微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用容量與儲能優(yōu)化配置方法

2018-02-26 10:10:00 中國電機工程學報　點擊量：評論 (0)

1、項目背景微電網(wǎng)通常由風力發(fā)電機、太陽能電池、柴油機、儲能等構(gòu)成，并網(wǎng)運行的微電網(wǎng)可由大電網(wǎng)提供備用，頻率較為穩(wěn)定，而孤島運行的

1、項目背景

微電網(wǎng)通常由風力發(fā)電機、太陽能電池、柴油機、儲能等構(gòu)成，并網(wǎng)運行的微電網(wǎng)可由大電網(wǎng)提供備用，頻率較為穩(wěn)定，而孤島運行的微電網(wǎng)的一次頻率調(diào)節(jié)主要由柴油機的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)，機組間根據(jù)機組備用容量和調(diào)差系數(shù)進行一次調(diào)頻。由于風電、光伏等微電源出力具有較大的隨機性，降低了微電網(wǎng)的慣性和頻率穩(wěn)定性。儲能響應迅速、短時功率吞吐能力強，適合參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，通過配置儲能系統(tǒng)協(xié)助風電機組參與系統(tǒng)頻率一次調(diào)節(jié)能夠有效彌補低風速下風電機組備用容量不足的問題，但是儲能價格較高，配置大量儲能影響微電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。因此，合理安排微電網(wǎng)孤島運行時的一次調(diào)頻備用容量，增強微電網(wǎng)一次調(diào)頻能力，對于微電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行有重要意義。

2、論文所解決的問題及意義

針對孤島運行的風光柴微電網(wǎng)的一次調(diào)頻備用容量問題，配置儲能配合風電機組減載運行，協(xié)同柴油機共同承擔微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用，綜合考慮風電的隨機性與調(diào)頻的經(jīng)濟性，以微電網(wǎng)一次調(diào)頻成本最低為優(yōu)化目標，建立了機會約束規(guī)劃模型。采用神經(jīng)網(wǎng)絡和權(quán)重改進的線性遞減粒子群算法組成的混合智能算法求解該機會約束規(guī)劃，得到不同置信水平下的優(yōu)化配置方案。所提方法使微電網(wǎng)在不同風況下均有良好的一次調(diào)頻能力，同時在滿足一定置信度下使整體調(diào)頻備用成本最低，對風光柴微電網(wǎng)一次調(diào)頻控制及備用容量配置方法提供了有效的理論依據(jù)，提高了微電網(wǎng)一次調(diào)頻的經(jīng)濟性。

3、論文重點內(nèi)容

1)微電網(wǎng)頻率控制模型

本文研究的微電網(wǎng)包含柴油發(fā)電機、風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電三種分布式電源(參見圖1)，運行方式為孤島運行。微電網(wǎng)采用對等控制策略，柴油機和風電機組共同承擔微電網(wǎng)的頻率和電壓控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量占比較小，光伏發(fā)電機組不參與調(diào)頻。為彌補低風速下風電機組備用容量不足的問題，在風電機組中配置一定容量的儲能裝置構(gòu)成風電系統(tǒng)提高風電機組調(diào)頻能力。

2)基于機會約束規(guī)劃的備用容量優(yōu)化模型

由于風速的隨機性和不確定性，導致風電機組提供的一次調(diào)頻備用容量不能時刻滿足系統(tǒng)需求。在極端情況下，風電機組無法提供一次調(diào)頻備用。若按此極端情況配置儲能容量，雖然能夠滿足系統(tǒng)調(diào)頻需求，但會使微電網(wǎng)系統(tǒng)運行成本大幅提升。本文選擇機會約束規(guī)劃來解決微電網(wǎng)一次調(diào)頻容量優(yōu)化配置問題，使微電網(wǎng)一次調(diào)頻容量配置問題的目標函數(shù)最優(yōu)值與約束條件之間取得合理的平衡。

模型目標函數(shù)：一次調(diào)頻備用能夠減小頻率波動，但需要增加微電網(wǎng)的運行成本。本文微電網(wǎng)中風電系統(tǒng)和柴油機共同參與系統(tǒng)一次頻率調(diào)節(jié)，因此主要將風電機組調(diào)頻備用成本、儲能成本、柴油機一次調(diào)頻備用成本三部分計入目標函數(shù)，在維持頻率穩(wěn)定的前提下，使一次調(diào)頻備用成本最小。

約束條件：根據(jù)機組靜態(tài)頻率特性，調(diào)差系數(shù)定決定了機組在負荷改變時參與一次頻率的能力。因此將風力發(fā)電機、柴油機、光伏發(fā)電機組三個微電源等效為一臺等值電機參與微電網(wǎng)一次調(diào)頻，并考慮等值電機調(diào)差系數(shù)機會約束、風電系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)機會約束、柴油機調(diào)差系數(shù)機會約束和儲能裝置荷電狀態(tài)約束。

3)混合智能算法求解機會約束規(guī)劃模型

本文使用概率估計算法和悲觀值算法兩種隨機仿真算法產(chǎn)生輸入輸出樣本，利用這些樣本訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡逼近隨機函數(shù)，然后用通過權(quán)重改進的線性遞減粒子群算法求解這個最優(yōu)化問題。

4)優(yōu)化結(jié)果

取約束置信度為90%，優(yōu)化迭代次數(shù)為300次時的微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用優(yōu)化配置結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，按照平均風速9m/s，風電機組減載25.6%運行，風電機組提供的備用容量為317.61kW，風電系統(tǒng)提供的備用容量平均為650.57kW。若風電機組的一次調(diào)頻備用全部由儲能提供，則備用成本將增加91.7%。因此，本文提出的風儲聯(lián)合調(diào)頻一次備用配置方法在增強微電網(wǎng)一次調(diào)頻能力的同時又大幅降低了一次調(diào)頻備用的成本。

置信度在60%~100%范圍內(nèi)取值時，微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用成本及各優(yōu)化變量的優(yōu)化結(jié)果如圖3所示。

置信度為85%，系統(tǒng)等效調(diào)差系數(shù)在3%~6%范圍內(nèi)取不同值時，微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用成本及各優(yōu)化變量的優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。

4、結(jié)論

本文基于傳統(tǒng)機組靜態(tài)頻率特性，研究了微電網(wǎng)孤島運行時柴油機與風儲聯(lián)合調(diào)頻的一次調(diào)頻特性和備用成本，提出了采用機會約束規(guī)劃對微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用容量與儲能進行優(yōu)化配置的方法。通過機會約束規(guī)劃得到了不同置信度下風電機組需配置的儲能功率值，為微電網(wǎng)不同調(diào)差系數(shù)下風電機組、柴油機一次備用配置提供了優(yōu)化方案。

(趙晶晶徐傳琳呂雪徐成斯)

原標題:微電網(wǎng)一次調(diào)頻備用容量與儲能優(yōu)化配置方法