主動配電網(wǎng)分布式儲能優(yōu)化配置方法研究

王亞楠

摘要：近年來，隨著我國的綜合實(shí)力的不斷增強(qiáng)，電力工程的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。配電系統(tǒng)作為未來電網(wǎng)的重要組成部分，正在不斷完善，并逐步發(fā)展成為主動配電網(wǎng)。配電系統(tǒng)中的分布式發(fā)電系統(tǒng)、本地存儲系統(tǒng)和響應(yīng)負(fù)載嚴(yán)重影響了電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度過程。

關(guān)鍵詞：主動配電網(wǎng);分布式儲能;優(yōu)化配置方法研究

引言

根據(jù)風(fēng)光自然特點(diǎn)搭建DG數(shù)學(xué)模型，建立DG穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的出力場景。從儲能規(guī)劃建設(shè)投資視角，以最大化新增儲能年均收益為目標(biāo)函數(shù)，考慮配電網(wǎng)潮流、DG、儲能三方約束條件，建立儲能優(yōu)化配置模型并用遺傳算法進(jìn)行求解，遺傳算法內(nèi)部使用前推回代法進(jìn)行潮流計(jì)算。對含多分布式電源的40節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行測試計(jì)算，驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，并分析了分布式電源額定功率變化及電壓等因素對儲能配置的影響，為系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)提供了新的思路。

1主動配電網(wǎng)的概念及特征

1.1主動配電網(wǎng)的概念

在“主動配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展”這個研究報告中指出，主動配電網(wǎng)就是通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓?fù)鋪磉M(jìn)行管理潮流，以達(dá)到對局部范圍內(nèi)分布式能源進(jìn)行主動控制和管理的實(shí)際配電系統(tǒng)。在分布式能源的界定上，主要有分布式發(fā)電、電儲能和可控負(fù)荷等。但在實(shí)際的發(fā)展過程中，由于缺乏核心運(yùn)算工具，除了少數(shù)國家以外，大部分國家都沒有把ADS規(guī)劃進(jìn)配電網(wǎng)和作為運(yùn)行的必要內(nèi)容，而且在主動管理和控制方面，現(xiàn)在仍然處于最初級的實(shí)用階段。

1.2主動配電網(wǎng)的特征

在分布式新型能源進(jìn)行大規(guī)模的接入配電網(wǎng)后，主要是以新能源、主動配電網(wǎng)、用電負(fù)荷這三個方面為主的結(jié)構(gòu)特征的新配電技術(shù)。同傳統(tǒng)配電的不同之處在于，新技術(shù)能夠自主地對分布式方面的性能上進(jìn)行預(yù)測與分析，并對可控的一些分布式資源實(shí)行管理與控制，以減少或清除能源的不確定性給電網(wǎng)帶來的問題。在實(shí)際使用方面具有三個特征：一是分布式資源的可控性;二是在可控能力上較為突出和完善;三是能夠通過控制中心進(jìn)行協(xié)調(diào)化管理;四是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)方面可進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。主動配電網(wǎng)具有可控性和可觀性，以充分體現(xiàn)這方面的主動性。在可觀性方面的主要體現(xiàn)是可以做到監(jiān)測主網(wǎng)以及配電網(wǎng)與用戶方面的負(fù)荷同分布式電源的主要運(yùn)行狀態(tài)，在這種情況下來預(yù)測其發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并合理提出相應(yīng)的優(yōu)化控制方法;在可控性方面的主要體現(xiàn)是在分布式電源、負(fù)荷以及儲能等的控制靈活性方面，當(dāng)制定出優(yōu)化協(xié)調(diào)方面的策略后，就可以利用控制中心來進(jìn)行執(zhí)行。在主動性方面的主要體現(xiàn)是在預(yù)判能力上能夠及時判斷不安全問題，并根據(jù)實(shí)際制定出相對應(yīng)的策略，然后利用控制中心來進(jìn)行執(zhí)行，而不像在傳統(tǒng)式的配電網(wǎng)情況下，只能在隱患問題演變成故障后才采取解決措施。

2主動配電網(wǎng)分布式儲能優(yōu)化配置

2.1本地控制器設(shè)計(jì)

在不影響終端用戶設(shè)備壽命的前提下，本地控制器既可以處理GECN信號，又可以改變可控資源的狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)本地控制器的前提是在初始狀態(tài)下能夠識別信號的數(shù)據(jù)類型和滿足約束條件。例如，TCLs是一個受溫度影響的數(shù)字控制器，在“1”的狀態(tài)下且達(dá)到固定功率因數(shù)時，吸收有功功率，同時，GECN會切換“1”、“0”狀態(tài)控制有功功率的注入。在操作時應(yīng)注意溫度不宜過高，否則將影響TCLs控制器的壽命。由于SCs和ESSs控制器都是工作在線性放大區(qū)的模擬控制器，因此它們的工作方式與TCLs控制器完全不同，它們可以在由與電網(wǎng)連接的AC/DC轉(zhuǎn)換器線性工作區(qū)的范圍內(nèi)提供有功和無功功率。因此，本地控制器接收的Pg和Qg，滿足直流電源以及充電/放電基準(zhǔn)電流源的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，使信號滿足轉(zhuǎn)換器交流側(cè)有功功率和無功功率設(shè)定點(diǎn)的要求，同時滿足轉(zhuǎn)換器PQ曲線上的約束條件。然后，在考慮內(nèi)部直流電壓限制的情況下，從假設(shè)的操作點(diǎn)開始計(jì)算實(shí)際的交流設(shè)定點(diǎn)，以避免電力電子裝置可能出現(xiàn)的繼電器跳閘情況。

