新能源接入下配電系統(tǒng)混合儲能選址定容優(yōu)化策略研究

摘要：為實現(xiàn)含分布式電源配電系統(tǒng)混合儲能的選址定容，構(gòu)建一種考慮混合儲能特點的雙層優(yōu)化模型，從而提升配電網(wǎng)運行經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。首先，選取蓄電池和超級電容器構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)接入配電系統(tǒng)，充分發(fā)揮混合儲能的高效充放電和高能量吞吐；其次，提出考慮混合儲能特點的混合儲能選址定容雙層優(yōu)化模型。上層優(yōu)化以混合儲能全壽命周期成本最小為目標，以配置容量和接入位置為優(yōu)化變量，其中運行維護成本需由下層計算；下層優(yōu)化以網(wǎng)損最小為目標，建立混合整數(shù)二階錐潮流優(yōu)化模型，并將規(guī)劃結(jié)果反饋上層。最后，以IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)為例，結(jié)果表明相較于單一儲能，所提的混合儲能形式及其優(yōu)化配置策略能在保證配電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的同時，提高配電網(wǎng)在可再生能源高比例接入下的運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：可再生能源；儲能系統(tǒng)；選址；全壽命周期成本；二階錐規(guī)劃；配電系統(tǒng)

中圖分類號：TM732文獻標志碼：A

0引言

以光伏和風電為代表的可再生能源高比例接入配電網(wǎng)，能緩解資源緊張、環(huán)境污染等問題，并具備安裝靈活、環(huán)境友好等優(yōu)點，但新能源出力的隨機性和間歇性將改變饋線上傳輸功率的分布，極易引起配電網(wǎng)末端電壓波動與電壓越限等供電質(zhì)量問題，同時帶來網(wǎng)損增加及靈活性失衡等威脅，進而限制分布式電源高比例接入電網(wǎng)的規(guī)模。因此，需在配電系統(tǒng)中配置儲能以緩沖可再生能源的波動性和隨機性造成的不良影響[1]。

儲能系統(tǒng)作為改善配電系統(tǒng)功率平衡的關(guān)鍵支撐技術(shù)，一方面通過儲能裝置雙向功率流通的特點實現(xiàn)饋線功率的平抑控制，進而降低網(wǎng)損并改善供電質(zhì)量；另一方面，利用儲能裝置“高發(fā)低儲”的工作特點，能緩解在配電網(wǎng)絡配置儲能時經(jīng)濟方面的緊張。因此，為了進一步提升分布式可再生能源在配電系統(tǒng)中的滲透率，保障配電系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性，亟待展開配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置方面的研究2]。

目前，已有較多學者對儲能配置的優(yōu)化問題展開研究。文獻[3]考慮網(wǎng)損改善費用、經(jīng)濟成本以及電壓偏移指標等多方面因素，建立配電網(wǎng)儲能配置優(yōu)化模型，隨后利用改進多目標灰狼算法進行求解，使所求配置方案最優(yōu)。文獻[4]提出基于儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的改進下垂控制策略，能靈活發(fā)揮不同荷電量及充放電速率下電池的工作效能，最大程度地保證調(diào)頻效果的前提下，快速有效地改善因新能源并網(wǎng)而引起的擾動問題。文獻[5]建立考慮全生命周期經(jīng)濟優(yōu)化的光伏發(fā)電系統(tǒng)儲能容量配置模型，提出包含各類裝置動作時機判斷和基于分時電價儲能運行方式選擇的儲能協(xié)調(diào)控制策略，并提出相應的優(yōu)化配置模型，最后利用粒子群算法對該模型求解。上述研究以配置儲能為應對高比例可再生能源接入所帶來不利影響的主要方案，盡管在儲能形式的選擇方面有較多考量，但單一儲能系統(tǒng)仍存在功率密度和能量密度不能兼顧、高溫性能和低溫性能不能兼容、工作倍率和循環(huán)壽命不能協(xié)同等關(guān)鍵問題，因此，各種單一儲能在技術(shù)經(jīng)濟上的差異性使其在較多領(lǐng)域應用上存在限制。

