【光伏儲能】一種考慮可再生能源不確定性的分布式儲能電站選址定容規(guī)劃方法

:摘要：當配電網(wǎng)的負荷峰谷差較大時可利用BESS實現(xiàn)削峰填谷，解決大規(guī)模可再生能源消納和儲能電站接入電網(wǎng)中其投資成本和運行成本過高的問題，有效提高配電系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性；且在電網(wǎng)中接入儲能系統(tǒng)在一定程度上可降低網(wǎng)絡損耗，節(jié)約儲能投資成本。

（來源：微信公眾號“儲能科學與技術” ID：esst2012 作者：丁倩, 曾平良, 孫軼愷, 徐辰婧, 徐振超）

研究背景

由于風電和光伏固有的隨機性和間歇性等特點，大規(guī)模風電、光伏等可再生能源的快速發(fā)展對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的挑戰(zhàn)，主要包括：棄風棄光、調(diào)峰調(diào)頻、功角與電壓穩(wěn)定等問題。將儲能系統(tǒng)（energy storage system, ESS）接入電網(wǎng)可以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并能夠有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化系統(tǒng)潮流，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益，為大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)問題提供了新的思路，是解決可再生能源接入電網(wǎng)的有效途徑之一。近年來，儲能技術，特別是電化學電池儲能，得到快速發(fā)展，電池儲能成本也得到了持續(xù)下降。但是，儲能成本仍然相對較高，是儲能技術（包括電池儲能技術）在電網(wǎng)中大規(guī)模推廣應用的重要制約因素之一，如何降低儲能的投資成本和運行成本是儲能投資規(guī)劃需要解決的重要問題。在電網(wǎng)中確定儲能的最優(yōu)選址和定容可有效降低整個系統(tǒng)成本。合理地選擇儲能建設位置和容量不僅能夠使整個系統(tǒng)的經(jīng)濟效益最大化，還能改善和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

創(chuàng)新點及解決的問題

針對高比例可再生能源配電網(wǎng)中的儲能選址定容問題，本文提出了一種考慮可再生能源不確定性的分布式儲能電站選址定容方法。在保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的前提下，充分利用新能源發(fā)電，將風電、光伏、水電、常規(guī)發(fā)電機組以及儲能系統(tǒng)看作一個整體，利用五種運行方式的協(xié)調(diào)互補來消納平抑風電和光伏發(fā)電的間歇性波動性，以降低可再生能源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響。從規(guī)劃角度考慮儲能選址定容問題，考慮儲能接入電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性問題，以儲能系統(tǒng)應用于配電網(wǎng)的最佳充放電策略、位置以及容量等為優(yōu)化目標，建立綜合考慮可再生能源出力和系統(tǒng)安全約束下的儲能最優(yōu)選址和定容問題的優(yōu)化模型。文中假設系統(tǒng)的每個節(jié)點都可以安裝儲能系統(tǒng)，包括可再生能源發(fā)電節(jié)點、普通發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點，且其功率和容量統(tǒng)一設置一定范圍內(nèi)。采用雙層優(yōu)化算法對儲能選址和容量配置情況進行優(yōu)化求解，最終可確定配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的最佳位置以及在每個位置的儲能容量和功率，滿足經(jīng)濟上的合理性，使整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的總成本最低。

重點內(nèi)容導讀

建立計及可再生能源不確定性的電化學儲能投資成本和運行成本最小的優(yōu)化目標函數(shù)，采用雙層優(yōu)化算法對儲能選址和容量配置進行優(yōu)化求解。

1）外層優(yōu)化問題

外層優(yōu)化的決策變量為儲能系統(tǒng)的配置位置，屬于整數(shù)規(guī)劃，本文采用的是分支界定法確定儲能的位置。分支界定法可以用于求解純整數(shù)或混合整數(shù)規(guī)劃問題。這種方法靈活且便于計算求解。

分支界定法是對有約束條件的最優(yōu)問題（其可行解為有限數(shù)）的所有可行解空間恰當?shù)剡M行系統(tǒng)搜索。其中分支是把全部解空間反復地分割為越來越小的子集，界定是對每個子集的解集計算一個目標下界。在每次分支后，若某個已知可行解集的目標值不能達到當前的界限，則將這個子集舍去。

2）內(nèi)層優(yōu)化問題

內(nèi)層優(yōu)化考慮了儲能系統(tǒng)和發(fā)電機在風電水電典型日的情況。內(nèi)層優(yōu)化的決策變量為儲能系統(tǒng)的容量和每一時刻的SOC值，是連續(xù)變量，本文采用遺傳算法求解儲能的容量、SOC值。內(nèi)層優(yōu)化的約束條件包含非線性潮流，本文通過調(diào)用Matpower工具箱進行配電網(wǎng)潮流計算。仿真環(huán)境是Matlab及Matpower工具箱和遺傳工具箱，采用多線程并行計算方案大大提高了模型求解效率。算法流程圖如下：

結論

本文針對高比例可再生能源配電網(wǎng)中的儲能選址定容問題，提出了一種考慮可再生能源不確定性的分布式儲能電站選址定容方法，算例以IEEE-39節(jié)點系統(tǒng)為例進行仿真驗證。算例結果表明，本文的方法最終可確定配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的最佳位置以及在每個位置的儲能容量和功率，滿足經(jīng)濟上的合理性，使整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的總成本最低；當配電網(wǎng)的負荷峰谷差較大時可利用BESS實現(xiàn)削峰填谷，解決大規(guī)?？稍偕茉聪{和儲能電站接入電網(wǎng)中其投資成本和運行成本過高的問題，有效提高配電系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性；且在電網(wǎng)中接入儲能系統(tǒng)在一定程度上可降低網(wǎng)絡損耗，節(jié)約儲能投資成本。

原標題:一種考慮可再生能源不確定性的分布式儲能電站選址定容規(guī)劃方法