǒng)最大備用容量。

3.2.7 儲能系統(tǒng)日清約束

式中:δSOC（0）和δSOC（24）分別表示初始和末尾時刻的荷電狀態(tài)。

3.2.8 新建線路約束

式中:ωm為與節(jié)點m相連的輸電線路新建數(shù)量；Nm，max為輸電線路新建數(shù)量的最大值。

3.2.9 輸電線路功率傳輸約束

式中:Pab為線路(a，b)的實際功率；為線路(a，b)的容量最大值；xab和分別為節(jié)點a與節(jié)點b已有的直接相連線路和新建線路數(shù)量。

3.3 模型求解流程

計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型的求解思路是:外層通過攝動常規(guī)機組裝機容量與風(fēng)電基地并網(wǎng)點規(guī)劃邊界得到總棄風(fēng)；而后，內(nèi)層開展儲能投資成本與棄風(fēng)懲罰成本之間的優(yōu)化，即每次修正機組裝機容量與風(fēng)電基地并網(wǎng)點規(guī)劃邊界，都會存在一個最優(yōu)的儲能配置。因此，利用枚舉法即可得到最優(yōu)規(guī)劃方案。

計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型的求解步驟如下:

步驟1:輸入規(guī)劃目標(biāo)年的風(fēng)電功率數(shù)據(jù)與負(fù)荷數(shù)據(jù)，并給出初始電網(wǎng)拓?fù)渑c常規(guī)電源結(jié)構(gòu)。

步驟2:設(shè)置風(fēng)電并網(wǎng)點裝機容量初值和常規(guī)電源裝機容量初值，假設(shè)輸電能力充足，無阻塞問題，考慮火電機組出力約束，利用式（1）計算出調(diào)峰不足棄風(fēng)；假設(shè)系統(tǒng)靈活性充足，無調(diào)峰不足棄風(fēng)，考慮輸電線路功率傳輸約束，利用式（2）計算出輸電阻塞棄風(fēng)。

步驟3:利用式（3）和式（4）將調(diào)峰不足棄風(fēng)與輸電阻塞棄風(fēng)耦合在一起就得到系統(tǒng)總棄風(fēng)。

步驟4:尋求當(dāng)前火電機組裝機容量與風(fēng)電并網(wǎng)點規(guī)劃邊界下的最優(yōu)配置儲能。通過時序模擬，在儲能出力約束、日清約束、電量約束、功率平衡約束等約束條件下，計算包含棄風(fēng)懲罰、常規(guī)電源投資成本、輸電投資成本和儲能投資成本的綜合成本。然后，在儲能可行域中遍歷所有儲能配置，最終在所有可行儲能配置中得出儲能的最優(yōu)配置。

步驟5:在火電裝機容量、風(fēng)電并網(wǎng)點輸電容量的方案集內(nèi)，考慮輸電線路新建約束、功率傳輸約束和常規(guī)機組出力約束，反復(fù)修正風(fēng)電并網(wǎng)點邊界和常規(guī)電源裝機容量可行域，重復(fù)步驟2 至步驟4，最終在所有方案中尋求系統(tǒng)源-儲-網(wǎng)聯(lián)合最優(yōu)規(guī)劃方案，具體流程如圖1 所示。

圖1 模型求解流程圖Fig.1 Flow chart of model solving

4 算例分析

為驗證本文所提計及棄風(fēng)耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃的有效性，本文以中國東北某局部電網(wǎng)輸電工程系統(tǒng)與改進的Garver-6 節(jié)點系統(tǒng)進行仿真分析，算例所用基礎(chǔ)參數(shù)見附錄A 表A4。

4.1 算例系統(tǒng)1——風(fēng)電基地集中外送輸電工程

以中國東北某局部電網(wǎng)輸電工程系統(tǒng)為分析對象，該系統(tǒng)具體參數(shù)見附錄A 表A1，風(fēng)電基地集中外送輸電工程聯(lián)網(wǎng)拓?fù)湟姼戒汚 圖A5，風(fēng)電基地外送至負(fù)荷中心的全年負(fù)荷變化見附錄A 圖A6。

在本文規(guī)劃過程中，風(fēng)電集中外送輸電容量以100 MW 為步長減小，火電機組容量以20 MW 為步長減小，規(guī)劃結(jié)果如表1 所示，火電機組裝機容量與輸電通道容量協(xié)調(diào)優(yōu)化過程如圖2 所示。

表1 源-儲-網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果(算例系統(tǒng)1)Table 1 Results of source-storage-grid planning (case system 1)