考慮各種單一儲能的技術(shù)經(jīng)濟限制，由能量型儲能技術(shù)與功率型儲能組成的混合儲能系統(tǒng)能均衡功率型儲能的高效充放電和能量型儲能的高能量吞吐，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)綜合性能的大幅提升I？-71。文獻[8]提出以全釩液流電池和超級電容構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)，通過對比系統(tǒng)多個參數(shù)的暫態(tài)穩(wěn)定性，驗證所提出的分層協(xié)調(diào)控制策略下系統(tǒng)暫態(tài)響應特性更優(yōu)，更有利于維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。文獻[9]提出一種基于一致性理論的混合儲能控制策略，利用超級電容器端電壓和母線電壓控制環(huán)的設(shè)置，實現(xiàn)超級電容器和蓄電池組內(nèi)和組間功率分配。文獻[10]面向風光互補的微網(wǎng)系統(tǒng)，計及二次移動平均濾波提出一種鋰電池、壓縮空氣儲能及超級電容器3類儲能的功率分配方法，并建立考慮連續(xù)性運行的混合儲能容量配置模型，相較于單一儲能，本文中的混合儲能配置方法明顯提高系統(tǒng)運行可靠性。上述研究均為混合儲能容量配置優(yōu)化問題提供了具體的解決方案，但少有考慮接入位置對容量配置的影響，而儲能的安裝位置直接影響儲能接入后系統(tǒng)的潮流分布，進而對其容量配置方案存在修正作用。因此，混合儲能系統(tǒng)容量規(guī)劃時考慮其安裝位置對容量的影響應得到廣泛關(guān)注。

針對現(xiàn)有研究的不足，提出一種考慮全壽命周期成本和網(wǎng)絡損耗的配電系統(tǒng)混合儲能選址定容模型，充分發(fā)揮混合儲能提升配電系統(tǒng)電能質(zhì)量和降低損耗等作用。首先，結(jié)合對各類單一儲能的特性分析，選取蓄電池和超級電容器分別作為能量型儲能和功率型儲能構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，利用其高效充放電和高能量吞吐實現(xiàn)配電系統(tǒng)功率的快速平抑；其次，提出考慮混合儲能特點的配電系統(tǒng)混合儲能選址定容雙層優(yōu)化模型，其中上層優(yōu)化以混合儲能全壽命周期成本為目標，并以混合儲能配置容量和安裝節(jié)點為變量進行優(yōu)化；下層優(yōu)化基于上層決策，建立混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，求解混合儲能運行成本反饋上層，通過雙層優(yōu)化迭代運算輸出混合儲能選址定容問題的最優(yōu)解。最后，以IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)搭建算例，通過與單一儲能方案對比驗證所提混合儲能及其選址定容策略的可行性與經(jīng)濟性。

1配電系統(tǒng)中的混合儲能模型

配電網(wǎng)系統(tǒng)包含分布式電源、儲能裝置、可控負荷等組成部分，接近用戶、電動汽車等電網(wǎng)末端電能傳輸終點。不同于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，分布式電源高比例接入使配電網(wǎng)功率和電流雙向流動，帶來系統(tǒng)不確定性和非線性等復雜性特征，為分布式電源與儲能規(guī)劃問題帶來困難[11。圖1為含分布式電源和混合儲能的配電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)。

1.1儲能系統(tǒng)形式選擇

儲能系統(tǒng)通過裝置或物理介質(zhì)將能量以勢能、化學能、電磁能等形式實時存儲，并在能源供需平衡出現(xiàn)缺口時釋放，以克服能量供需在時間或空間上的差異性，維持系統(tǒng)整體功率平衡。

