關于提升風電就地消納的多介質儲能系統容量的優化配置

，，，

(東北電力大學 電氣工程學院，吉林 吉林 132012)

0 引 言

在風電廠的運行中，風電滲透率呈現不斷增加的趨勢。由于存在間歇性等特征導致其對電力系統的運行帶來了較大的挑戰，而就地消納則成為處理問題的重要手段[1]。因此，探究儲能容量的配置，對系統穩定運行產生巨大影響。

1 風電不平衡功率DFT分解計算

風電不平衡功率的分解中，需要通過DFT分解的方式，獲取頻域信息，之后確定低頻截止頻率f1以及高頻截止頻率fH，在不同的頻段內，對系統進行補償[2]。在不平衡功率的計算中，儲能系統需要對風電功率開展預測，假定存在輸出功率，t時刻輸出功率為Pim(t)，則不平衡功率如公式(1)所示。

Pim(t)=Pw(t)-Ps(t)

(1)

通過傅里葉變換，對不平衡功率進行分析，其頻率分布如公式(2)所示：

(2)

式中，N表示數據總數。對反傅里葉變換進行分析，如公式(3)所示。

(3)

在不平衡功率的分解方面，需要將其分為低頻、中頻和高頻階段，之后對不同的階段采用差異性的補償。低頻應用蓄電池補償，中頻應用超級電容器補償，高頻應用同步發電機補償[3]。

2 混合儲能容量分析

在系統分析中，需要確定傅里葉變換結果，以此來確定儲能容量，在計算過程中，首先通過補償功率域值來分析T時間段的累計能量[4]。如公式(4)所示。

(4)

式中,T表示不平衡功率的時間周期，之后對額定容量進行分析，如公式(5)所示。

(5)

通過分析發現，上限制SOCup的數值為1，下限值SOClow的數值為0.3，因此，發現混合儲能容量相對較高。對初始荷電狀態進行分析，如公式(6)所示。

(6)

通過上述公式，可以確定初始荷電狀態，且可以實現反饋控制。

3 計算截止頻率

截止頻率的計算中，為了保證不平衡功率的補償，需要確定最為合適的混合儲能容量配置，并且確定不平衡功率的截止高頻率以及低頻率。在高頻率fH的計算中，確定偏差最大值Δfmax，同時采用同步發電機實行補償，本次研究采用功率譜密度的方式來計算電網頻率偏差，首先應用DFT的方式處理不平衡功率，之后確定偏差功率譜密度PSD，模型如圖1所示。

圖1 頻率響應模型圖

在上述模型中，TSG為0.08s，參數R為0.05，常數Kr為0.3，時間常數TR為0.3s，阻尼系數D的數值為0.1，慣性常數H的數值為5s，對上述數據進行計算，如公式(7)所示。

(7)

經過對PSD的計算，可以在變換的情況下，確定時域值Δfgrid(t)。最后通過對比電網頻率偏差以及最大值的情況下，可以確定系統是否滿足要求，但是該方法模式下，不平衡功率頻帶將更為狹窄，且容量大小要求會逐漸降低。

在低頻截止頻率的計算中，運用梯度搜尋的方式來獲得最優解[5]，輸入不平衡功率，假設f1與fH相等，通過帶通濾波器來處理不平衡功率，如果更新后的低頻年耗降低，則證明最優解，且可以確定儲能容量。

4 以利潤最大為目標的機會約束規劃儲能運行策略模型構建及算法流程

4.1 模型的構建

這次研究建立機會約束模型，如公式(8)所示。

(8)

式中，X表示常規變量；α和β表示置信水平；p表示約束條件。ζ表示隨機變量，經過分析，可以獲得儲能方程。

之后建立機會約束規劃模型，電價是隨機變量，在模型中，建立如公式(9)模型。

(9)

式中，C表示預測電價；△C表示電價預測誤差；P表示功率；Δt表示時間間隔；η表示放電效率，文中在分析中，將遺傳算法以及蒙特卡羅模擬結合起來，輸入初始值，檢驗可行性。

4.2 算法流程

這次研究算法流程如下：(1)運用DFT分解獲取頻域信息；(2)利用功率源，確定最優補償，且確定時域以及選擇標準；(3)確定最優的容量值；(4)選擇蓄電池、同步發電機以及超級電容器來確定補償，最終確定儲能容量；(5)建立容量值合理性約束模型，選擇分段點；(6)建立機會約束模型，確定限值范圍。

5 算例分析

在系統測試中，選擇某風電場進行52周的測試，結果如下：

5.1 儲能容量分析

對某風帶南昌的分析中，發現fH=0.016 Hz，對其偏差持續時間進行分析，結果如圖2所示。

圖2 某風電場頻率偏差持續時間圖

通過分析發現，在應用混合儲能系統的情況下，不平衡功率在0.016以下，且偏差率達到0.23%，處于合理的范圍內。而在未應用系統的情況下，則超過合理范圍，確定了該系統的可行性。

5.2 置信水平對函數的影響

概述約束問題與條件中，與置信水平存在顯著的關聯性，在置信水平為1的情況下，需要制定嚴格的約束條件，置信水平如圖3所示。

圖3 不同置信水平下的目標值變化圖

從分析中可以看出，置信水平越高，目標函數值越小。

6 結束語

文中主要探究風電混合儲能容量配置方法以及策略，結合某風電場進行驗證。采用DFT處理不平衡功率，且確定多介質儲能容量。同時提出頻率確定方法，利用多介質儲能補償，實現最優處理。在確定儲能容量的基礎上，建立以利潤最大為目標的機會約束規劃儲能運行策略模型，最后通過實際算例，發現目標與目標值結果最為靠近，且置信水平越高，函數值越小。希望通過文中的分析，可以為風電場多介質儲能系統容量的配置提供可行性建議。