支撐負(fù)荷價(jià)值最大化的孤島有源配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置

魏　煒，陳　嘉，羅鳳章

（天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

支撐負(fù)荷價(jià)值最大化的孤島有源配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置

魏煒，陳嘉，羅鳳章

（天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

在配電網(wǎng)因故障出現(xiàn)的孤島內(nèi)，為提高間歇性電源對(duì)重要負(fù)荷的供電能力，配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)并選擇合理的供電路徑支撐負(fù)荷。該文提出了基于孤島搜索的有源配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置方法。在孤島搜索中對(duì)常規(guī)方法改進(jìn)，求得孤島拓?fù)浼s束下所有使得支撐負(fù)荷價(jià)值最大的供電路徑集合，在儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置中結(jié)合供電路徑最大化儲(chǔ)能支撐效果，依據(jù)電源出力持續(xù)曲線確定儲(chǔ)能支撐負(fù)荷價(jià)值的概率分布。仿真算例驗(yàn)證所提方法能有效確定單位儲(chǔ)能出力支撐負(fù)荷價(jià)值最大時(shí)的最佳儲(chǔ)能容量。

儲(chǔ)能；容量配置；孤島搜索策略；供電路徑；負(fù)荷價(jià)值

當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生停電事故時(shí)，該配電系統(tǒng)中的分布式電源DG（distributed generation）有可能進(jìn)入孤島運(yùn)行模式，此時(shí)孤島內(nèi)全部或部分負(fù)荷由DG供給［1］。由于風(fēng)電、光伏［2］等間歇性DG出力不確定使得對(duì)負(fù)荷的供電能力有限，此時(shí)通過在孤島內(nèi)配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)ESS（energy storage system），并通過孤島搜索選擇合理的負(fù)荷支撐路徑（供電路徑）以確保對(duì)重要負(fù)荷的持續(xù)供電，可提升系統(tǒng)供電可靠性，增加孤島運(yùn)行模式下負(fù)荷的支撐能力（供電能力）。尤其在冰災(zāi)等極端情況下，對(duì)諸如政府、醫(yī)院、通信基站等重要負(fù)荷的持續(xù)供電，有助于快速恢復(fù)社會(huì)秩序、保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

針對(duì)儲(chǔ)能容量的配置問題，目前國內(nèi)外已有大量研究，多數(shù)針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的某種應(yīng)用場(chǎng)景，如平滑可再生能源出力場(chǎng)景［3-8］，風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度場(chǎng)景［9］，微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行場(chǎng)景［10-13］，電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行場(chǎng)景［14-19］等，以功率波動(dòng)性、成本、可靠性、經(jīng)濟(jì)效益等為優(yōu)化目標(biāo)，在一定約束條件（如潮流約束、成本約束等）下，通過不同時(shí)間尺度的系統(tǒng)運(yùn)行模擬，最終確定滿足該場(chǎng)景的最小儲(chǔ)能容量值。但對(duì)于應(yīng)用ESS提高孤島模式下的負(fù)荷支撐能力的場(chǎng)景還沒有相關(guān)研究。在孤島模式下，確定合理的支撐路徑，發(fā)揮孤島內(nèi)電源的作用，使供電負(fù)荷價(jià)值［20-21］最大（下文統(tǒng)稱孤島搜索），目前有許多研究成果：如基于等值有效負(fù)荷遍歷功率圓［22］、以電源點(diǎn)為中心逐層篩選負(fù)荷點(diǎn)［23］、基于深度優(yōu)先算法的閾值校驗(yàn)［24］、分支定界法［25］等。但上述方法在考慮DG出力的隨機(jī)性問題時(shí)，將DG的出力范圍進(jìn)行等分，針對(duì)每一出力水平求解對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)荷支撐路徑。其不足在于很難確定合理的電源出力劃分間隔，若劃分間隔過小則需考慮電源出力水平數(shù)較多，計(jì)算量較大；若劃分間隔過大則無法準(zhǔn)確逼近實(shí)際電源出力計(jì)算得到的負(fù)荷支撐價(jià)值，影響最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。