目前常見儲能形式可分為能量型儲能和功率型儲能[2-13]。蓄電池作為一種常見能量型儲能，具備能量密度大、配置成本低廉等優(yōu)勢，應用于直流系統(tǒng)、分布式發(fā)電等多個領(lǐng)域，但其功率密度較低；而超級電容器作為一種功率型儲能具備較高的功率密度，能實現(xiàn)與蓄電池的互補。相較于單一儲能，由蓄電池和超級電容器構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)能降低蓄電池的壽命損耗，充分發(fā)揮超級電容器的快速功率調(diào)節(jié)優(yōu)勢，兼顧響應速度和大容量電力存儲。文中選擇蓄電池和超級電容器構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，二者功率出力模型均可通過實時充放電功率和剩余電量的變化規(guī)律進行刻畫。

1.2混合儲能功率模型

1.2.1儲能充放電規(guī)律

某一時刻下儲能裝置的充放電模型在充電和放電過程下的表達式不同，可利用前一時刻的剩余電量和輸出功率表示為：

式中：E（t）——t時刻存儲電量，kWh;ηc——充電效率；P（t）——t時刻輸出功率，kW，當P（t）lt;0時儲能裝置處于充電過程，當P（t）gt;0時儲能裝置處于放電過程，當P（t）=0時儲能既不充電也不放日??；△t——采樣間隔，min，通常為15 min;ηp——放電效率。

儲能裝置的荷電狀態(tài)是指某一時刻儲能裝置存儲電量占額定容量的比例。

式中：esoc——t時刻荷電狀態(tài)；EHss——混合儲能系統(tǒng)中各種儲能裝置的額定容量，kWh，下標HESS可更換為蓄電池和超級電容器。

1.2.2儲能運行約束

一般情況下，同一周期內(nèi)儲能裝置在周期始末時刻的容量應相等，以便投入下一運行周期使用。始末時刻荷電狀態(tài)等式約束為：

為避免儲能裝置因過充和過放給裝置壽命帶來不可逆轉(zhuǎn)的傷害，需對其運行參數(shù)設(shè)定約束范圍，本文考慮充放電功率約束和荷電狀態(tài)約束為：

式中：Pm、P.——最大、最小充放電功率，kW;esocma、esocm——最大、最小荷電狀態(tài)。

1.3基于全壽命周期理論的儲能經(jīng)濟成本模型

根據(jù)全壽命周期成本理論[14]，從儲能初建階段、運維階段、更換階段和回收階段4個階段分析裝置的投資成本，分別為初始安裝成本C、運行維護成本Co、更換成本C和回收成本C。結(jié)合等效電量計數(shù)電量法對蓄電池進行壽命評估，并根據(jù)每年的折現(xiàn)率，計算得到各類儲能在整個規(guī)劃期內(nèi)的總成本[15]為：

1.3.1儲能初始安裝成本

在工程投建初期，配置容量和功率的投資成本為儲能裝置的初始安裝成本，表示為：

式中：C.ys——配置容量的初始安裝成本系數(shù)，元/kWh;Cp，ys——配置功率的初始安裝成本系數(shù)，元/kW;PHss——額定功率，kW;σ——折現(xiàn)率，%;Y——儲能項目規(guī)劃年限，a。

1.3.2儲能更換成本

在項目周期內(nèi)，當累計運行時間儲能裝置的使用壽命時，則需對其進行更換，由此帶來儲能更換成本C可由式（8）求得。

式中：k——儲能裝置的更換次數(shù)，其值為Y/Yss且當YIYHss為非整數(shù)時，k進1取整（YHss為混合儲能裝置的壽命）;CE，ep——配置容量的更換成本系數(shù)，元/kWh;Cp，——配置功率的更換成本系數(shù)，元/kW。

運行成本C主要是指在儲能配置后的運行階段，由燃料費、電費、二氧化碳排放成本構(gòu)成的經(jīng)濟成本?？紤]實時電價下的運行成本，可用電價C（t）、年運行天數(shù)G和充放電時間△t表示：

