基于功率分解的風(fēng)電混合儲(chǔ)能容量配置研究

摘 要：隨著風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中滲透率不斷增加，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)配置儲(chǔ)能裝置可以有效緩解風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響。文章主要針對(duì)雙饋式風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際功率輸出波動(dòng)狀況，應(yīng)用巴特沃斯型濾波器對(duì)其波動(dòng)功率進(jìn)行分解，將波動(dòng)功率分成低頻和高頻兩部分。根據(jù)蓄電池和超級(jí)電容器的儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行互補(bǔ)特性，使用蓄電池儲(chǔ)能平抑風(fēng)電功率波動(dòng)低頻分量，超級(jí)電容器儲(chǔ)能平抑風(fēng)電功率波動(dòng)高頻分量。根據(jù)平抑準(zhǔn)則，求解其各自概率密度函數(shù)曲線(xiàn)，采用高斯正態(tài)分布法對(duì)儲(chǔ)能容量進(jìn)行擬合計(jì)算，使混合儲(chǔ)能容量配置合理。

關(guān)鍵詞：功率分解；混合儲(chǔ)能；高斯擬合；容量配置

引言

隨著清潔能源的大力發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。但風(fēng)能具有擾動(dòng)性、間隔性、難以預(yù)測(cè)性，使得風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1-2]。風(fēng)電場(chǎng)采用儲(chǔ)能裝置平抑功率波動(dòng)，提高并網(wǎng)質(zhì)量已經(jīng)一項(xiàng)有效的技術(shù)措施[3]。文獻(xiàn)[4]基于超級(jí)電容器和蓄電池儲(chǔ)能單元的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)進(jìn)行平滑輸出，避免了單一儲(chǔ)能裝置平抑效果不佳的缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，考慮電網(wǎng)負(fù)荷需求及對(duì)儲(chǔ)能裝置經(jīng)濟(jì)成本的量化分析，結(jié)合儲(chǔ)能裝置運(yùn)行特性對(duì)混合儲(chǔ)能容量進(jìn)行配置。文獻(xiàn)[5]通過(guò)計(jì)算蓄電池儲(chǔ)能裝置的放電次數(shù)和放電深度，將其轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能裝置循環(huán)壽命的折損，以平滑輸出功率為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行儲(chǔ)能容量配置的研究。儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的合理配置，直接影響到儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。文章主要通過(guò)對(duì)實(shí)際風(fēng)電波動(dòng)功率進(jìn)行分解，通過(guò)高斯分布法對(duì)功率曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，計(jì)算出儲(chǔ)能容量功率輸出期望值，進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置合理。

1 雙饋型風(fēng)電場(chǎng)輸出功率分析

目前大型風(fēng)電場(chǎng)主要以集群和分布方式并入電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)電機(jī)組選用雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。通過(guò)實(shí)際風(fēng)速變化，繪制出風(fēng)電場(chǎng)輸出功率特性曲線(xiàn)。圖1為總裝機(jī)容量為30MW的雙饋型風(fēng)電場(chǎng)輸出功率特性曲線(xiàn)。

2 風(fēng)電波動(dòng)功率分解

風(fēng)電輸出的波動(dòng)功率需要儲(chǔ)能裝置進(jìn)行平抑。風(fēng)電加入儲(chǔ)能裝置之后并網(wǎng)的功率為：

P0=PDFIG+Pb+Psc （2.1）

其中，P0為風(fēng)電經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能裝置平抑后注入電網(wǎng)的功率值；PDFIG為風(fēng)電原始功率值；Pb為蓄電池儲(chǔ)能輸出功率值；Psc為超級(jí)電容器儲(chǔ)能輸出功率值。將濾波器應(yīng)用于風(fēng)電波動(dòng)功率提取上，即：P■■=■P■■、P■■=■P■■其中，P■■、P■■分別為超級(jí)電容器和蓄電池儲(chǔ)能裝置平抑的目標(biāo)功率值。

3 儲(chǔ)能裝置目標(biāo)功率幅值均值擬合計(jì)算

3.1 蓄電池儲(chǔ)能目標(biāo)功率均值的擬合計(jì)算

根據(jù)儲(chǔ)能裝置目標(biāo)功率輸出與時(shí)間的關(guān)系可以視為離散數(shù)據(jù)的隨機(jī)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，滿(mǎn)足高斯正態(tài)分布。對(duì)離散數(shù)據(jù)采用4階高斯函數(shù)擬合方法對(duì)其功率幅值進(jìn)行擬合其公式（3-1）：

（3-1）

通過(guò)公式（3-1）將蓄電池離散目標(biāo)輸出功率轉(zhuǎn)化幅值的平均值，并用擬合函數(shù)求其密度分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式。蓄電池|P■■|功率概率密度高斯擬合系數(shù)：k=1階，ak=-27.82、bk=-0.8455、ck=1.051；k=2階，ak=0.2323、bk=0.3833、ck=0.5654；k=3階，ak=26.68、bk=-0.8362、ck=1.033；k=4階，ak=2.834、bk=-5.171、ck=4.54；由參數(shù)可得出Pb儲(chǔ)能系統(tǒng)的概率密度函數(shù)及擬合曲線(xiàn)。根據(jù)目標(biāo)輸出功率幅值計(jì)算Pb輸出功率數(shù)學(xué)期望值為Pav-b=1.52MW；其容為12.67MWh。

3.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能目標(biāo)功率均值的擬合計(jì)算

超級(jí)電容器儲(chǔ)能主要平抑短時(shí)中頻（0.05-1Hz）之間的功率波動(dòng)。由公式（3-1）可求出其功率幅值函數(shù)表達(dá)式。超級(jí)電容器功率密度|P■■|高斯正態(tài)分布擬合系數(shù)：k=1階，ak=0.2936、bk=0.7156、ck=0.4011；k=2階，ak=0.4972、bk=0.2023、ck=0.3838；k=3階，ak=-0.1912、bk=0.03734、ck=0.5025；k=4階，ak=0.309、bk=1.088、ck=1.154；由參數(shù)可求出Psc儲(chǔ)能系統(tǒng)的概率密度函數(shù)及擬合曲線(xiàn)。同理Psc輸出功率數(shù)學(xué)期望值為Pav-sc=0.895MW；其容量為7.45MWh。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)風(fēng)場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)特性分析，將波動(dòng)功率進(jìn)行細(xì)化分解，結(jié)合蓄電池和超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置各自的充放特性，波動(dòng)功率中低頻部分由蓄電池平抑；高頻部分由超級(jí)電容器進(jìn)行平抑。采用高斯函數(shù)法對(duì)各自平抑功率量進(jìn)行概率密度擬合計(jì)算，求出其各自的儲(chǔ)能裝置輸出功率數(shù)學(xué)期望值。通過(guò)容量計(jì)算公式，使各自的儲(chǔ)能的容量得到有效的配置，即提高了儲(chǔ)能裝置的利用率，又節(jié)約了投資成本。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：盧蕓（1963-），女，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行、優(yōu)化與控制。

黃山（1987-），男，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行、優(yōu)化與控制。