此外需要特別說明的是，ESS由于其控制模式靈活，往往在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)頻調(diào)壓、能量搬運(yùn)、平抑分布式電源波動(dòng)等不同作用，其配置問題的模型與方法也不盡相同，若同時(shí)兼顧多種應(yīng)用場(chǎng)景將使問題變得非常復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中可以先單獨(dú)考慮某一場(chǎng)景的儲(chǔ)能配置情況，再綜合各類場(chǎng)景的配置方案確定最終容量［10］。本文重點(diǎn)針對(duì)ESS在孤島狀態(tài)下提高負(fù)荷支撐能力的場(chǎng)景進(jìn)行研究。首先針對(duì)現(xiàn)有孤島搜索方法的不足提出了改進(jìn)的孤島搜索策略，以此求得孤島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的最佳負(fù)荷支撐路徑集合；其次利用此集合的負(fù)荷信息劃分DG出力持續(xù)曲線的出力區(qū)間，并確定ESS供給重要負(fù)荷的路徑，計(jì)算ESS不同容量下支撐的負(fù)荷價(jià)值期望，最后依據(jù)儲(chǔ)能支撐效率確定ESS最佳配置容量。該方法可統(tǒng)籌考慮電源不同出力下的孤島負(fù)荷支撐能力和儲(chǔ)能配置方案的經(jīng)濟(jì)性，為未來智能配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行提供重要參考。

1　基于孤島搜索策略的儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置模型

1.1負(fù)荷價(jià)值與儲(chǔ)能支撐效率

負(fù)荷價(jià)值定義為負(fù)荷權(quán)重與負(fù)荷量之積，負(fù)荷權(quán)重對(duì)于負(fù)荷價(jià)值的確定至關(guān)重要，對(duì)于重要程度極高的用戶可以設(shè)置足夠高的權(quán)重，確保其成為最優(yōu)先的供電用戶；對(duì)于重要程度相仿的用戶，其負(fù)荷總量就成為供電優(yōu)先度的決定因素。通過負(fù)荷價(jià)值確定供電優(yōu)先度，可保證孤島供電方案的社會(huì)綜合效益最大。供電負(fù)荷權(quán)重值的設(shè)定可參考文獻(xiàn)［1］和［22］，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，本文不再贅述。

由于供電負(fù)荷及路徑的選擇是通過開關(guān)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，以分段及聯(lián)絡(luò)開關(guān)為邊界形成的區(qū)域稱為饋線區(qū)域［20］。為分析方便，本文定義了饋線區(qū)域的綜合負(fù)荷價(jià)值VS及綜合負(fù)荷權(quán)重wS為

式中：N表示饋線區(qū)域S內(nèi)的負(fù)荷總數(shù)；wi表示饋線區(qū)域S內(nèi)負(fù)荷i的權(quán)重值；Li表示饋線區(qū)域S內(nèi)負(fù)荷i的負(fù)荷大??；LS表示饋線區(qū)域S的總負(fù)荷量。

考慮ESS成本偏高，在孤島內(nèi)配置足夠大容量的ESS保證全部負(fù)荷的供電是不現(xiàn)實(shí)的，因此以單位儲(chǔ)能容量支撐的負(fù)荷價(jià)值來衡量儲(chǔ)能對(duì)孤島負(fù)荷供電能力的提升效果。本文定義為儲(chǔ)能支撐效率，對(duì)于孤島內(nèi)新增額定功率PESS的ESS使得孤島內(nèi)支撐的負(fù)荷價(jià)值提升了△V，儲(chǔ)能支撐效率為

