電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略優(yōu)化

石祥宇，呂 欣

(國(guó)家電力投資集團(tuán)公司陜西分公司，西安 710000)

0 引言

隨著國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的快速推進(jìn)，為了加強(qiáng)清潔能源的高效利用，新能源發(fā)電裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)內(nèi)的占比已顯著提高。但由于新能源電站的輸出功率受天氣影響較大，具有明顯的波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，因此，新能源電站側(cè)的主動(dòng)支撐能力是電力系統(tǒng)現(xiàn)階段面臨的重要問(wèn)題。國(guó)家各部委、各省(市)相繼出臺(tái)了關(guān)于新能源電站配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)政策，要求新建的光伏電站需配套一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)平滑負(fù)荷、跟蹤電網(wǎng)輸出[1]，從而提升配電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性[2-3]。在增加儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置的同時(shí)，如何調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)度操作，使光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)(下文簡(jiǎn)稱為“光儲(chǔ)系統(tǒng)”)的總輸出功率能較好地滿足電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)調(diào)度指令需求，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)系統(tǒng)的主動(dòng)支撐作用是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[4]。

基于此，本文以采用儲(chǔ)能電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，在考慮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池容量衰退和光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量的前提下，建立AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略優(yōu)化模型，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度配置了不同類型儲(chǔ)能電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)[5]，研究在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略，對(duì)光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略模型進(jìn)行優(yōu)化[6]，在光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行中通過(guò)發(fā)揮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定性，并以某集中式光儲(chǔ)電站為例進(jìn)行實(shí)證驗(yàn)證。

1 AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略優(yōu)化模型

1.1 約束條件

建立AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略優(yōu)化模型，需要考慮的約束條件包括：電網(wǎng)AGC調(diào)度約束、功率平衡約束、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)約束、任意儲(chǔ)能電池組充放電狀態(tài)約束、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電狀態(tài)約束、儲(chǔ)能電池容量衰退。下文分別對(duì)不同約束條件進(jìn)行分析。

1.1.1 電網(wǎng)AGC調(diào)度約束

任意t時(shí)刻光儲(chǔ)系統(tǒng)向電網(wǎng)的輸出功率Pap,ac(t)與電網(wǎng)AGC調(diào)度指令Pag,ac(t)之間的偏差?Pac(t)可表示為：

式中：T為光儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。

任意t時(shí)刻光儲(chǔ)系統(tǒng)向電網(wǎng)的輸出功率與電網(wǎng)AGC調(diào)度指令之間的偏差應(yīng)在電網(wǎng)AGC調(diào)度指令的±2%范圍之內(nèi)，即：

1.1.2 功率平衡約束

光伏發(fā)電系統(tǒng)第o個(gè)光伏方陣在任意t時(shí)刻的輸出功率Ppv,o(t)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在t時(shí)刻的放電功率之和應(yīng)等于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在t時(shí)刻的充電功率、光伏發(fā)電系統(tǒng)在t時(shí)刻的有效輸出功率與t時(shí)刻的棄電功率Ppw,ac(t)之和，即：

式中：O為光伏發(fā)電系統(tǒng)中所有光伏方陣的數(shù)量；m為第m組儲(chǔ)能電池組；M為光儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)能電池組總數(shù)；Pmin(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的充電功率；Pmout(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的放電功率；ηac,m為第m組儲(chǔ)能電池組的放電效率；λac,m為第m組儲(chǔ)能電池組的充電效率。

1.1.3 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)約束

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，采用儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)(SOC)來(lái)反映儲(chǔ)能電池的剩余容量。第i個(gè)儲(chǔ)能電池子陣在t時(shí)刻后剩余的電量Bi,t可表示為：

式中：ηiin與ηiout分別為第i個(gè)儲(chǔ)能電池子陣的充電效率和放電效率；為第i個(gè)儲(chǔ)能電池子陣在t-1時(shí)刻后剩余的電量；為第i個(gè)儲(chǔ)能電池子陣在t時(shí)刻的充電功率；為第i個(gè)儲(chǔ)能電池子陣在t時(shí)刻的放電功率；?t為儲(chǔ)能電池組從投入使用到t時(shí)刻的時(shí)間段(即已投入使用時(shí)間)；I為光儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)能電池子陣總數(shù)。

