提升配電網新能源消納能力的分布式儲能集群優化控制策略

鄭昌益

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引 言

我國分布式電源并網裝機總容量呈現大幅度提升，預計到2030年可達到130 GW。值得注意的是，出力間歇性問題數量顯著增加，電網負荷時空匹配性差的現象也有所增多，嚴重影響配電網新能源的轉化及消納能力。若在嚴重限制分布式電源出力的情況下，會直接影響分布式電源的功能發揮。綜合上述問題，分布式儲能技術進一步發展，為解決分布式電源消納問題提供可行思路。基于此，本文結合配電網區域自治能力，針對各種問題采取積極的應對措施及控制策略。

1 儲能參與分布式電源消納運行機理

基于出力較大的條件下，分布式電源與配電網相互作用時存在一定的不匹配性，促使分布式電源倒送現象發生。這種現象的發生不僅會造成線路損耗顯著提高，還會影響電壓質量，并相應引起其他問題。同時，因配電網倒送功率不足，導致電網的穩定性及安全性受到嚴重威脅。基于此，我國電力部門對分布式電源總容量原則進行規定，對一級變壓器的負荷供電進行明確，在現代技術的背景下，其使用比例逐漸上升，但仍會出現功率倒送的情況。例如，出力較大的分布式電源中連接的配電網負荷較小，進而誘發倒送功率的現象發生，嚴重影響電能質量。針對此種情況可以采用分布式儲能方式對倒送期間產生的電力進行儲存，當電價處于高位時，會釋放出其儲存的電能，獲取更多的收益[1]。

2 配電網儲能集群控制結構

2.1 配電網結構

將分布式電源與配電網進行連接時，分布式電源會對配電網造成一定影響，配電網傳統結構及未來結構如圖1、圖2所示。

圖1 傳統配電網結構

圖2 未來配電網結構

2.2 配電網儲能集群控制

分布式儲能集群控制具有一定的分散性及不確定性，基于上述功能特點可顯著增強配電分布式電源消納比例。除此之外，在結合配電網集群規劃的優勢，還可進一步提升分布式電源儲能的時序出力，同時提高消納比例。而儲能集群控制具體分為配電網集群儲能控制、配電網集群劃分、節點儲能控制等3個部分。通過上述3個部分內容，對配電網進行集群劃分。集群劃分需要以指標構建與求解為劃分基礎，然后聯合網絡功能及資源合理選擇合適的指標進行劃分，同時利用對應的求解方法對構建的指標進行優化，從而達到控制儲能的效果[2]。

3 配電網集群控制劃分

3.1 配電網集群劃分指標

集群劃分指標需要綜合性地將配電網及分布式電源的結構與功能進行明確，在構建指標時需要衡量網絡結構強度，而在常規情況下配電網會使用電氣距離進行指標衡量。此外，集群內部有功功率平衡度也是需要思考的指標。本文基于上述兩個指標的控制調整與劃分，為科學提升新能源消納比例的策略奠定了基礎。

3.1.1 基于電氣距離的模塊度指標

電氣距離模塊指標需要以電氣距離權重為基礎，并聯合采用牛頓－拉夫遜法進行具體數值計算，從而了解各節點電壓靈敏度。公式如下：

基于上述公式，最終可有效計算出各節點電壓的靈敏度。

計算模塊指標是指計算網絡中隨機選擇兩個節點落入計算模塊區域的概率，表達式如下：

式中：m表示網絡中所有邊權之和；ki表示與節點i相連的邊權之和；kj表示和節點k相連的邊權之和；f1表示計算獲得的模塊度指標。

3.1.2 有功功率平衡度指標

有功功率平衡度指標計算公式如下：

式中：PCk為第Ck個集群的有功功率平衡度指標；T為場景的時間尺度（本文取96為時間尺度）；Pclu,Ck(t)為第Ck個集群在t時刻的京功率值；f2為有功功率平衡度指標；c為集群總數。

3.2 集群劃分方法

集群劃分方法包括整體模塊度及有功功率平衡度，并將系統劃分方式作為變量，最大限度考慮各集群區域實現自治調控，并通過下述計算方式構建模型。

基于上述公式進行分析，其中λ1和λ2代表不同指標權重系數，λ1+λ2=1。為了便于計算，本次研究按照λ1=λ2=0.5進行計算。

4 分布式儲能集群控制策略

從優化儲能時序角度思考是提升消納比例的有效思路[3]。本文基于配電網層面進行研究，首先構建指標，然后集群劃分降低能源消納比例，從而為后續策略提出奠定基礎[4]。

4.1 儲能控制策略設計

對現有的運行模式進行優化的基礎目標便是在現有配置條件下實現儲能日運行最優局面，即：

式中：FP為儲能運行收益；FDG為額外消納儲能收益；Floss為運行損失收益。

其中儲能額外消納新能源產生的帶損失收益及售電收益可通過下述計算方式得出。

在計算過程中約束指標包括節點電壓約束、儲能荷電狀態約束、潮流約束等，其計算方式如下。

潮流方程約束表述如下：

4.2 評價指標

基于上述設計，為了更為全面反映本文提出的策略的有效性，構建如下指標。

分布式電源消納比例：

基于上文的闡述，針對當前分布式電源接入配電網造成的問題，從新能源消納能力角度入手，綜合分析配電網運行狀態，以模塊度與功率平衡度為基礎構建指標體系，對集群進行劃分。基于模塊度指標和功率平衡度指標進行深入思考，提出強化配電網中各個控制系統的運行能力，幫助集群劃分策略持續性優化，同時根據集群凈負荷功率比例等方式調整儲能功率及工作效率[5]。

5 結 論

綜上所述，分布式電源運行中各種問題的出現降低了電力資源的高效利用率，其中資源浪費極為常見。針對當前廣泛存在的資源浪費問題，對配電網進行優化，同時針對儲能集群控制結構進行了研究。綜合模塊度及有功功率平衡度這2個電氣指標可對配電網進行集群劃分，從而大幅度提高配電網區域負荷與電源供需的平衡性，通過這2個指標可最大化發揮分布式儲能與電網調節相配合的優勢，從而支持區域內部能源消納能力提升。綜合考慮不同區域的負荷以及與新能源時空匹配關系，基于綜合分析提出優化各集群與節點儲能功率的方法，應用效果符合預期。