1.2孤島搜索模型

孤島搜索是以DG與ESS作為電源，在一定出力水平下尋找最佳負(fù)荷支撐路徑使得負(fù)荷價(jià)值最大。該模型為

式中：PDGi表示DG的第i個(gè)出力水平；PESS表示ESS的額定出力；DESS表示與DG及ESS相連的供電區(qū)域，即負(fù)荷支撐路徑；wS，LS，xS分別表示饋線區(qū)域S的綜合負(fù)荷權(quán)重值、負(fù)荷總量、是否接入供電區(qū)域DESS（xS=1表示接入，否則為0）；K表示孤島內(nèi)饋線區(qū)域總數(shù)，所有xS=1的饋線區(qū)域構(gòu)成所求最佳負(fù)荷支撐路徑，其負(fù)荷價(jià)值為V。

1.3孤島儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置模型

孤島儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型是在DG供電能力有限的情形下，配置一定容量儲(chǔ)能并利用1.2節(jié)模型選擇合適的供電路徑支撐負(fù)荷，使單位儲(chǔ)能容量支撐的負(fù)荷價(jià)值（即儲(chǔ)能支撐效率）最大。

本文假設(shè)孤島持續(xù)時(shí)間較短，DG出力及儲(chǔ)能出力、負(fù)荷量為恒定值。該模型如下：

式中：孤島儲(chǔ)能支撐效率為η；電源出力水平總數(shù)為n；DG出力水平在年出力持續(xù)曲線中所占的持續(xù)時(shí)間與全年8 760 h之比近似為該出力水平對(duì)應(yīng)的概率Dpri；Vi表示配置儲(chǔ)能前DG出力為PDGi時(shí)最大可支撐的負(fù)荷價(jià)值，其供電區(qū)域記為DDGi；Vi_ESS表示配置儲(chǔ)能PESS后DG出力為PDGi時(shí)最大可支撐負(fù)荷價(jià)值，具體如式（6）和式（7）所示，其余變量與式（4）中變量的含義一致。

2　基于孤島搜索策略的儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置求解方法

2.1改進(jìn)的孤島搜索策略

本文改進(jìn)的孤島搜索策略基于供電末端節(jié)點(diǎn)的向量表示方法和剪枝條件，按一定順序遍歷所有可能成為供電末端的節(jié)點(diǎn)，得到孤島不同負(fù)荷水平下的供電方案集合。該策略依據(jù)集合負(fù)荷信息確定電源劃分區(qū)間，能有效解決傳統(tǒng)方法劃分電源區(qū)間的不足。

2.1.1供電狀態(tài)的向量表示方法

改進(jìn)的孤島搜索策略以供電末端節(jié)點(diǎn)為搜索對(duì)象，通過搜索供電末端節(jié)點(diǎn)確定供電恢復(fù)范圍，降低節(jié)點(diǎn)選擇和比較時(shí)因拓?fù)潢P(guān)系帶來的計(jì)算量，提高搜索效率。以供電末端節(jié)點(diǎn)向量表示供電狀態(tài)：以電源為根節(jié)點(diǎn)，相連饋線區(qū)域?yàn)橹虚g節(jié)點(diǎn)或葉節(jié)點(diǎn)形成有根樹［24］，對(duì)任意葉節(jié)點(diǎn)確定其到根節(jié)點(diǎn)的最小路，累加最小路上其他葉節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷價(jià)值，負(fù)荷價(jià)值大小排列順序即為向量元素對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)順序。以圖1為例，負(fù)荷價(jià)值（310，260，85，60，10），對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)（5，2，4，3，1）。若供電區(qū)域僅含節(jié)點(diǎn)1、3、5，則節(jié)點(diǎn)5為供電末端節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)為非末端節(jié)點(diǎn)，表示供電狀態(tài)的向量［1，0，0，0，0］。

圖1　算例說明圖示Fig.1　Schematic of the calculation example

2.1.2剪枝條件

在供電末端節(jié)點(diǎn)搜索過程中，可通過剪枝條件簡化搜索集合?？紤]當(dāng)前已選節(jié)點(diǎn)集合M（對(duì)應(yīng)負(fù)荷量LM，負(fù)荷價(jià)值VM），對(duì)于兩個(gè)作為供電末端的備選節(jié)點(diǎn)k和n，選其中之一時(shí)新增的負(fù)荷量分別為Lk和Ln，新增的負(fù)荷價(jià)值分別為Vk和Vn，若滿足下式之一時(shí)，則當(dāng)節(jié)點(diǎn)k未被選為供電末端時(shí)，節(jié)點(diǎn)n必被剪去，剪枝條件為