1.3.4儲能回收成本

當儲能裝置達到其使用壽命時，應將裝置更換并考慮其安全回收處理，對應的回收費用為：

式中：CE，——配置容量的回收成本系數(shù)，元/kWh;Cp，——配置功率的回收成本系數(shù)，元/kW。

2混合儲能選址定容雙層優(yōu)化模型

本節(jié)針對含光伏和風電等分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)，提出考慮全壽命周期成本和網(wǎng)絡損耗的混合儲能選址定容雙層優(yōu)化模型。上層以混合儲能裝置全壽命周期成本最小為優(yōu)化目標，以儲能接入節(jié)點和配置容量為變量；下層為以網(wǎng)絡損耗最小為目標的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型[16-17]，雙層模型如圖2所示。雙層優(yōu)化模型的建立能實現(xiàn)規(guī)劃層與運行層的分層優(yōu)化，首先，利用自適應遺傳算法隨機生成種群即配置方案，并將該方案輸出至下層；其次，求解下層運行階段在網(wǎng)絡損耗最小時的運行維護成本，并將該成本反饋至上層目標函數(shù)中，繼續(xù)交叉、編譯生成新的種群；最后，通過種群的迭代實現(xiàn)最優(yōu)配置方案的求解。

2.1考慮全壽命周期成本的上層優(yōu)化模型

2.1.1目標函數(shù)

上層優(yōu)化模型以基于全壽命周期理論的混合儲能系統(tǒng)經(jīng)濟成本最小為目標，其中，運行維護成本需根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的實時功率，由下層優(yōu)化計算后返回至上層。上層目標函數(shù)為：

2.1.2約束條件

考慮儲能裝置實際安裝條件限制，對儲能配置的節(jié)點數(shù)及各節(jié)點配置的額定容量和額定功率做出以下約束：

式中：PHssm、PHs，mm——額定功率上下限，kW;EHssmEHss，——額定容量上下限，kWh;nHss——安裝數(shù)量；nm——安裝數(shù)量上限。

2.2考慮混合整數(shù)二階錐規(guī)劃的下層優(yōu)化模型

2.2.1目標函數(shù)

基于支路潮流模型，建立配電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型（optionalpowerflow，OPF）作為下層優(yōu)化模型[183，并以混合儲能裝置接入配電網(wǎng)后系統(tǒng)網(wǎng)絡損耗為下層優(yōu)化模型的目標函數(shù)：

式中：Clo——儲能接入后的網(wǎng)絡損耗，kW，取決于配電網(wǎng)絡的支路電阻r，和支路電流幅值的平方|1，2。運行成本和網(wǎng)絡損耗表示為：

式中：|l|——節(jié)點i和節(jié)點j之間的支路電流幅值。

下層優(yōu)化模型的決策變量為支路有功/無功功率{P，Q;};支路電流{I};節(jié)點電壓{V};節(jié)點注入有功/無功功率{p;，q}。

2.2.2約束條件

下層優(yōu)化約束條件包括支路潮流約束、儲能運行約束、節(jié)點電壓幅值約束和線路電流幅值約束等。

1）支路潮流約束

結(jié)合支路潮流模型，對配電網(wǎng)節(jié)點電壓、支路首端功率和節(jié)點功率平衡作出以下等式約束：

節(jié)點電壓等式約束：

支路首端功率約束：

節(jié)點功率平衡約束：

2）儲能運行約束

根據(jù)儲能出力模型，混合儲能裝置的有功功率和荷電狀態(tài)存在約束：

式中：PHss（t）——運行過程中儲能有功功率，kW。

3）節(jié)點電壓幅值約束

電力系統(tǒng)運行過程中，節(jié)點電壓受實際運行條件的限制，節(jié)點電壓幅值約束表示為：

式中：|v;|——第i個節(jié)點的節(jié)點電壓幅值；Vm、V.——節(jié)點電壓幅值上下限，V。

4）線路電流幅值約束

在配電網(wǎng)運行過程中線路電流幅值也存在上限約束：

式中：Imx——支路電流幅值上限，A。

2.2.3基于二階錐松弛的配電網(wǎng)潮流優(yōu)化模型

在上述潮流模型中，存在VI\"和r，I，P等非線性項導致最優(yōu)潮流模型為非凸模型，而目前大多數(shù)求解器無法直接求解。為了便于快速求解，文章選用二階錐松弛對上述模型凸松弛處理，將非凸模型轉(zhuǎn)換為凸模型。二階錐松弛處理支路潮流需進行相角松弛和二階錐凸松弛[19]，松弛過程如圖3所示。

