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  • 頭條一種電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制的新方法
    2020-01-08 作者:李佳琪、陳健、張文、張逸成、鮑冠南  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語山東大學(xué)電氣工程學(xué)院、南洋理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、國網(wǎng)山東電力調(diào)度控制中心的研究人員李佳琪、陳健、張文、張逸成、鮑冠南,在2019年第2期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文(論文標題為“高滲透率光伏配電網(wǎng)中電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制策略”)指出,為解決配電網(wǎng)中高滲透率光伏及用電高峰負荷過重帶來的電壓越限問題,并在分時電價政策下通過低儲高發(fā)獲取經(jīng)濟收益以降低儲能作為電壓控制手段的成本,提出一種電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制策略。 該策略包括電壓控制和套利運作兩部分,其中電壓控制部分以防止電壓越限為目標,建立包括電池剩余壽命(TOU)、荷電狀態(tài)(SOC)、電壓靈敏度特性、電池動作費用等在內(nèi)的評價矩陣,選擇綜合評價指標最大者進行控制,以提高電壓控制效率;套利運作部分以保證電壓安全為前提,結(jié)合用電峰谷電價,盡量減少電池動作對節(jié)點電壓的影響,選擇電壓靈敏度因數(shù)及動作費用最小、電池狀態(tài)最優(yōu)者進行控制。 該方法在實現(xiàn)削峰填谷,改善配網(wǎng)電壓安全,提高儲能安裝用戶收益的同時,兼顧電池儲能系統(tǒng)的狀態(tài)變化,實現(xiàn)了功率在各儲能單元間的合理分配,提高了動作效率,均衡了各儲能單元的使用率,延長了整個儲能系統(tǒng)的使用壽命。最后通過算例分析驗證了該控制方法的有效性。

    當今世界,環(huán)境的惡化引發(fā)了各國對發(fā)展清潔能源的廣泛關(guān)注,越來越多的分布式電源開始接入配電網(wǎng)。光伏(Photovoltaic, PV)發(fā)電作為一種高效的小容量發(fā)電技術(shù),得到了迅速的發(fā)展與推廣。然而,隨著PV滲透率的逐漸提高,功率逆流、節(jié)點電壓越限等問題日趨嚴重,這對配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行提出了更高的要求。

    當前,解決高滲透率PV導(dǎo)致的電壓問題主要有削減PV出力、安裝無功補償設(shè)備和應(yīng)用儲能系統(tǒng)三種方法。其中,削減PV出力降低了光能資源利用率,減少了PV安裝用戶收益,從長遠看,不利于未來PV的快速可持續(xù)發(fā)展;而無功補償對電壓控制的效果隨網(wǎng)絡(luò)R/X值的增加逐漸降低,針對某些R/X值較大的配電網(wǎng),其控制效果并不理想,且PV的快速增長也會導(dǎo)致傳統(tǒng)無功補償設(shè)備的頻繁升級。因此,隨著配電網(wǎng)負荷的持續(xù)增長和PV滲透率的提高,新的適應(yīng)配電網(wǎng)特點的電壓控制方式有待進一步研究。

    近年來,憑借其快速靈活的響應(yīng)特性和逐漸降低的成本,電池儲能(Battery Energy Storage, BES)作為配電網(wǎng)電壓控制的重要手段受到了廣泛關(guān)注。

    文獻[8]分析了PV大量接入對配電網(wǎng)的影響,并介紹了電池儲能系統(tǒng)在電壓管理、頻率下降響應(yīng)和功率因數(shù)修正等方面的應(yīng)用。

    當前有關(guān)電池儲能系統(tǒng)運行策略的研究可分為兩類。一類是通過構(gòu)建并求解優(yōu)化模型給出日前優(yōu)化運行策略:文獻[9]利用天氣狀況的預(yù)測數(shù)據(jù)計算分布式電源出力,將網(wǎng)絡(luò)損耗、電壓越限等折合為成本,并以系統(tǒng)運行成本最小為目標,對儲能系統(tǒng)的配置及運行策略進行優(yōu)化;文獻[10]提出一種雙層調(diào)度策略,上層以系統(tǒng)運行費用最少為目標提出儲能系統(tǒng)的日前調(diào)度方案,下層利用實時數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)之間的誤差對上層方案進行調(diào)整。