第m組儲(chǔ)能電池組在任意t時(shí)刻的電量Bm(t)需滿足以下條件：

式中：Cs,min,m為第m組儲(chǔ)能電池組的最小荷電狀態(tài)；Cs,max,m為第m組儲(chǔ)能電池組的最大荷電狀態(tài)；Cb,m為第m組儲(chǔ)能電池組的額定容量；Sm為第m組儲(chǔ)能電池組的初始容量保持率；Qlos,m(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的累積容量衰退率。

任意1組儲(chǔ)能電池組在任意t時(shí)刻的充電功率和放電功率的上、下限值均應(yīng)滿足以下條件：

式中：Pmin,m(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的充、放電功率的下限值；Pnom,m(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的充、放電功率的上限值(即額定功率)。

1.1.4 任意儲(chǔ)能電池組的充放電狀態(tài)約束

在同一儲(chǔ)能電池組中的儲(chǔ)能電池，不允許在相同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)開(kāi)展充電與放電，即需要滿足以下條件：

式中：Zmin(t)、Zmout(t)分別為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的充電二元變量和放電二元變量。

1.1.5 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)約束

同一時(shí)段內(nèi)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不能同時(shí)開(kāi)展充電與放電，即需要滿足以下條件：

式中：、分別為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在t時(shí)刻的充電二元變量和放電二元變量。

1.1.6 儲(chǔ)能電池容量衰退

儲(chǔ)能電池的容量衰退特性主要受儲(chǔ)能電池的工作溫度、放電深度、荷電狀態(tài)、充電電流、放電電流、充電方式等因素的影響[7-8]。儲(chǔ)能電池的總?cè)萘克ネ擞裳h(huán)壽命衰退和日歷壽命衰退兩部分組成[9]。第m組儲(chǔ)能電池組在任意t時(shí)刻的總?cè)萘克ネ寺蔘tot,m(t)可通過(guò)式(15)～式(17)計(jì)算得到。

式中：Qcyc,m(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的循環(huán)壽命衰退率；Lcyc,m為第m組儲(chǔ)能電池組的循環(huán)壽命；Qcal,m(t)為第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的日歷壽命衰退率；Lcal,m為第m組儲(chǔ)能電池組的日歷壽命。

當(dāng)儲(chǔ)能電池的容量衰退至其額定容量的80%及以下時(shí)，需要退役更換新的儲(chǔ)能電池[10-11]。因此，相對(duì)于整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的累積容量衰退率可表示為：

1.2 目標(biāo)函數(shù)

模型建立的目標(biāo)分別為光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量最小、由于容量衰退造成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗費(fèi)用最低。

1.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量最小通過(guò)優(yōu)化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度，使光伏發(fā)電系統(tǒng)每一時(shí)刻的棄電功率P均達(dá)到最小，則有：

1.2.2 由于容量衰退造成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗費(fèi)用最低

對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度應(yīng)使儲(chǔ)能電池的容量衰退較小，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量最小的基礎(chǔ)上，以由于容量衰退造成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗費(fèi)用F最小為優(yōu)化目標(biāo)，則有：

式中：Fb,m(t)為由于容量衰退造成的第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)段內(nèi)的損耗費(fèi)用。

由于容量衰退造成的第m組儲(chǔ)能電池組在t時(shí)段內(nèi)的損耗費(fèi)用可表示為：

式中：Hm為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的購(gòu)置成本；Ctot,m為第m組儲(chǔ)能電池組的使用年限折損的容量。

考慮儲(chǔ)能電池在固定放電深度(DOD)下循環(huán)失效，第m組儲(chǔ)能電池組的使用年限折損的容量可表示為：

式中：Eg,m為第m組儲(chǔ)能電池組循環(huán)到終點(diǎn)時(shí)的總循環(huán)次數(shù)；Dg,m為第m組儲(chǔ)能電池組的放電深度。