1）支路潮流的相角松弛

相角松弛是指去除潮流計算中參數(shù)的相角，保留其幅值，以達到改善決策變量可行域為非凸集的目的。在上述最優(yōu)潮流模型中，令l=I，2，v，=|v，2，更改決策變量為支路有功/無功功率{P，Q}、支路電流幅值的平方{l}、節(jié)點電壓幅值的平方{v：}以及節(jié)點注入有功/無功功率{pi，q;}。此外，相角松弛后的支路潮流約束也相應改變。

節(jié)點電壓等式約束：

將S，=VI，代入原節(jié)點電壓等式約束v：-V，=z，I中，可得：

將式（21）代入節(jié)點電壓的相角松弛，并做出推導：

即相角松弛后的節(jié)點電壓等式約束為：

支路首端功率約束：

對于首端功率約束S，=V？I，兩側(cè)各呈共軛，即可去除相角，保留幅值：

即相角松弛后的支路首端功率約束為：

節(jié)點功率平衡約束：

將l，=|I，2，v，=IV，P代入原節(jié)點功率平衡約束，即可得到相角松弛后的節(jié)點功率平衡約束為：

2）支路潮流的凸松弛

相角松弛后的支路潮流模型中的支路首端功率約束仍是二次等式，因此需利用二階錐松弛進一步放大可行域。可將等式約束改為不等式約束，進而改寫為旋轉(zhuǎn)二階錐規(guī)劃形式。

最終將支路首端功率約束表示為：

綜上，相角松弛和二階錐凸松弛后的配電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型可表示為：

式（30）中的約束條件依次包括歐姆定律等式約束、節(jié)點有功功率約束、無功功率平衡約束、二階錐松弛后的支路首端功率等式約束、節(jié)點電壓幅值的平方和線路電流幅值的平方不等式約束以及混合儲能充放電功率和荷電狀態(tài)不等式約束。上述優(yōu)化模型的自變量包括支路有功無功功率{P，，Q}、支路電流幅值的平方{l}、節(jié)點電壓幅值的平方{v}以及節(jié)點注入有功/無功功率{p;，q}。

2.3模型求解

本文利用自適應遺傳算法求解上層優(yōu)化模型，調(diào)用Cplex求解器對下層混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型進行求解[201。雙層規(guī)劃程序流程如圖4所示。

相較于傳統(tǒng)遺傳算法，自適應遺傳算法根據(jù)種群的適應度對交叉概率和變異概率進行動態(tài)賦值，能避免概率過大或過小而導致種群多樣性不穩(wěn)定，進而導致優(yōu)異個體缺失等現(xiàn)象，具備穩(wěn)定性強、收斂速度快等優(yōu)點。利用自適應遺傳算法求解上層優(yōu)化模型的步驟如下：

1）編碼。應用十進制編碼方式表征自變量。

2）隨機產(chǎn)生初始種群。隨機生成個體數(shù)為D的初始種群，并設(shè)置最大繁殖代數(shù)G，自適應參數(shù)k？、k？、k？、k？，自變量上下限等參數(shù)。