    另一類以實現(xiàn)某一控制目標為目的,給出具體控制流程,實現(xiàn)儲能系統(tǒng)在線控制:如文獻[7]根據(jù)農(nóng)村和城市電網(wǎng)的不同特點(主要是R/X值不同)和相應(yīng)電壓問題,提出了不同的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略,對于R/X值較小的城市電網(wǎng),電壓管理主要依賴于PV的無功控制,而對于R/X值較大的農(nóng)村電網(wǎng),電壓管理主要依賴于電池儲能系統(tǒng)的充放;

    文獻[11]提出了一種基于電壓和負荷管理的儲能系統(tǒng)控制策略,該策略將儲能系統(tǒng)的有功與無功解耦控制,有功充放與配電網(wǎng)和大電網(wǎng)間的功率交換有關(guān),無功充放與配電網(wǎng)各節(jié)點電壓狀態(tài)有關(guān);文獻[12]將儲能系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變壓器有載分接頭調(diào)壓相結(jié)合,提出一種協(xié)調(diào)控制策略用以解決高滲透率PV帶來的電壓越限問題,但傳統(tǒng)調(diào)壓手段由于調(diào)節(jié)速度和不連續(xù)性等因素制約,難以有效抑制PV出力波動引起的電壓波動,僅能作為一種輔助調(diào)節(jié)手段。

    第一類研究多涉及優(yōu)化計算,計算量較大,且電池儲能系統(tǒng)多以容量和功率進行約束,未充分考慮動作過程中功率在各儲能單元間的合理分配;第二類研究控制目標單一,多以防止電壓越限為目標,但電池儲能系統(tǒng)成本較高,僅作為電壓控制手段而忽略峰谷電價政策下低儲高發(fā)的套利機會,極大地降低了其利用價值。

    對于某些R/X值較大的配電網(wǎng)系統(tǒng),通過調(diào)節(jié)線路傳輸?shù)挠泄β蕘碚{(diào)節(jié)節(jié)點電壓的效果比調(diào)節(jié)無功更為顯著,在此本文以電池儲能系統(tǒng)充放的有功功率為研究對象,提出了儲能系統(tǒng)綜合運行控制策略。

    該策略分為電壓控制和套利運作兩部分,電壓控制部分以防止電壓越限為目標,根據(jù)各備選電池的剩余壽命(Time-of-Use, TOU)、當前荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)狀態(tài)、運行費用及靈敏度特性等參數(shù)建立評價矩陣,選擇綜合性能最佳的電池進行控制;套利運作部分以保證電壓安全為前提,結(jié)合用電峰谷電價并盡量減少電池動作對節(jié)點電壓的影響,選擇電壓靈敏度因數(shù)及運行費用最小、電池狀態(tài)最優(yōu)者進行控制。最后,通過對41節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)仿真分析和儲能系統(tǒng)凈收益比較,驗證了該策略模型的有效性和經(jīng)濟性。

    一種電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制的新方法

    圖2 電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制策略流程

    結(jié)論

    本文提出了一種同時考慮電壓控制與套利運作的電池儲能系統(tǒng)綜合運行控制策略。電池儲能系統(tǒng)的選擇依據(jù)包含電池剩余壽命、SOC狀態(tài)、靈敏度特性及運行費用等在內(nèi)的評價矩陣;電池儲能系統(tǒng)的控制依據(jù)具體控制目標和相應(yīng)參數(shù)。該策略解決了高滲透率PV帶來的電壓越限問題,改善了配電網(wǎng)電壓安全;均衡了各電池儲能系統(tǒng)間的利用率,提高了整個儲能系統(tǒng)的使用壽命;增加了儲能安裝用戶的經(jīng)濟收益。

    算例仿真驗證了本方法的有效性和經(jīng)濟性。本文研究為電池儲能系統(tǒng)的運行控制提供了指導(dǎo),具有一定的實際意義和參考價值,在該運行策略的基礎(chǔ)上考慮儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置將是下一步的研究方向。

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