主動配電網分布式儲能優化配置方法研究

王亞楠

摘要：近年來，隨著我國的綜合實力的不斷增強，電力工程的發展也突飛猛進。配電系統作為未來電網的重要組成部分，正在不斷完善，并逐步發展成為主動配電網。配電系統中的分布式發電系統、本地存儲系統和響應負載嚴重影響了電網規劃和調度過程。

關鍵詞：主動配電網;分布式儲能;優化配置方法研究

引言

根據風光自然特點搭建DG數學模型，建立DG穩態運行的出力場景。從儲能規劃建設投資視角，以最大化新增儲能年均收益為目標函數，考慮配電網潮流、DG、儲能三方約束條件，建立儲能優化配置模型并用遺傳算法進行求解，遺傳算法內部使用前推回代法進行潮流計算。對含多分布式電源的40節點配電網系統進行測試計算，驗證了本文所設計方法的準確性，并分析了分布式電源額定功率變化及電壓等因素對儲能配置的影響，為系統規劃和建設提供了新的思路。

1主動配電網的概念及特征

1.1主動配電網的概念

在“主動配電網的運行與發展”這個研究報告中指出，主動配電網就是通過使用靈活的網絡技術拓撲來進行管理潮流，以達到對局部范圍內分布式能源進行主動控制和管理的實際配電系統。在分布式能源的界定上，主要有分布式發電、電儲能和可控負荷等。但在實際的發展過程中，由于缺乏核心運算工具，除了少數國家以外，大部分國家都沒有把ADS規劃進配電網和作為運行的必要內容，而且在主動管理和控制方面，現在仍然處于最初級的實用階段。

1.2主動配電網的特征

在分布式新型能源進行大規模的接入配電網后，主要是以新能源、主動配電網、用電負荷這三個方面為主的結構特征的新配電技術。同傳統配電的不同之處在于，新技術能夠自主地對分布式方面的性能上進行預測與分析，并對可控的一些分布式資源實行管理與控制，以減少或清除能源的不確定性給電網帶來的問題。在實際使用方面具有三個特征：一是分布式資源的可控性;二是在可控能力上較為突出和完善;三是能夠通過控制中心進行協調化管理;四是在網絡拓撲的結構方面可進行靈活調節。主動配電網具有可控性和可觀性，以充分體現這方面的主動性。在可觀性方面的主要體現是可以做到監測主網以及配電網與用戶方面的負荷同分布式電源的主要運行狀態，在這種情況下來預測其發展狀態，并合理提出相應的優化控制方法;在可控性方面的主要體現是在分布式電源、負荷以及儲能等的控制靈活性方面，當制定出優化協調方面的策略后，就可以利用控制中心來進行執行。在主動性方面的主要體現是在預判能力上能夠及時判斷不安全問題，并根據實際制定出相對應的策略，然后利用控制中心來進行執行，而不像在傳統式的配電網情況下，只能在隱患問題演變成故障后才采取解決措施。

2主動配電網分布式儲能優化配置

2.1本地控制器設計

在不影響終端用戶設備壽命的前提下，本地控制器既可以處理GECN信號，又可以改變可控資源的狀態。因此，設計本地控制器的前提是在初始狀態下能夠識別信號的數據類型和滿足約束條件。例如，TCLs是一個受溫度影響的數字控制器，在“1”的狀態下且達到固定功率因數時，吸收有功功率，同時，GECN會切換“1”、“0”狀態控制有功功率的注入。在操作時應注意溫度不宜過高，否則將影響TCLs控制器的壽命。由于SCs和ESSs控制器都是工作在線性放大區的模擬控制器，因此它們的工作方式與TCLs控制器完全不同，它們可以在由與電網連接的AC/DC轉換器線性工作區的范圍內提供有功和無功功率。因此，本地控制器接收的Pg和Qg，滿足直流電源以及充電/放電基準電流源的要求。為了實現這一點，首先進行信號轉換，使信號滿足轉換器交流側有功功率和無功功率設定點的要求，同時滿足轉換器PQ曲線上的約束條件。然后，在考慮內部直流電壓限制的情況下，從假設的操作點開始計算實際的交流設定點，以避免電力電子裝置可能出現的繼電器跳閘情況。