在圖2 中，紅點為源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃的最優(yōu)解位置，且最優(yōu)解位置的斷面圖見附錄A 圖A7。在圖A7（a）中，火電機組裝機容量與總成本呈現(xiàn)一個下凹曲線，由于火電機組裝機容量在減小的過程中，調(diào)峰不足棄風(fēng)逐漸減少，起初總成本受棄風(fēng)懲罰成本和火電裝機成本主導(dǎo)，總成本逐漸降低。隨著裝機容量的進一步減少，系統(tǒng)不能滿足電量平衡約束，配備的儲能容量逐漸增多，此時儲能設(shè)備的成本為主要因素，因此隨后總投資成本逐漸增多。在圖A7（b）中，輸電通道容量與總成本同樣呈現(xiàn)一個下凹曲線，由于輸電通道容量在減小的過程中，輸電投資成本逐漸減少，在前期輸電投資成本占主導(dǎo)因素。隨著輸電通道容量的進一步減少，阻塞棄風(fēng)逐漸增加，需要配置一定的儲能，因此總成本受儲能成本和棄風(fēng)懲罰成本主導(dǎo)，所以隨后總成本逐漸增加。

圖2 火電機組裝機容量與輸電通道容量協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果(算例系統(tǒng)1)Fig.2 Coordinated optimization results of thermal power unit installed capacity and transmission channel capacity (case system 1)

為進一步驗證本文所提計及棄風(fēng)耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃的有效性，分別采用考慮不同場景的兩種規(guī)劃方法進行對比分析。

方法1:儲能與常規(guī)火電機組進行協(xié)調(diào)規(guī)劃，網(wǎng)側(cè)按照風(fēng)電裝機容量進行規(guī)劃，即無輸電阻塞現(xiàn)象。

方法2:利用儲能削減調(diào)峰不足棄風(fēng)與輸電阻塞棄風(fēng)的儲能與輸電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，但源側(cè)常規(guī)火電機組容量按照負(fù)荷（凈負(fù)荷）最大值規(guī)劃［21］。

采用上述兩種方法進行規(guī)劃，方法1 規(guī)劃下火電裝機容量與總投資成本的優(yōu)化結(jié)果見附錄A 圖A8，方法2 規(guī)劃下輸電通道容量與總投資成本的優(yōu)化結(jié)果如附錄A 圖A9 所示，最優(yōu)規(guī)劃結(jié)果如表2所示。

表2 兩種方法的規(guī)劃結(jié)果(算例系統(tǒng)1)Table 2 Planning results of two methods (case system 1)

對比表1 與表2 可以發(fā)現(xiàn)，3 種方法中本文方法所給出的規(guī)劃方案的總投資成本最低。相比于方法1，本文方法降低輸電通道容量300 MW，節(jié)約輸電投資遠高于棄風(fēng)懲罰，本文方法有效消除了低效容量，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和輸電通道的利用率；相比于方法2，本文方法較方法2 容量多配置了1 250.32 MW?h，功率多配置了327.53 MW，削減棄風(fēng)電量為8.441×104MW?h，顯著增加了系統(tǒng)的靈活性，同時減少火電機組規(guī)劃容量44 MW。

本文方法配置的儲能不僅增加了系統(tǒng)的靈活性，同時提高了系統(tǒng)（源側(cè)、網(wǎng)側(cè)）的儲能效率與經(jīng)濟性。

4.2 算例系統(tǒng)2——Garver-6 節(jié)點系統(tǒng)

為了進一步驗證本文所提出方法的適用性，以改進Garver-6 系統(tǒng)為分析對象，各節(jié)點負(fù)荷與6 節(jié)點風(fēng)電見附錄A 圖A10，具體情況可參考文獻［20］，本文不再贅述。

在本文源-儲-網(wǎng)規(guī)劃過程中，在改變風(fēng)電并網(wǎng)點的同時，改變火電機組裝機容量，得到在不同風(fēng)電并網(wǎng)點規(guī)劃邊界下的輸電阻塞棄風(fēng)和不同常規(guī)電源規(guī)劃邊界下的調(diào)峰不足棄風(fēng)。然后，將兩者隨機組合，利用式（3）耦合形成總棄風(fēng)。在此基礎(chǔ)上，進行總投資、火電機組裝機容量與輸電容量協(xié)調(diào)優(yōu)化，不斷攝動規(guī)劃邊界重復(fù)上述步驟，最后得到總投資成本最小的源-儲-網(wǎng)規(guī)劃方案，規(guī)劃結(jié)果如表3 所示，協(xié)調(diào)優(yōu)化尋優(yōu)過程見圖3。