2 案例分析

基于本文研究的AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的操作策略優(yōu)化模型，以某已建成并網(wǎng)的集中式光儲(chǔ)電站為例，研究在AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的容量配置方案、操作策略、使用壽命和光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量等情況，以獲得在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下由于容量衰退造成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗費(fèi)用最低和光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的光儲(chǔ)系統(tǒng)容量配置方案和操作策略方案。

該集中式光儲(chǔ)電站的光儲(chǔ)系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 光儲(chǔ)系統(tǒng)的接線圖Fig.1 Wiring diagram of PV-energy storage system

2.1 基礎(chǔ)信息

該集中式光儲(chǔ)電站共包括18個(gè)光伏方陣，編號(hào)為F1～F18。需要說(shuō)明的是：18個(gè)光伏方陣中，僅有16個(gè)光伏方陣配置了儲(chǔ)能電池，且每個(gè)光伏方陣對(duì)應(yīng)配置1個(gè)儲(chǔ)能電池子陣。本案例綜合考慮晴天、多云、雨天和雪天4種典型天氣條件，研究在AGC調(diào)度場(chǎng)景下該光儲(chǔ)系統(tǒng)的容量配置方案和操作策略方案。

2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率數(shù)據(jù)

采集晴天、多云、雪天這3種典型天氣條件下18個(gè)光伏方陣的發(fā)電數(shù)據(jù)，各光伏方陣的輸出功率曲線如圖2所示。

圖2 典型天氣條件下18個(gè)光伏方陣的輸出功率曲線Fig.2 Curves of output power of eighteen PV arrays under typical weather conditions

從圖2可以看出：晴天天氣條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率曲線相對(duì)較平滑；多云、雪天等天氣條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率曲線的變化波動(dòng)較大。

2.1.2 AGC調(diào)度指令

依據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)下達(dá)的歷史AGC調(diào)度指令，模擬4種典型天氣條件下電網(wǎng)AGC調(diào)度曲線，如圖3所示。

圖3 4種典型天氣條件下電網(wǎng)AGC調(diào)度的模擬曲線Fig.3 Simulation curves of AGC scheduling in power grid under four kinds of typical weather conditions

從圖3可以看出：晴天、多云、雨天、雪天等典型天氣條件下，電網(wǎng)AGC調(diào)度曲線均不相同，但與光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率曲線相比，整體較為平滑，波動(dòng)較小。

2.1.3 儲(chǔ)能電池系統(tǒng)參數(shù)

在計(jì)算中假設(shè)儲(chǔ)能電池的初始容量保持率為1；且設(shè)定該光儲(chǔ)系統(tǒng)在進(jìn)行容量配置時(shí)，各儲(chǔ)能電池子陣容量配置的上、下限分別為設(shè)計(jì)容量配置的200%和50%。

2.2 AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的容量配置優(yōu)化方案分析

在光儲(chǔ)系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池種類保持不變時(shí)，在模擬的電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)滿足由于容量衰退造成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗費(fèi)用最低和光伏棄電量最小時(shí)，得到的不同類型典型天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)的容量配置優(yōu)化方案如表1所示。表中：現(xiàn)有值是指儲(chǔ)能電池子陣的設(shè)計(jì)容量配置；優(yōu)化值是指儲(chǔ)能電池子陣針對(duì)不同類型典型天氣條件優(yōu)化后的最大容量配置，即能滿足各種典型天氣條件使用的容量配置優(yōu)化方案。

表1 模擬的電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置優(yōu)化方案Table 1 Optimization scheme for capacity configuration of battery energy storage system under simulated power grid AGC scheduling scenarios

由表1可知：在模擬的電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下，天氣類型對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置的影響較小。在不同類型典型天氣條件下，所得到的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置優(yōu)化值均小于原容量配置(即現(xiàn)有值)；在不改變?cè)泄鈨?chǔ)系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池種類的前提下，光儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化后的儲(chǔ)能電池容量配置約為原容量配置的73%。這說(shuō)明在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下，該光儲(chǔ)系統(tǒng)原本配置的儲(chǔ)能電池容量存在一定的冗余。