2.2潮流計(jì)算

分布式電源接入配電網(wǎng)，給配電網(wǎng)的功率損耗、電壓分布和潮流計(jì)算帶來了巨大的影響。當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)后，潮流的流向也會發(fā)生變化，不僅僅是從變電站母線流向負(fù)荷的單一方向，也可能會出現(xiàn)回流現(xiàn)象，其電壓變化更加復(fù)雜，因此有必要對網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布進(jìn)行進(jìn)一步分析。這里將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池等效為PV節(jié)點(diǎn)處理;蓄電池等效為PV節(jié)點(diǎn);負(fù)荷等效為PQ節(jié)點(diǎn)。采用改進(jìn)的前推回代潮流計(jì)算方法，通過無功修正，有分布式電源接入的PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算方法如下：1）形成PV型分布式電源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電抗矩陣，并給定無功初始值，將其轉(zhuǎn)化為PQ型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。2）從線路末端開始前推計(jì)算系統(tǒng)各個支路的損耗和傳輸功率，直至前推到始端電源節(jié)點(diǎn)。3）從始端電源節(jié)點(diǎn)開始，通過已知首段電壓和前推得到的功率，回代計(jì)算支路電壓降和支路末端電壓，直至回代到網(wǎng)絡(luò)線路最末端。4）判斷收斂情況。對于PQ型節(jié)點(diǎn)，連續(xù)兩次迭代的電壓幅值之差小于或等于給定收斂精度即達(dá)到收斂。對于PV型節(jié)點(diǎn)，本次迭代電壓幅值與該P(yáng)V節(jié)點(diǎn)原給定電壓幅值之差小于或等于預(yù)設(shè)精度即為收斂。若收斂，繼續(xù)下一步;否則，則轉(zhuǎn)至步驟2）。

2.3可靠性評估步驟

1）給定初始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分布式電源安裝位置及裝機(jī)容量、負(fù)荷需求量以及線路與分布式電源的故障率、修復(fù)率。2）逐個按時刻進(jìn)行蒙特卡洛仿真，得到每個時刻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。3）對每個時刻的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，判斷網(wǎng)絡(luò)斷裂成的網(wǎng)絡(luò)個數(shù)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流分析。若潮流不平衡，則需根據(jù)潮流不平衡調(diào)整策略進(jìn)行調(diào)整。4）根據(jù)潮流計(jì)算的結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算可靠性指標(biāo)。5）基于TOPSIS法和本征向量法計(jì)算可靠性綜合評估值，再根據(jù)綜合評估值來評價系統(tǒng)的可靠性高低。

2.4儲能在配電網(wǎng)及用戶側(cè)的作用

目前儲能系統(tǒng)用于配電網(wǎng)側(cè)或用戶端的主要應(yīng)用方式是分布式電源和儲能的聯(lián)合運(yùn)行，或是更高級應(yīng)用的微網(wǎng)形式。通過分布式電源、儲能和用戶的協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)三者的優(yōu)化運(yùn)行，能夠提高用戶用電電能質(zhì)量，保障大電網(wǎng)短時故障下的可靠供電。分布式儲能具有很強(qiáng)的靈活性，能夠在應(yīng)對各類突發(fā)事件時作為應(yīng)急電源，實(shí)現(xiàn)按需調(diào)配，并且滿足危急時刻局部重要地區(qū)的用電需求。儲能是分布式發(fā)電及微網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，在包含可再生能源技術(shù)的分布式發(fā)電及微網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，其作用主要體現(xiàn)在穩(wěn)定系統(tǒng)輸出、備用電源、提高調(diào)度靈活性等三個方面。

2.5儲能在發(fā)電側(cè)的作用

對于傳統(tǒng)火電機(jī)組，儲能應(yīng)用于發(fā)電側(cè)，可以提高機(jī)組效率、輔助動態(tài)運(yùn)行、取代或延緩新建機(jī)組。一方面，根據(jù)日前發(fā)電曲線和調(diào)度中心的實(shí)時指令來對儲能系統(tǒng)進(jìn)行充放電，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的總輸出，使發(fā)電機(jī)組可以在接近額定功率的條件下運(yùn)行，增強(qiáng)了發(fā)電廠整體的調(diào)峰能力;另一方面，發(fā)電機(jī)組在用電低谷時段對儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電，可以在用電高峰時段滿足高效、快速地向負(fù)荷放電的同時還可保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語

應(yīng)用改進(jìn)的前退回代潮流計(jì)算方法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)潮流，并對潮流不平衡進(jìn)行調(diào)整，最終計(jì)算系統(tǒng)的綜合可靠性指標(biāo)。隨著主動配電網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，用戶側(cè)作為獨(dú)立的利益主體將更多地參與到配網(wǎng)中來，考慮源—網(wǎng)—荷三方互動的主動配電網(wǎng)可靠性評估是未來重要的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]馮博.考慮儲能配合的主動配電網(wǎng)分布式電源規(guī)劃[D].吉林：東北電力大學(xué)，2018.

[2]嚴(yán)藝芬，吳文宣，張逸.主動配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵問題研究[J].電氣技術(shù)，2016，17（11）：1-5，20.

[3]耿博，孫英英，黃媚，等.考慮分布式電源與需求側(cè)的主動配電網(wǎng)多級協(xié)調(diào)調(diào)度方法[J].電氣技術(shù)，2017，18（7）：21-27.

[4]耿博，孫英英，黃媚，等.考慮分布式電源與需求側(cè)的主動配電網(wǎng)多級協(xié)調(diào)調(diào)度方法[J].電氣技術(shù)，2017，18（7）：21-27.

[5]陸劍.主動配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].青島：青島大學(xué)，2018.