在已有集合M前提下，式（8）說明對(duì)于支撐相等的負(fù)荷價(jià)值，支撐節(jié)點(diǎn)n需要更多電源出力，而式（9）說明節(jié)點(diǎn)k可以更少的電源出力換取更大的負(fù)荷價(jià)值；以圖1為例，在節(jié)點(diǎn)5為供電末端的前提下，節(jié)點(diǎn)2、4滿足式（9），因此剪枝條件為：若節(jié)點(diǎn)2不選則節(jié)點(diǎn)4必被剪去。

2.1.3孤島搜索策略主要步驟

主要步驟為：（1）如2.1.1節(jié)建立表示供電狀態(tài)的向量；（2）在待搜索節(jié)點(diǎn)集合M1中指定一個(gè)節(jié)點(diǎn)為該集合中負(fù)荷價(jià)值最大的供電末端；依據(jù)拓?fù)潢P(guān)系在M1中剔除該節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)最小路上的其他節(jié)點(diǎn)，M1減小為M2。依據(jù)2.1.2節(jié)計(jì)算剪枝條件剪去滿足條件的節(jié)點(diǎn)；（3）依據(jù)M2和剪枝條件將待搜索節(jié)點(diǎn)取不同狀態(tài)后形成待搜索向量，待搜索向量中待搜索節(jié)點(diǎn)集合記為M3；（4）步驟（2）和（3）反復(fù)進(jìn)行，停止條件為：①直到M1減小成空集；②直到每個(gè)節(jié)點(diǎn)均被首次指定為負(fù)荷價(jià)值最大的供電末端。

以圖1為例，初始時(shí)供電狀態(tài)向量［x，x，x，x，x］，（x表示狀態(tài)未定），M1為所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)5被首次指定為負(fù)荷價(jià)值最大的供電末端，依據(jù)拓?fù)潢P(guān)系去除節(jié)點(diǎn)1、3，M2為節(jié)點(diǎn)2、4，剪枝條件為若節(jié)點(diǎn)2不選則節(jié)點(diǎn)4剪去，待搜索向量為［1，1，x，0，0］和［1，0，0，0，0］，后者向量滿足停止條件①，負(fù)荷量、負(fù)荷價(jià)值為（40，310）；前者向量M3為節(jié)點(diǎn)4，不滿足停止條件①，繼續(xù)步驟（2）、（3）得向量［1，1，0，0，0］、［1，1，1，0，0］，對(duì)應(yīng)負(fù)荷量、負(fù)荷價(jià)值為（65，560）、（90，585）；再將節(jié)點(diǎn)2首次指定為負(fù)荷價(jià)值最大的供電末端，即向量［0，1，x，x，x］繼續(xù)討論；直到將節(jié)點(diǎn)1首次指定為負(fù)荷價(jià)值最大的供電末端，即向量［0，0，0，0，1］，同時(shí)滿足停止條件①、②，搜索結(jié)束。

2.2基于孤島搜索的儲(chǔ)能優(yōu)化配置解法

基于孤島搜索策略的儲(chǔ)能容量最優(yōu)配置求解方法流程圖如圖2所示，具體流程說明如下：

（1）當(dāng)孤島內(nèi)僅含一個(gè)DG，整個(gè)孤島即為一個(gè)子孤島；當(dāng)孤島內(nèi)含有多個(gè)DG時(shí)，需依據(jù)DG供電范圍劃分子孤島：利用2.1節(jié)方法單獨(dú)對(duì)每個(gè)DG確定最佳負(fù)荷支撐路徑范圍。①對(duì)重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域及互聯(lián)DG歸并為新電源點(diǎn)，其余相連節(jié)點(diǎn)作為子樹，重新形成有根樹后計(jì)算最佳負(fù)荷支撐路徑，對(duì)所有重疊區(qū)域執(zhí)行此操作，直到不再含有重疊區(qū)域；②對(duì)未被任何DG支撐的區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域到相鄰DG的負(fù)荷價(jià)值與負(fù)荷量之比，將區(qū)域劃分給權(quán)重最大的DG區(qū)域；

