碳交易背景下發電系統復合儲能優化調度研究

黨佳偉

摘要：由于傳統方法對發電系統的調度未充分考慮碳交易機制，且總偏差電量較大，導致復合儲能優化調度效果不佳，為此，研究碳交易背景下發電系統復合儲能優化調度。選取發電系統初始荷電狀態，控制充放電能量的變化區間。將碳交易機制引入發電系統，就地消納分布式能源。構建復合儲能優化調度模型，約束系統功率及備用容量。經實驗分析，研究方法在各調度周期的電量偏差值較小，與傳統方法相比，碳排放量及系統運行成本更低，證明研究方法更具有效性。

關鍵詞：碳交易機制;發電系統;荷電狀態;復合儲能;調度模型

引言

能源是社會持續發展的重要基礎，也是人們日常生活中不可或缺的必要物質來源。在我國工業發展規模逐步擴大與發展的同時，能源日益緊缺的問題越來越凸顯，同時為環境帶來了嚴重的污染，因此對可再生能源開發與利用逐漸走入大眾視野[1]。在碳交易背景下，風力發電與光伏發電等可再生能源技術在電力工業的應用比例越來越大，同時也為電力系統的平穩運行帶來了一定的安全隱患[2]。為控制發電系統的碳排放量，并實現各區域能源的就地消納，將多能源協同運行并增加儲能電源，形成低碳化能源供應結構已成為我國電力工業可再生能源用電的發展方向，儲能具有可充可放的運行特性，能夠在一定程度上平衡可再生能源的不確定性，因此在發電系統中廣泛應用，但由于單一的儲能形式已不能滿足多能源需求，因此需要綜合分析多種儲能技術特性，根據風電回電、水電風電等實際需求配置，研究復合儲能優化調度方法。本文研究為促進多種可再生能源發電發展提供一定的參考依據，同時在碳交易背景下，對實現能源結構低碳化具有重要的現實意義。

1碳交易背景下發電系統復合儲能優化調度研究

1.1選取發電系統初始荷電狀態

由于各可再生能源在24小時的周期內存在著一定的波動，因此在發電系統的復合儲能優化調度中，對低碳的初始和約束的荷電狀態不限定會使次日的系統荷電狀態過高或過低，無法提供平抑不平衡功率所需的功率[3]。系統初始荷電狀態的選取直接與充放電能量的變化區間有關，因此在選取荷電初始狀態時考慮在最小容量配置下，滿足24小時周期內重放電量連續變化的需求，優化電池容量調度并設置初始值為Km，其實際初始能量為：

式中C和D分別為發電機組的實際碳排放量與分配額度， 為碳交易的市場價格，E和E 為價格在后續2、3階段的漲幅，N為劃分的碳排放量的不同階段長度。發電系統的負荷儲能包括能量儲能和功率儲能，考慮碳交易背景，以磷酸鐵鋰電池作為能量儲能的媒介，該電池由磷酸鐵鋰和磷酸鐵之間實現充放電動作，通過鋰離子的嵌入，用于儲能。采用超級電容作為功率儲能媒介，利用超級電容吸收沖擊負荷，平抑清潔能源發電的出力波動，針對具體清潔能源的處理特性和負載沖擊特性，設置大功率小儲能的超級電容[4]。將分布式能源在各區域內實現就地消納，避免發電系統在各區域之間的功率流動所帶來的功率損耗，考慮到儲能系統的容量平衡，在除了用電高峰以外的其他時間段內，系統應保證為滿充狀態，為避免影響發電系統復合儲能壽命，應避免用電量的過度投資。

1.3構建復合儲能優化調度模型

由于可再生能源出力具有隨機性的特點，因此在對發電系統進行復合

儲能優化調度中，應控制其出力的影響。能量儲能部分主要以電池儲能實現，通過大容量功率，調節發電系統的運行。超級電容作為功率儲能，使發電站的出力波動率滿足發電系統的要求，控制各可再生能源的出力特性[5]。構建發電系統的復合儲能優化調度模型，其發電系統的復合儲能優化調度需要進行以下約束，首先是系統功率的約束，具體表達式為：

2實驗分析

為驗證本文提出的復合儲能優化調度方法的有效性，本文以某發電場為例，從該發電場歷史運行數據中，抽取一般情況下24小時的功率值作為發電場實際出力，進行仿真實驗分析。其發電場的額定容量為180MW，時間分辨率為1min，數據總數為1200個，設定電池儲能的最大充放電功率為25MW，額定容量為30MWh，允許放電深度為25-100%，初始荷電狀態為50%，充放電效率為90%。本文假設該發電場的發電功率最大誤差在該發電場額定容量的10%以內，將兩種不同的優化調度方法應用于本文系統，對其功率特性進行分析。采用偏差電量作為發電系統優化調度計劃的量化指標，設定系統實際出力偏離發電計劃曲線±3%以上時，統計相應的偏差電量為：

由圖1可知，對于不同優化調度方法下發電系統復合儲能調度性能進行對比，本文方法的總偏差電量為54.76MWh，傳統方法的總偏差電量為89.73MWh，未加儲能的總偏差電量為266.39MWh，證明本文方法具有較好的儲能調度性能。為驗證本文引入碳交易機制的優化調度的合理性，將傳統方法經濟調度結果與本文方法低碳調度結果對比，得到的不同調度結果如表1所示。

由表1可知，本文方法充分考慮了碳排放因素，使清潔機組能夠高效使用，碳交易成本相比于傳統經濟調度方法明顯降低了碳排放量，碳交易成本系統運行總成本也得到了相應的減少，因此可以看出，本文優化調度方法能夠使清潔能源在調度過程中更具有競爭力，對碳排放量具有更嚴格的約束，說明本文方法具有有效性。

3結束語

本文在碳交易背景下，選取發電系統初始荷電狀態，充分考慮碳排放量及系統運行成本，建立復合儲能優化調度模型，提出了本文的復合儲能優化調度方法，實現了對發電系統用電量的控制，并對碳排放量進行了有效約束。同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在日后的研究中進一步深入探討，如未對電力系統的日內優化調度運行制定具體的方案，對電力系統的電壓穩定性進行深刻總結未考慮電力系統優化調度的各種成本，在今后的研究中，應考慮對電力系統的電壓進行穩定控制的方法進行優化，并對本文算法加以改進，使其具有更高的準確度，使電力系統實現復合儲能優化調度的基礎上更加安全穩定地運行。

參考文獻：

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[3]李志偉，趙書強，劉金山.基于相關機會目標規劃的電力系統優化調度研究[J].中國電機工程學報，2019，39（10）：2803-2816.

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