2.2潮流計算

分布式電源接入配電網，給配電網的功率損耗、電壓分布和潮流計算帶來了巨大的影響。當分布式電源接入配電網后，潮流的流向也會發生變化，不僅僅是從變電站母線流向負荷的單一方向，也可能會出現回流現象，其電壓變化更加復雜，因此有必要對網絡中的潮流分布進行進一步分析。這里將風力發電機和光伏電池等效為PV節點處理;蓄電池等效為PV節點;負荷等效為PQ節點。采用改進的前推回代潮流計算方法，通過無功修正，有分布式電源接入的PV節點轉化為PQ節點進行計算。其計算方法如下：1）形成PV型分布式電源節點的節點電抗矩陣，并給定無功初始值，將其轉化為PQ型節點進行計算。2）從線路末端開始前推計算系統各個支路的損耗和傳輸功率，直至前推到始端電源節點。3）從始端電源節點開始，通過已知首段電壓和前推得到的功率，回代計算支路電壓降和支路末端電壓，直至回代到網絡線路最末端。4）判斷收斂情況。對于PQ型節點，連續兩次迭代的電壓幅值之差小于或等于給定收斂精度即達到收斂。對于PV型節點，本次迭代電壓幅值與該PV節點原給定電壓幅值之差小于或等于預設精度即為收斂。若收斂，繼續下一步;否則，則轉至步驟2）。

2.3可靠性評估步驟

1）給定初始網絡結構、分布式電源安裝位置及裝機容量、負荷需求量以及線路與分布式電源的故障率、修復率。2）逐個按時刻進行蒙特卡洛仿真，得到每個時刻的網絡結構。3）對每個時刻的網絡進行分析，判斷網絡斷裂成的網絡個數，并根據網絡類型對網絡進行潮流分析。若潮流不平衡，則需根據潮流不平衡調整策略進行調整。4）根據潮流計算的結果統計計算可靠性指標。5）基于TOPSIS法和本征向量法計算可靠性綜合評估值，再根據綜合評估值來評價系統的可靠性高低。

2.4儲能在配電網及用戶側的作用

目前儲能系統用于配電網側或用戶端的主要應用方式是分布式電源和儲能的聯合運行，或是更高級應用的微網形式。通過分布式電源、儲能和用戶的協調控制來實現三者的優化運行，能夠提高用戶用電電能質量，保障大電網短時故障下的可靠供電。分布式儲能具有很強的靈活性，能夠在應對各類突發事件時作為應急電源，實現按需調配，并且滿足危急時刻局部重要地區的用電需求。儲能是分布式發電及微網的關鍵支撐技術，在包含可再生能源技術的分布式發電及微網中發揮著重要作用，其作用主要體現在穩定系統輸出、備用電源、提高調度靈活性等三個方面。

2.5儲能在發電側的作用

對于傳統火電機組，儲能應用于發電側，可以提高機組效率、輔助動態運行、取代或延緩新建機組。一方面，根據日前發電曲線和調度中心的實時指令來對儲能系統進行充放電，可以調節發電機組的總輸出，使發電機組可以在接近額定功率的條件下運行，增強了發電廠整體的調峰能力;另一方面，發電機組在用電低谷時段對儲能系統進行充電，可以在用電高峰時段滿足高效、快速地向負荷放電的同時還可保證電網的穩定運行。

結語

應用改進的前退回代潮流計算方法計算網絡潮流，并對潮流不平衡進行調整，最終計算系統的綜合可靠性指標。隨著主動配電網技術的逐步發展，配電網結構將更加復雜，用戶側作為獨立的利益主體將更多地參與到配網中來，考慮源—網—荷三方互動的主動配電網可靠性評估是未來重要的研究方向。

參考文獻

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