圖2　儲(chǔ)能配置流程Fig.2　Flow chart of capacity allocation of energy storage

（2）利用2.1節(jié)孤島搜索策略確定子孤島最佳負(fù)荷支撐路徑集合，集合中支撐路徑k搜索的負(fù)荷水平記為PLk，負(fù)荷價(jià)值PVk。

（3）ESS依據(jù)第（2）步得到的最佳負(fù)荷支撐路徑集合供給重要負(fù)荷，計(jì)算ESS不同額定出力下支撐的負(fù)荷價(jià)值期望。計(jì)算式為

式中：PVk為集合中支撐路徑k搜索的最大負(fù)荷價(jià)值；n為集合中負(fù)荷水平區(qū)間數(shù)；Dprk為未配置儲(chǔ)能時(shí)支撐路徑k搜索得到的負(fù)荷水平在DG出力持續(xù)曲線中的概率；Eprk為配置額定出力PESS的儲(chǔ)能后支撐路徑k搜索得到的負(fù)荷水平在DG出力持續(xù)曲線平移PESS后的概率。

（4）上述結(jié)果可依式（3）儲(chǔ)能支撐效率計(jì)算方法進(jìn)一步確定最佳儲(chǔ)能配置容量。DG處于不同出力區(qū)間范圍時(shí)，若步驟（1）得到的子孤島劃分不同，則需綜合考慮不同子孤島的配置結(jié)果。若DG全部出力區(qū)間涉及TN個(gè)子孤島，對(duì)于其中子孤島Tj，最佳配置容量ESSTj，相應(yīng)DG出力范圍占整個(gè)范圍的比例aTj，則最終接入DG的最佳容量ESSDG為

3　算例分析

在美國PG&E69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)中引入分布式電源，系統(tǒng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)可參考文獻(xiàn)［26］，其中DG1～6為風(fēng)機(jī)，其出力持續(xù)曲線參數(shù)可參考文獻(xiàn)［20］，最大輸出功率分別為50、250、400、1 300、40和100 kW。一、二、三類負(fù)荷權(quán)重設(shè)定為100、10、1［25］。線路2-3處發(fā)生三相接地故障，經(jīng)故障隔離后下游系統(tǒng)形成孤島。利用本文改進(jìn)的孤島搜索策略，其DG最大出力情況下的最佳負(fù)荷支撐路徑如圖3所示。作為比較，本文采用常規(guī)方法［23］對(duì)圖3的孤島結(jié)構(gòu)在DG最大出力下尋找最佳負(fù)荷支撐路徑，結(jié)果如圖4。

圖3　本文孤島搜索策略下負(fù)荷支撐路徑Fig.3　Power path by using the proposed island searching strategy

圖4　常規(guī)方法得到的負(fù)荷支撐路徑Fig.4　Power path by using the traditional method

上述兩種方法下得到的支撐負(fù)荷量、負(fù)荷價(jià)值及一類負(fù)荷占比如表1所示。

表1　孤島搜索策略比較Tab.1　Comparison between two island searching strategies

經(jīng)分析可知，常規(guī)方法逐層選擇負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，并沒有充分考慮后續(xù)節(jié)點(diǎn)，不能保證搜索結(jié)果最優(yōu)，如DG5情形，選定節(jié)點(diǎn)30-33后，常規(guī)方法下一層需比較的節(jié)點(diǎn)只有29和34，忽略了其后續(xù)節(jié)點(diǎn)35，因此只能得到選29節(jié)點(diǎn)更優(yōu)的比較結(jié)果，而無法得知實(shí)際上選節(jié)點(diǎn)34、35比節(jié)點(diǎn)29更優(yōu)；本方法從供電末端角度搜索，能對(duì)29節(jié)點(diǎn)為供電末端和35節(jié)點(diǎn)為供電末端的情形進(jìn)行比較，使得支撐效果更佳。

