新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能參數(shù)變量優(yōu)化配置研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.050

摘 要：針對新能源接入下微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的負(fù)荷功率大、儲能裝置分配不合理、運(yùn)行成本高的問題，研究新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置方法。設(shè)置新型微電網(wǎng)混合儲能容量守恒條件，選擇自適應(yīng)粒子群算法參數(shù)變量并優(yōu)化，建立微電網(wǎng)混合儲能容量系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，獲取儲能優(yōu)化約束條件，實現(xiàn)微電網(wǎng)混合儲能容量的優(yōu)化配置。實驗結(jié)果表明，所提出的方法可以降低優(yōu)化配置運(yùn)行成本，提高備用和微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置效果。

關(guān)鍵詞：新能源接入；微電網(wǎng)；混合儲能容量；容量優(yōu)化配置；自適應(yīng)粒子群算法

中圖分類號：TM711.1" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0189-04

Research on the optimal allocation of hybrid energy storage parameter variables in microgrid under new energy access

LI Xu，CAO Junlei，HU Xiaohu，DONG Chao，BAI Yongzhong

（State GridJibei Zhangjiakou Wind and Solar Energy Storage and Transportation new Energy Co.，Ltd.，Zhangjiakou 075000，Hebei China）

Abstract：Aiming at the problems of large load power，unreasonable distribution of energy storage devices and high operation cost of micro grid energy storage energy storage system under new energy access，the optimal allocation method of micro grid hybrid energy storage capacity under new energy access was studied.The conservation conditions of hybrid energy storage capacity of new microgrid were set，the parameter variables of adaptive particle swarm optimization algorithm were selected and optimized，the objective function of microgrid hybrid energy storage capacity system was established，and the energy storage optimization constraints were obtained，so as to realize the optimal configuration of hybrid energy storage capacity of microgrid.The experimental results showed that the proposed method reduced the operating cost of optimized configuration and improved the optimization configuration effect of backup and microgrid hybrid energy storage capacity.

Key words：new energy access;microgrid;mixed energy storage capacity;capacity optimization configuration;adaptive particle swarm optimization

微電網(wǎng)可以促進(jìn)新能源的充分利用，但是在接入新能源后，存在儲存電能質(zhì)量和可再生能源利用率低等問題^[1-2]?；旌蟽δ艿某霈F(xiàn)解決了新能源接入后微電網(wǎng)存在的各種問題，在提高能源利用率的同時，提升儲存電能的質(zhì)量和微電網(wǎng)整體效益^[3]。因此，需要合理配置微電網(wǎng)混合儲能容量。利用模態(tài)分解法分析微電網(wǎng)儲能容量的總功率，采用不同濾波系數(shù)優(yōu)化配置方案^[4]。利用平均濾波法采集微電網(wǎng)的原始輸出功率，并且根據(jù)傅里葉分解算法分解混合儲能功率，重新配置儲能容量^[5]。

分析了電網(wǎng)的波動性與不確定性，建立儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置模型，基于魯棒優(yōu)化理論將不確定模型轉(zhuǎn)換為確定性參數(shù)模型，結(jié)合網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法實現(xiàn)最優(yōu)配置^[6]。建立混合儲能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析風(fēng)電的波動和平滑策略^[7]。但是，因新能源接入后微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的負(fù)荷功率較大，導(dǎo)致備用儲能裝置分配不合理、運(yùn)行成本高。針對上述問題，提出新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置方法。

1"微電網(wǎng)混合儲能容量配置優(yōu)化

設(shè)置新能源接入后微電網(wǎng)混合儲能容量守恒條件，采用自適應(yīng)粒子群算法^[8-9]優(yōu)化變量信息，建立目標(biāo)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)定儲能容量的約束條件，完成優(yōu)化配置。

1.1"設(shè)置新型微電網(wǎng)混合儲能容量守恒條件

在新能源接入后微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，要保持新能源混合儲能的容量與微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行功率守恒^[10-12]?？紤]新能源接入后微電網(wǎng)混合儲能容量的守恒條件：

式中：u_it表示儲能系統(tǒng)i在t時刻的新能源機(jī)組數(shù)量，個；g_it為儲能系統(tǒng)i在t時刻可利用的新能源容量總數(shù)，MW；v_it表示新能源儲能系統(tǒng)i在t時刻的機(jī)組數(shù)量，個；P_L表示機(jī)組L的容量，MW；D_t為微電網(wǎng)系統(tǒng)在t時刻的新能源接入后混合儲能容量需求；N為微電網(wǎng)系統(tǒng)中儲能的總?cè)萘?，MW。

1.2"基于自適應(yīng)粒子群算法的微電網(wǎng)優(yōu)化配置過程

通過新能源接入后微電網(wǎng)混合儲能容量守恒條件，利用自適應(yīng)粒子群算法^[13-14]，在新能源接入下設(shè)計微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置算法。