3）計算個體適應度。計算全生命周期成本作為個體適應度值。

4）選擇。并行比較新一代種群和舊一代種群的適應度函數(shù)值大小，選擇較優(yōu)的種群到下一代。

5）交叉。利用自適應交叉概率P。進行個體間的交叉運算，使得優(yōu)異個體盡可能保存，而其他個體也有被重復利用的可能。

式中：fmax——適應度最大值；f——適應度均值。

6）變異。在交叉過程中，利用自適應變異概率P.對個體基因進行隨機突變，以模擬生物學基因突變而進行較大范圍地搜索。

7）判斷是否達到最大繁衍代數(shù)。若滿足判斷條件，則循環(huán)終止，執(zhí)行步驟8）;否則將返回步驟3）。

8）輸出最佳個體。

3算例分析

3.1算例說明

為了驗證所提出混合儲能雙層配置模型的可行性，本文采用IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)，并設(shè)置以蓄電池為儲能形式的單一儲能接入為算例1，以蓄電池和超級電容器為儲能形式的混合儲能接入為算例2，分別計算兩種儲能算例下的選址定容問題。配電系統(tǒng)和混合儲能裝置等相關(guān)參數(shù)設(shè)置情況如下。

3.1.1配電系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)基準電壓為12.66 kV，基準容量為1 MVA，節(jié)點電壓幅值上下限分別設(shè)置為1.05和0.95 pu。該系統(tǒng)分別在節(jié)點1接入額定功率100kW的分布式光伏裝置，在節(jié)點17和節(jié)點32分別接入額定功率為250kW的分布式風力機裝置，混合儲能裝置的待接入點為1～32，考慮配電系統(tǒng)的功率供需平衡和優(yōu)化裕度，設(shè)置單個節(jié)點的可配置功率和容量分別為4 MW和4 MWh。基于圖1所示的含分布式電源和儲能系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)和上述可再生電源并網(wǎng)節(jié)點設(shè)置，待配置混合儲能的IEEE 33節(jié)點標準配電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

配電網(wǎng)中負荷、分布式光伏和分布式風力機在典型日下的有功功率曲線如圖6所示，柱形圖中縱坐標均為歸一化之后的數(shù)據(jù)。

根據(jù)儲能系統(tǒng)選址定容雙層優(yōu)化模型，儲能系統(tǒng)全壽命周期成本中的運行維護成本部分無法通過上層規(guī)劃階段直接表示，而是需經(jīng)過下層最優(yōu)潮流計算，由儲能充放電功率和實時電價的乘積刻畫。某市分時段電價數(shù)據(jù)如表1所示，其中，谷時段為00：00—08：00，平時段為08：00—14：00、17：00——19：00和 22：00——24：00，峰時段為14：00——17：00和19：00—22：00。

3.1.2混合儲能裝置參數(shù)設(shè)置

本文設(shè)定蓄電池和超級電容器相關(guān)參數(shù)如表2所示。此外，設(shè)置儲能裝置全壽命成本模型中折現(xiàn)率為5%，項目周期為20 a，不同儲能類型在項目周期內(nèi)的更換次數(shù)由該類儲能壽命和項目周期確定。

3.2配置結(jié)果與對比分析

針對典型日下含分布式電源的配電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，基于以上參數(shù)設(shè)置，采用Matlab軟件對所提混合儲能裝置選址定容雙層優(yōu)化模型進行編程，上層優(yōu)化利用自適應遺傳算法，下層優(yōu)化利用YALMIP安裝包和Cplex求解器，通過上下雙層的迭代實現(xiàn)對目標函數(shù)的求解。

將自適應遺傳算法中的最大繁殖代數(shù)G設(shè)定為50，種群數(shù)D設(shè)定為10，染色體長度l設(shè)定為10，交叉系數(shù)k？和k？分別為1.0和0.5，變異系數(shù)k？和k？分別為1.0和0.5，儲能最大安裝數(shù)量為2。

利用所提雙層優(yōu)化模型求解算法，得出單一儲能和混合儲能的配置結(jié)果，如表3、圖7所示。

在項目規(guī)劃期內(nèi)，單一儲能的投資成本為415.50萬元，混合儲能裝置的投資成本即全生命周期成本為300.11萬元，較單一儲能形式低27.77%;單一儲能形式配置方案下配電網(wǎng)運行的網(wǎng)絡損耗為2.49 MW，混合儲能配置方案下的網(wǎng)絡損耗為2.44 MW，較前者低0.05 MW。通過上述混合儲能和單一儲能配置結(jié)果的對比，證明了相較于單一儲能，混合儲能接入配電系統(tǒng)后，在保證節(jié)點電壓穩(wěn)定的同時，具備降低網(wǎng)絡損耗并節(jié)省投資成本的優(yōu)勢。