由本文所提儲(chǔ)能最優(yōu)容量配置方法，先劃分相互獨(dú)立的子孤島，再分別求解儲(chǔ)能配置的最佳容量，子孤島劃分結(jié)果如圖5所示，T1～T5分別表示5個(gè)子孤島區(qū)域。

圖5　子孤島劃分結(jié)果Fig.5　Result of sub-island partition

針對(duì)每個(gè)相互獨(dú)立的子孤島，配置不同容量的儲(chǔ)能時(shí)，單位儲(chǔ)能出力支撐的負(fù)荷價(jià)值大?。ㄖ涡剩┣€如圖6所示。每個(gè)子孤島的最佳儲(chǔ)能容量、儲(chǔ)能支撐的負(fù)荷價(jià)值、支撐效率如表2所示。

圖6　不同子孤島儲(chǔ)能容量與單位儲(chǔ)能出力支撐負(fù)荷價(jià)值曲線Fig.6　Curves of load value supported by energy storage per unit and energy storage capacity in different sub-islands

表2　不同子孤島儲(chǔ)能最佳配置容量Tab.2　Optimized ESS capacities in different sub-islands

上述仿真算例表明，孤島內(nèi)隨著儲(chǔ)能容量增大，其支撐效率先增加再降低，這是因?yàn)閮?chǔ)能容量由小變大時(shí)，可以彌補(bǔ)DG與孤島內(nèi)負(fù)荷的功率缺額，提升負(fù)荷支撐能力；而當(dāng)儲(chǔ)能容量過大時(shí)，雖然支撐的負(fù)荷價(jià)值不斷上升，但由于孤島范圍有限，儲(chǔ)能的支撐效果趨于飽和，經(jīng)濟(jì)性變差，因此存在一個(gè)最佳儲(chǔ)能容量配置點(diǎn)，使支撐效果最佳。

4　結(jié)語

本文針對(duì)孤島內(nèi)配置儲(chǔ)能以提高負(fù)荷支撐能力的問題，提出了基于孤島搜索的儲(chǔ)能最優(yōu)容量配置模型和求解方法。所提改進(jìn)的孤島搜索策略以供電末端節(jié)點(diǎn)為搜索對(duì)象，能充分考慮孤島節(jié)點(diǎn)信息，相比傳統(tǒng)方法能支撐更多重要負(fù)荷，支撐效果更佳；從負(fù)荷角度確定電源出力水平，相比依據(jù)電源出力區(qū)間確定負(fù)荷水平的傳統(tǒng)方法，提高計(jì)算效率和結(jié)果準(zhǔn)確性；創(chuàng)新性地將孤島搜索策略應(yīng)用到儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置中，利用改進(jìn)的孤島搜索策略使儲(chǔ)能更精確地支撐重要程度高的負(fù)荷，充分發(fā)揮儲(chǔ)能對(duì)負(fù)荷的支撐作用。仿真算例驗(yàn)證了儲(chǔ)能最優(yōu)容量配置方法的有效性。相關(guān)研究成果可為未來智能配電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行提供重要參考。

［1］劉偉佳，孫磊，林振智，等（Liu Weijia，Sun Lei，Lin Zhenzhi，et al）.含間歇電源、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車的配電孤島短時(shí)恢復(fù)供電策略（Short-period restoration strategy in isolated electrical islands with intermittent energy sources，energy storage systems and electric vehicles）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2015，39（16）：49-58.

