基于離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法研究

李 明，劉國營，張國鋒，張海玉，李小沛

（1.國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.國網(wǎng)新疆電力有限公司吐魯番供電公司，新疆 吐魯番 838000）

儲能結(jié)構(gòu)是微電網(wǎng)中不可或缺的一部分，在微電網(wǎng)中承擔(dān)電流溝通、平滑電荷、備用負荷的作用，能夠減緩微電網(wǎng)在電力傳輸中的壓力[1]。隨著微電網(wǎng)構(gòu)建規(guī)模的不斷擴大，對于微電網(wǎng)的儲能調(diào)控需求不斷增強，為此，需不斷調(diào)整直流微電網(wǎng)的電流流通方式，實現(xiàn)對其的調(diào)控操作[2]。

在文獻[3]中，利用離散傅里葉變換對可再生能源的輸出功率進行頻譜分析，以優(yōu)化能量儲存分配，平滑其功率波動。對于獨立微電網(wǎng)，考慮到儲能設(shè)備的循環(huán)壽命，文獻[4]通過分析微電網(wǎng)的負荷譜來優(yōu)化混合儲能配置。為提高有功配電網(wǎng)絡(luò)的靈活性。文獻[5]建立了一個同時考慮了電力需求邊際和彈性需求邊際機會約束的能量儲存能力優(yōu)化模型。

文中引入離散傅里葉變換方法分析微網(wǎng)產(chǎn)生的負荷功率，進而確定聯(lián)絡(luò)線功率，分析電池和超級電容功率，在判斷不同功率的分配方式后，給出了最佳的調(diào)控方案。

1 直流微電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)獲取

離散傅里葉能夠?qū)r域信號轉(zhuǎn)換到頻域信號中，同時根據(jù)自身的數(shù)據(jù)調(diào)控性能調(diào)整不同的信息，加強內(nèi)部轉(zhuǎn)化能力，在獲取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)分離，并構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通道，完成對數(shù)據(jù)的調(diào)整操作[6-8]。為此，文中利用離散傅里葉技術(shù)將直流微電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)收集至中心區(qū)域中，并配合數(shù)據(jù)檢測操作，結(jié)合處理后的電網(wǎng)運行異常值數(shù)據(jù)實施檢測操作。采用離散傅里葉內(nèi)部的轉(zhuǎn)化功能提取主導(dǎo)信息的數(shù)據(jù)，集中加大對中心數(shù)據(jù)的管理力度，將離散傅里葉變換性能完美融合到檢測手段中。構(gòu)建電網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并設(shè)置一個完整子集，為主體空間提供一定的能源供應(yīng)，將整合的數(shù)據(jù)收錄至中性空間中，時刻準(zhǔn)備進行數(shù)據(jù)數(shù)值檢測[9-12]。建立的電網(wǎng)數(shù)據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)

控制變換算法的運算數(shù)據(jù)量，避免因操作進度過激造成的數(shù)據(jù)丟失狀況。構(gòu)建變換算法公式如下：

式（1）中，P表示變換算法參數(shù)，u表示內(nèi)部數(shù)值檢測參數(shù)，v表示電網(wǎng)數(shù)據(jù)能源參數(shù)[13]。

研究分布式存儲模式，不斷整理存儲空間，增加信息檢測內(nèi)容，促使檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性更高，不斷追蹤檢測結(jié)果數(shù)據(jù)。采用主從結(jié)構(gòu)管理研究數(shù)據(jù)并進行節(jié)點數(shù)據(jù)訪問操作，將訪問的信息定時報告給區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)中，時刻查找此時的數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)，并利用不同階段的數(shù)據(jù)信息構(gòu)建中心數(shù)據(jù)處理空間系統(tǒng)。在構(gòu)建的處理空間中開拓新興的數(shù)據(jù)獲取通道，并固定通道的流通方向，將所有的數(shù)據(jù)收集至該通道中。同時存儲通道數(shù)據(jù)，將屬于同一種類的數(shù)據(jù)集中分配至相同的集合中等待數(shù)據(jù)處理操作[14]。

管理此刻的直流微電網(wǎng)數(shù)據(jù)內(nèi)容，并將該數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲在數(shù)據(jù)獲取中心中，實現(xiàn)對于直流微電網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取操作[15]。

2 基于離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)處理

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取后，利用離散傅里葉變換法實現(xiàn)電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)處理。利用傅里葉變換，可以將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號，通過分離、濾波和截取實現(xiàn)對信號的分解[16]。對日常微網(wǎng)負荷選取的樣本數(shù)據(jù)進行采樣分析，采樣頻率為f，采樣點數(shù)為t。采用離散傅里葉變換進行凈負荷功率微型智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理過程中，采樣結(jié)果與振幅、頻率計算公式如下：

根據(jù)離散傅里葉變換公式的對稱性，分析幅頻特性，根據(jù)式（2）可知，分解頻率取值為fs/T、2fs/T、3fs/T。為了能夠使取值更加方便，設(shè)定分界點為a，根據(jù)分界點數(shù)值處理離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)。

采用聯(lián)絡(luò)線功率對直流分量和低頻負荷波動進行補償，其余由電池和超級電容補償。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)補償頻率范圍的劃分，將幅值補償頻帶外設(shè)為零，相應(yīng)的幅值補償頻帶保持不變，并在時域上進行傅里葉反變換，得到超級電容的補償功率分配公式，如下：