通過(guò)求解可得到在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，不同類型典型天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的輸出功率曲線和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用曲線，分別如圖4、圖5所示。圖中：虛線表示光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)輸出功率的上下限范圍。

圖4 在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，不同類型典型天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的輸出功率曲線Fig.4 Output power curves of PV-energy storage system joint operation under different kinds of typical weather conditions in power grid AGC scheduling scenarios

圖5 在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，不同類型典型天氣條件下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用曲線Fig.5 Application curve of battery energy storage system under different kinds of typical weather conditions in power grid AGC scheduling scenarios

由圖4、圖5可知：在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，在晴天、多云、雨天和雪天天氣條件下，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)選擇在光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率大于電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率值時(shí)允許光伏發(fā)電系統(tǒng)向其充電，以減少光伏發(fā)電系統(tǒng)的棄電量，并使光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的輸出功率在電網(wǎng)AGC調(diào)度指令波動(dòng)允許范圍內(nèi)；電池儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)選擇在光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率小于電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率值時(shí)放電，使光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率在電網(wǎng)AGC調(diào)度指令波動(dòng)允許范圍內(nèi)。

綜上所述，在調(diào)峰場(chǎng)景下，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)依據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率和電網(wǎng)AGC調(diào)度指令的變化來(lái)選擇充、放電可以減少光伏發(fā)電系統(tǒng)的棄電量，并滿足抑制光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)的要求。

2.3 光儲(chǔ)系統(tǒng)的響應(yīng)精度結(jié)果分析

結(jié)合電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置參數(shù)，導(dǎo)入建立的電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)操作策略優(yōu)化模型，以驗(yàn)證該模型的控制效果。分別選取晴天與多云兩種典型天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行情況，開(kāi)展光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率之間的重合度研究。晴天、多云天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行曲線和響應(yīng)精度曲線分別如圖6～圖9所示。需要說(shuō)明的是，數(shù)據(jù)采集頻次為秒級(jí)，數(shù)據(jù)按照變量保存，時(shí)間和數(shù)據(jù)一一匹配對(duì)應(yīng)，顯示時(shí)間為系統(tǒng)自動(dòng)匹配的時(shí)刻。后文同此。

圖6 晴天天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行曲線Fig.6 Curves of joint operation of PV-energy storage system under sunny weather condition

圖7 多云天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行曲線Fig.7 Curves of joint operation of PV-energy storage system under cloudy weather condition

圖8 晴天天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)響應(yīng)精度曲線Fig.8 Curve of response accuracy of PV-energy storage system under sunny weather condition

圖9 多云天氣條件下光儲(chǔ)系統(tǒng)響應(yīng)精度曲線Fig.9 Curve of response accuracy of PV-energy storage system under cloudy weather condition

從圖6～圖9可以看出：通過(guò)調(diào)節(jié)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，可以使光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功功率曲線實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率曲線來(lái)輸出，既可有效避免限電，又可滿足電網(wǎng)AGC調(diào)度需求。光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行可以有效減少功率波動(dòng)，與電網(wǎng)AGC調(diào)度曲線較為契合，但在多云天氣條件下，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率波動(dòng)較大，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻次遠(yuǎn)高于其在晴天天氣條件下的調(diào)節(jié)頻次。晴天天氣條件下，光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率曲線與電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率曲線的響應(yīng)精度較好，響應(yīng)精度可基本穩(wěn)定在100%；但由于在11:06前電池儲(chǔ)能系統(tǒng)未投運(yùn)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率為死值，未參與電網(wǎng)AGC調(diào)度，因此響應(yīng)精度差異較大；電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)AGC調(diào)度后，光儲(chǔ)系統(tǒng)的整體響應(yīng)精度有所改善，但在多云天氣條件下的響應(yīng)精度較差，主要是因?yàn)殡姵貎?chǔ)能系統(tǒng)采用多級(jí)控制，響應(yīng)時(shí)間需要3 s左右。