表3 源-儲-網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果(算例系統(tǒng)2)Table 3 Results of source-storage-grid planning (case system 2)

圖3 中，紅點為源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃的最優(yōu)解位置，且最優(yōu)解位置的斷面圖見附錄A 圖A11。在圖A11（a）中，火電裝機容量與總成本同樣呈現(xiàn)一個下凹曲線；在圖A11（b）中，由于輸電線路是按條增加或減少的，所以風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)劃邊界由小增大過程中，總成本是按階梯狀先減小后增大的，且存在幾個并網(wǎng)規(guī)劃邊界對應(yīng)同一規(guī)劃方案。

圖3 火電機組裝機容量與風(fēng)電規(guī)劃邊界協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果Fig.3 Coordination and optimization results of thermal power unit installed capacity and wind power planning boundary

同時利用上述工程算例中對比方法1、2 對Garver-6 節(jié)點系統(tǒng)進行優(yōu)化規(guī)劃，方法1 規(guī)劃下火電裝機容量與總投資成本的優(yōu)化結(jié)果見附錄A 圖A12；方法2 規(guī)劃下輸電通道容量與總投資成本的優(yōu)化結(jié)果見附錄A 圖A13，兩種方法的規(guī)劃結(jié)果見表4，電網(wǎng)規(guī)劃拓?fù)湟姼戒汚 圖A14，其中圖A14（a）為本文規(guī)劃方法下電網(wǎng)規(guī)劃方案，圖A14（b）為方法1 與方法2 規(guī)劃方法下電網(wǎng)規(guī)劃方案。

表4 兩種方法的規(guī)劃結(jié)果(算例系統(tǒng)2)Table 4 Planning results of two methods (case system 2)

對比表3 和表4 可以看出，采用計及棄風(fēng)耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方法所給出的規(guī)劃方案總投資成本最低。相比于方法1，總投資成本節(jié)約0.13 億元；相比方法2，本文規(guī)劃方案削減棄風(fēng)電量1.96×105MW?h，減少了棄風(fēng)損失39.22 億元，同時儲能容量多配置了1 978.76 MW·h，功率多配置了281.90 MW。

由此可見，本文所提規(guī)劃方法可以有效降低系統(tǒng)的總投資成本，并且儲能系統(tǒng)的配置提高了系統(tǒng)的靈活性。

5 結(jié)語

本文針對規(guī)模化風(fēng)電并網(wǎng)帶來的棄風(fēng)問題，提出了一種計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方法，主要結(jié)論如下。

1）本文所提方法從儲能分時復(fù)用角度出發(fā)，配置儲能時直接以削減系統(tǒng)耦合總棄風(fēng)為目標(biāo)，同時解決了系統(tǒng)靈活性不足與大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)輸電網(wǎng)規(guī)劃面臨的輸電配置過剩與不足的問題。

2）通過3 種方法對東北某局部電網(wǎng)輸電工程系統(tǒng)與Garver-6 算例系統(tǒng)規(guī)劃結(jié)果進行對比分析，本文方法能夠很好地解決棄風(fēng)與輸電資產(chǎn)利用率低的兩大問題。以東北某局部電網(wǎng)輸電工程系統(tǒng)為例，相比于方法1，本文方法在輸電容量配置方面，降低輸電容量300 MW；相比于方法2，在削減棄風(fēng)方面，本文方法降低棄風(fēng)電量8.441×104MW?h，且系統(tǒng)總投資成本分別減少了4.45 億元和17.27 億元。

3）儲能系統(tǒng)具有靈活性，能夠提高電力系統(tǒng)對風(fēng)電的接納能力。隨著風(fēng)電滲透率的不斷提高，儲能技術(shù)、經(jīng)濟性的持續(xù)改善，計及棄風(fēng)事件耦合關(guān)系的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃方法的經(jīng)濟效益會更加顯著，為實現(xiàn)高比例可再生能源電力系統(tǒng)規(guī)劃提供了有效的規(guī)劃方法。

本文所建立的源-儲-網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃模型中，目標(biāo)函數(shù)是源-網(wǎng)-荷的總投資成本最小，但現(xiàn)實中是源、網(wǎng)、荷可能屬于多個利益主體。因此，對于源-網(wǎng)-荷多利益主體合作模式下的利益分?jǐn)倖栴}，將在下一步工作中進行重點研究。

本文在撰寫過程中得到東北電力大學(xué)博士科研啟動資金(BSJXM-2021206)和國網(wǎng)吉林省電力有限公司科技項目(SGJLJY00GPJS 2100061)資助，特此感謝！

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