其中，P0表示直流微電網(wǎng)分配處理得到的補償功率，S0表示補償功率的補償范圍。

3 直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控

根據(jù)得到的補償功率數(shù)值進行直流微電網(wǎng)儲能數(shù)據(jù)調(diào)控，分別設(shè)立分界點n1、n2。調(diào)控過程如圖2所示。

圖2 直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控

由圖2 可知，分界點nl、n2 對于聯(lián)絡(luò)線的功率以及直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控的功率分配有著決定性的作用，這也代表著分界點直接影響著聯(lián)絡(luò)線的利用率。因此文中采用窮舉法確定分界點，使分界點的選擇得以優(yōu)化。

分界點n1 負責(zé)判定聯(lián)絡(luò)線電源的分布方式，在確定分界點n1 后也可以很好地分析混合儲能系統(tǒng)的分布方式，如果分界點n1 選擇出現(xiàn)某種錯誤，就會產(chǎn)生某種功率波動。對并網(wǎng)微網(wǎng)而言，功率波動過大將影響到微網(wǎng)的并網(wǎng)效果，因此分界點n1 值的選擇應(yīng)滿足聯(lián)絡(luò)線功率波動的要求。對于n1 值滿足的能量波動需求結(jié)線，采用窮舉法比較每條結(jié)線在n1 值上的利用率，以選擇最大的分界點結(jié)線作為最終結(jié)果。

微電網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線與大電網(wǎng)相連，聯(lián)絡(luò)線路承擔(dān)了微網(wǎng)絡(luò)和大網(wǎng)絡(luò)的雙向交互作用，這種技術(shù)不但可以向微網(wǎng)并網(wǎng)，也可以向大電網(wǎng)傳輸多余的電能。聯(lián)絡(luò)線路利用率，是指某一時期聯(lián)絡(luò)線路的實際發(fā)電量與其最大傳輸容量的比率，聯(lián)絡(luò)線路的利用率在一定程度上反映了配電網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)的利用率。

電網(wǎng)的利用率計算公式如公式（4）所示。

其中，Uline代表聯(lián)絡(luò)線利用率，Esin表示調(diào)度過程中大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)碾娏浚珽gutit表示調(diào)度過程中微電網(wǎng)向大電網(wǎng)傳輸?shù)碾娏浚珽line表示額定功率下輸送的電量。

分界點n2 對于電池和電容的分配功率會產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)分界點過多時，電池的充放電次數(shù)也會隨之增加，電池的使用壽命會因此而降低，這對于微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)是十分不利的，而如果分界點過小，則電容配置效果很差，電容混合能源系統(tǒng)的價格也會隨之增加，因此需要運用窮舉法求解不同n2 值人群混合儲能能力的優(yōu)化模型，確定在不同邊界點條件下的混合儲能成本，并以成本最低的邊界點及其相應(yīng)的混合儲能結(jié)構(gòu)為優(yōu)化結(jié)果。

4 實驗與研究

為驗證基于離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法的調(diào)控效果，進行對比實驗。

設(shè)定分界點分別為52、51，選取傳統(tǒng)的基于遺傳算法的直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法和基于小波計算法直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法以及文中研究的基于離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法對同一直流微電網(wǎng)進行儲能調(diào)控。直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

設(shè)定實驗參數(shù)如表1 所示。根據(jù)表1 參數(shù)進行實驗，得到的實驗結(jié)果如圖4 所示。

表1 實驗參數(shù)

根據(jù)圖4 可知，文中研究的方法調(diào)控負荷功率遠小于傳統(tǒng)方法功率。文中方法對微網(wǎng)調(diào)整方法進行了研究，利用離散傅里葉變換對微網(wǎng)凈負荷功率譜進行了分析，建立了兩級混合儲能優(yōu)化模型，并分別對聯(lián)絡(luò)線進行了改進。最佳化的目的是提高混合能量的利用率，降低其儲存成本。通過對聯(lián)絡(luò)線功率和混合儲能邊界點的求解，在滿足接線功率波動要求的基礎(chǔ)上優(yōu)化了接線功率。對蓄電池和超級電容的截斷點進行了優(yōu)化，找到了混合儲能容量的最佳配置方案，從而降低了儲能成本。文中的研究方法通過離散傅里葉變換方法對數(shù)據(jù)進行逆變換，通過優(yōu)化的方式得到分界點，改變電網(wǎng)的負荷功率，從而得到聯(lián)絡(luò)線，有效確保混合儲能容量配置。離散傅里葉變換方法能夠更好地分析調(diào)度模型，從而解決直流微電網(wǎng)內(nèi)部的儲能優(yōu)化配置問題，在實際問題中，也可以根據(jù)具體實際狀況，降低計算量。

圖4 調(diào)控負荷功率對比

5 結(jié)束語

文中在傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新式基于離散傅里葉變換的直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法，轉(zhuǎn)化了不同的電網(wǎng)電流調(diào)控方式，同時配置了相關(guān)性較強的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息，更好地提升了數(shù)據(jù)操作能力，具有較高的調(diào)控性能。實驗研究表明，文中直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法研究的調(diào)控效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)儲能調(diào)控方法研究的調(diào)控效果。