為進(jìn)一步驗(yàn)證光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行對(duì)降低電網(wǎng)AGC考核的支撐作用，按照國(guó)家能源局西北監(jiān)管局發(fā)布《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》及《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(下文簡(jiǎn)稱為“兩個(gè)細(xì)則”)中要求的“電網(wǎng)AGC死區(qū)為不超過(guò)場(chǎng)站裝機(jī)容量的3%視為合格”，則光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率調(diào)節(jié)死區(qū)限值為2.31 MW，即光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率在電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率值的±2310 kW內(nèi)即滿足要求。

在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，對(duì)典型晴天天氣條件下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不同投運(yùn)狀態(tài)時(shí)光儲(chǔ)系統(tǒng)的響應(yīng)精度曲線進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖10所示。

圖10 典型晴天天氣條件下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不同投運(yùn)狀態(tài)時(shí)光儲(chǔ)系統(tǒng)的響應(yīng)精度曲線對(duì)比Fig.10 Comparison of response accuracy curves of PV-energy storage system under different operating states of battery energy storage system under typical sunny weather condition

從圖10可以看出：在電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景中，典型晴天天氣條件下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)后光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的響應(yīng)精度基本穩(wěn)定在100%左右，整體曲線較為光滑，波動(dòng)較小。

為分析光儲(chǔ)系統(tǒng)響應(yīng)電網(wǎng)AGC調(diào)度指令的合格率，選擇該光儲(chǔ)系統(tǒng)在典型晴天天氣條件下09:00～18:00之間的運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為5 min，共92個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，計(jì)算電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率值與光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率值、光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率值之間的偏差，結(jié)果如圖11所示。

圖11 電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率值與光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率值、光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率值之間的偏差折線圖Fig.11 Line chart of deviation between power value of power grid AGC scheduling command and active power output value of PV power generation system and total active power output of PV-energy storage system

從圖11可以看出：根據(jù)“兩個(gè)細(xì)則”的考核要求，在92個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)中，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率值有32個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)滿足合格要求，合格率為34.78%；光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率值有60個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)滿足合格要求，合格率為65.22%；光儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的總有功功率值的合格率比光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率值的合格率高30.44%。綜上所述，說(shuō)明光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行可有效降低電網(wǎng)AGC考核。

3 結(jié)論

本文以光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的輸出功率曲線契合電網(wǎng)AGC調(diào)度曲線為目標(biāo)，結(jié)合儲(chǔ)能電池容量衰退特性、光伏發(fā)電系統(tǒng)棄電量等因素，建立了電網(wǎng)AGC調(diào)度場(chǎng)景下光儲(chǔ)系統(tǒng)操作策略優(yōu)化模型，并在某集中式光儲(chǔ)電站中進(jìn)行了實(shí)證驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：

1)不同類型典型天氣條件對(duì)儲(chǔ)能電池容量配置要求的差異較大，可能出現(xiàn)晴天天氣條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量高時(shí)儲(chǔ)能電池容量配置不足，而陰天天氣條件下儲(chǔ)能電池容量冗余較多的情況。通過(guò)建模可求解獲得儲(chǔ)能電池的最優(yōu)容量配置，從而提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的利用率與經(jīng)濟(jì)性。

2)儲(chǔ)能電池依據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率和電網(wǎng)AGC調(diào)度指令的變化而選擇充、放電狀態(tài)，從而可以減少光伏發(fā)電系統(tǒng)的棄電量，降低其輸出功率的波動(dòng)性。

3)建立的光儲(chǔ)系統(tǒng)操作策略優(yōu)化模型的適用性較好，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)AGC調(diào)度后，可以降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的棄電量，也可以有效實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功功率實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)AGC調(diào)度指令功率曲線輸出，從而有效降低電網(wǎng)AGC考核，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)系統(tǒng)的主動(dòng)支撐作用。

4)通過(guò)光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)證驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)多級(jí)控制的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，需要3 s左右，響應(yīng)精度較差。因此，為了更好的響應(yīng)電網(wǎng)AGC調(diào)度要求，應(yīng)選擇更匹配的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)控制或響應(yīng)時(shí)間。