［2］張芳，陳嘉（Zhang Fang，Chen Jia）.部分遮擋條件下光伏陣列全局最大功率點(diǎn)追蹤控制（Maximum power point tracking control for photovoltaic array under partial shaded conditions）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（11）：64-72.

［3］林少伯，韓民曉，趙國鵬，等（Lin Shaobo，Han Minxiao，Zhao Guopeng，et al）.基于隨機(jī)預(yù)測(cè)誤差的分布式光伏配網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法（Capacity allocation of energy storage in distributed photovoltaic power system based on stochastic prediction error）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2013，33（4）：25-33.

［4］王剛，邱曉燕，張曉晨，等（Wang Gang，Qiu Xiaoyan，Zhang Xiaochen，et al）.平滑風(fēng)電功率的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制策略（Optimized control strategy for battery energy storage system to smooth wind power output）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（8）：66-70.

［5］謝石驍，楊莉，李麗娜（Xie Shixiao，Yang Li，Li Lina）.基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的混合儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法（A chance constrained programming based optimal configuration method of hybrid energy storage system）［J］.電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2012，36（5）：79-84.

［6］江潤洲，邱曉燕，陳光堂（Jiang Runzhou，Qiu Xiaoyan，Chen Guangtang）.風(fēng)電場(chǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法（Optimal configuration method of hybrid energy storage system for wind farm）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（1）：37-43.

［7］韓濤，盧繼平，喬梁，等（Han Tao，Lu Jiping，Qiao Liang，et al）.大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能容量優(yōu)化方案（Optimized scheme of energy-storage capacity for grid-connected large-scale wind farm）［J］.電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2010，34（1）：169-173.

［8］桑丙玉，王德順，楊波，等（Sang Bingyu，Wang Deshun，Yang Bo，et al）.平滑新能源輸出波動(dòng)的儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法（Optimal allocation of energy storage system for smoothing the output fluctuations of new energy）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2014，34（22）：3700-3706.

［9］李碧輝，申洪，湯涌，等（Li Bihui，Shen Hong，Tang Yong，et al）.風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能容量對(duì)有功功率的影響及評(píng)價(jià)指標(biāo)（Impacts of energy storage capacity configuration of HPWS to active power characteristics and its relevant indices）［J］.電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2011，35（4）：123-128.

［10］王成山，于波，肖峻，等（Wang Chengshan，Yu Bo，Xiao Jun，et al）.平滑微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量優(yōu)化方法（An energy storage system capacity optimization method for microgrid tie-line power flow stabilization）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2013，37（3）：12-17.

［11］殷桂梁，李相男，郭磊，等（Yin Guiliang，Li Xiangnan，Guo Lei，et al）.混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)光互補(bǔ)微電網(wǎng)中的應(yīng)用（Application of hybrid energy storage system on wind/solar hybrid microgrid）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（1）：49-53，59.

［12］肖峻，張澤群，張磐，等（Xiao Jun，Zhang Zequn，Zhang Pan，et al）.用于優(yōu)化微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率的混合儲(chǔ)能容量優(yōu)化方法（A capacity optimization method of hybrid energy storage system for optimizing tie-line power in microgrids）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2014，38（12）：19-26.

［13］田培根，肖曦，丁若星，等（Tian Peigen，Xiao Xi，Ding Ruoxing，et al）.自治型微電網(wǎng)群多元復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法（A capacity configuring method of composite energy storage system in autonomous multi-microgrid）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2013，37（1）：168-173.

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［15］程世軍，張粒子（Cheng Shijun，Zhang Lizi）.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能容量的優(yōu)化配置（Energy storage capacity optimization for wind power generation system）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（3）：71-75.

［16］Mercier P，Cherkaoui R，Oudalov.Optimizing a battery energy storage system for frequency control application in an isolated power system［J］.IEEE Trans on Power Systems，2009，24（3）：1469-1477.

［17］楊玉青，牛利勇，田立亭，等（Yang Yuqing，Niu Liyong，Tian Liting，et al）.考慮負(fù)荷優(yōu)化控制的區(qū)域配電網(wǎng)儲(chǔ)能配置（Configuration of energy storage devices in regional distribution network considering optimal load control）［J］.電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2015，39（4）：1019-1025.