基于上文所求混合儲能配置方案，進一步計算典型日內(nèi)混合儲能裝置和配電網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況，包括各安裝節(jié)點下儲能裝置的荷電狀態(tài)和有功功率運行曲線，以及配電網(wǎng)典型節(jié)點的電壓波動曲線，如圖8和圖9所示。

圖8和圖9表明，在所求混合儲能選址定容方案下，各儲能均能在荷電狀態(tài)和有功功率上下限內(nèi)合理運行，并將節(jié)點電壓調(diào)節(jié)在波動許可范圍之內(nèi)，避免了因大規(guī)劃可再生能源接入而造成的節(jié)點電壓越限等問題，提高了配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因此本文所提選址定容優(yōu)化模型的可行性得到驗證。

上述雙層優(yōu)化模型中，上層自適應遺傳算法根據(jù)優(yōu)勝劣汰的原則對配置方案進行修正，加速尋優(yōu)進程。雙層優(yōu)化模型目標函數(shù)變化如圖10所示。

4結(jié)論

光伏、風電等可再生能源高比例接入系統(tǒng)后可能導致配電網(wǎng)饋線功率波動、電壓越限以及網(wǎng)損增加等諸多問題。針對上述問題，本文提出含分布式電源配電網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)選址定容雙層優(yōu)化模型，主要工作和結(jié)論如下：

1）選擇蓄電池和超級電容器分別作為能量型儲能和功率型儲能構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，充分發(fā)揮混合儲能的高效充放電和高能量吞吐。

2）提出考慮混合儲能特點的配電系統(tǒng)混合儲能選址定容雙層優(yōu)化模型，并通過自適應遺傳算法結(jié)合混合整數(shù)二階錐規(guī)劃進行求解。

3）算例結(jié)果表明，相較于單一儲能，本文所提的混合儲能形式及其選址定容優(yōu)化模型具有較低的經(jīng)濟投資成本，且能降低配電網(wǎng)運行的網(wǎng)絡損耗。

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RESEARCH ON OPTIMIZATION STRATEGY OF HESS SITE ANDCAPACITY SELECTION IN DISTRIBUTION SYSTEM WITHRENEWABLE ENERGY ACCESS

Sun Donglei1，Zhao Long1，Sun Kaiqi2，Wang Yan1，Sun Yi1，Wang Yao1

（1.Economicamp;Technological Research Institute of State Grid Shandong Electrical Pover Company，Ji'nan 250021，China;

2.School of Electrical Engineering，ShandongUniversity，Ji'nan 250061，China）

Abstract：To select HESS site and capacity in distribution system with renewable energy access，a two-layer optimization modelconsidering the property of HESS is constructed，which thereby improving the operation economy and stability of the system.Firstly，this paper selects battery and super-capacitor to form HESS and connect it to the distribution system to give full play to the high-ffciency charging and discharging and high-energy throughput characteristics of HESS.Secondly，a two-layer optimization model forHESS site and capacity selection considering the property of HESS is proposed.The upper layer aims at the minimum LCC of the HESS，and take the configuration capacity and access location as the optimization variables，in which the operation cost needs to be calculatedby the lower layer;the lower optimization aims to minimize the network loss，establish a SOCP model，and fed backs the planningresults to the upper layer.Finally，case studies are caried out on the IEEE 33-bus distribution network，compared with ESS，theproposed HESS and its configuration strategy can ffectively improve the operational stability of the distribution network under the highproportion of renewable energy access，while ensuring the operation economy of the distribution network.

Keywords：renewableenergy;energystorage;siteselection;life cycle cost;SOCP;distributionsystem