1.2.1"參數(shù)變量的選擇

假設(shè)一個微電網(wǎng)混合儲能容量系統(tǒng)內(nèi)含有n個電子儲能，則E_i（0lt;i≤n）表示第i個新能源儲能系統(tǒng)的額定容量，MW；P_i（0lt;i≤n）表示第i個新能源儲能系統(tǒng)的額定儲能功率，kW。通過自適應(yīng)粒子群算法對變量信息進(jìn)行優(yōu)化，基于自適應(yīng)粒子群算法的優(yōu)化流程圖如圖1所示。

根據(jù)圖1所示自適應(yīng)粒子群算法流程，得到額定容量為E′_i（0lt;i，n），MW；儲能功率為P′_i（0lt;i，n），kW。

1.2.2"建立容量優(yōu)化配置目標(biāo)函數(shù)

由于構(gòu)件使用的差異性造成整體運(yùn)營成本計算不準(zhǔn)確，可以使用等年值購置算法，得到微電網(wǎng)混合儲能容量系統(tǒng)的年平均運(yùn)行成本：

式中：q為微電網(wǎng)混合儲能設(shè)備的實際使用年限；β為儲能設(shè)備的更換概率；r為等年值的年利率；k_s和k_b分別為儲能設(shè)備中蓄電池和超級電容在項目周期內(nèi)更換的次數(shù)。后期的運(yùn)營成本和維護(hù)成本的計算公式為：

根據(jù)以上過程，完成微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置算法的設(shè)計，對算法求解可實現(xiàn)混合儲能容量的優(yōu)化配置。

2"實驗分析

2.1"設(shè)置實驗參數(shù)

為了驗證新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置方法的效果，以MATLAB平臺和Cplex引擎為支撐，設(shè)置實驗參數(shù)如表1所示。

2.2"設(shè)置實驗指標(biāo)

在實驗測試過程中，設(shè)置負(fù)荷功率、優(yōu)化配置運(yùn)行成本和備用儲能容量3個指標(biāo)完成實驗。其中，負(fù)荷功率越小，說明優(yōu)化配置越合理；反之，則不合理。優(yōu)化配置運(yùn)行成本越低，說明微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置效果越好；備用儲能容量越大，微電網(wǎng)優(yōu)化配置性能越好。

2.3"結(jié)果分析

采用文獻(xiàn)^[4]方法、文獻(xiàn)^[5]方法和所提方法進(jìn)行對比，根據(jù)式（6）獲取3種方法的負(fù)荷功率測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，采用文獻(xiàn)^[4]、文獻(xiàn)^[5]方法的負(fù)荷功率分別為600～800 kW和500～600 kW;而采用所提方法的負(fù)荷功率在任何時刻均在600 kW以下，負(fù)荷功率較低，說明所提方法的微電網(wǎng)優(yōu)化配置效果好。根據(jù)式（3）獲取3種方法的優(yōu)化配置運(yùn)行成本測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，文獻(xiàn)^[4]方法的優(yōu)化配置運(yùn)行成本在2 ～3萬元；文獻(xiàn)^[5]方法得到的配置結(jié)果需要花費(fèi)的運(yùn)行成本較高，在4萬元以上。而所提方法得到的配置結(jié)果可以將運(yùn)行成本降到最低，控制在1萬元以內(nèi)，因此所提方法的配置效果更好。用總儲能容量去除用戶側(cè)消耗的儲能容量，獲取3種方法的備用儲能容量如圖4所示。

由圖4可知，文獻(xiàn)^[4]、文獻(xiàn)^[5]方法的備用儲能容量分別為2 700～2 800 MW和2 500～2 600 MW；而所提方法的備用儲能容量最大，超過了2 800 MW，每次實驗的備用儲能容量均超過對比方法，說明所提方法配置性能更好。

3"結(jié)語

為了提高備用儲能容量，提出新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置方法研究。通過分析微電網(wǎng)混合儲能容量守恒條件，優(yōu)化微電網(wǎng)混合儲能容量變量信息，建立目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定約束條件，完成優(yōu)化配置。所提方法在配置的合理性、效果以及性能方面都具有很大優(yōu)勢，保證了微電網(wǎng)混合儲能容量優(yōu)化配置的均衡性。

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收稿日期：2023-08-16；修回日期：2023-11-15

作者簡介：李"旭（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：電力設(shè)備檢修、試驗與電氣自動化;E-mail：lxxxxxx16@aliyun.com。

引文格式：李"旭，曹俊磊，胡曉虎，等.新能源接入下微電網(wǎng)混合儲能參數(shù)變量優(yōu)化配置研究[J].粘接，2024，51（2）：189-192.