［18］吳云亮，孫元章，徐箭，等（Wu Yunliang，Sun Yuanzhang，Xu Jian，et al）.基于飽和控制理論的儲(chǔ)能裝置容量配置方法（Determination methodology for energy storage capacity based on saturation control theory）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2011，31（22）：32-39.

［19］嚴(yán)干貴，馮曉東，李軍徽，等（Yan Gangui，F(xiàn)eng Xiaodong，Li Junhui，et al）.用于松弛調(diào)峰瓶頸的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法（Optimization of energy storage system capacity for relaxing peak load regulation bottlenecks）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2012，32（28）：27-35.

［20］趙淵，何媛，宿曉嵐，等（Zhao Yuan，He Yuan，Su Xiaolan，et al）.分布式電源對(duì)配網(wǎng)可靠性的影響及優(yōu)化配置（Effect of distributed generation on power distribution system reliability and its optimal allocation）［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備（Electric Power Automation Equipment），2014，34（9）：13-20.

［21］施泉生，李士動(dòng)（Shi Quansheng，Li Shidong）.可中斷負(fù)荷參與阻塞管理模型與特性分析（Congestion management model and characteristics analysis with participation of interruptible load）［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（7）：48-53.

［22］劉傳銓，張焰（Liu Chuanquan，Zhang Yan）.計(jì)及分布式電源的配電網(wǎng)供電可靠性（Distribution network reliability considering distribution generation）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2007，31（22）：46-49.

［23］易新，陸于平（Yi Xin，Lu Yuping）.分布式發(fā)電條件下的配電網(wǎng)孤島劃分算法（Islanding algorithm of distribution networks with distributed generators）［J］.電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2006，30（7）：50-54.

［24］丁磊，潘貞存，叢偉（Ding Lei，Pan Zhencun，Cong Wei）.基于有根樹的分布式發(fā)電孤島搜索（Searching for intentional islanding strategies of distributed generation based on rooted tree）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2008，28（25）：62-67.

［25］王旭東，林濟(jì)鏗（Wang Xudong，Lin Jikeng）.基于分支定界的含分布式發(fā)電配網(wǎng)孤島劃分（Island partition of the distribution system with distributed generation based on branch and bound algorithm）［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2011，31（7）：16-20.

［26］Baran M E，Wu F F.Optimal capacitor placement on radial distribution systems［J］.IEEE Trans on Power Delivery，1989，4（1）：725-734.

Capacity Allocation of Energy Storage Considering Maximization of Island Load Value in Active Distribution Network

WEI Wei，CHEN Jia，LUO Fengzhang
（Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

In the distribution network island due to faults，in order to improve the power supply capability of intermittent power generation for important load，some energy storage system with reasonable power path for load is a solution.This paper proposes an optimal capacity allocation method for energy storage based on island searching strategy.The performance of traditional searching method is improved，which is employed to maximize the load value and obtain the sets of all best power paths in the island structure.In the capacity allocation of energy storage，this paper maximizes the power supply efficiency of energy storage by referring to the sets of best power paths.Moreover，the probability distribution of load value supported by energy storage is also determined according to the power output duration curve.The simulation example verifies that the proposed method can effectively determine the optimal energy storage capacity when the energy storage capacity per unit supports the maximum load value.

energy storage；capacity allocation；island searching strategy；power path；load value

TM715

A

1003-8930（2016）09-0093-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.09.015

魏煒（1976—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)及電力市場(chǎng)。Email：weiw@tju.edu.cn

陳嘉（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能配置。Email：cjkmyz@126.com

羅鳳章（1980—），男，博士，講師，研究方向?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)分析與優(yōu)化規(guī)劃。Email：luofengzhang@tju.edu.cn

2016-01-08；

2016-04-05

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目（2014AA051901）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51207101；51377116）；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2013M530113）