儲(chǔ)能電站對(duì)電網(wǎng)相稱(chēng)性的影響研究

儲(chǔ)能電站主要是指利用各種類(lèi)型的儲(chǔ)能方式構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其可有效實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，消除峰谷差，平滑負(fù)荷。通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)能電站的運(yùn)行方式，對(duì)分布式電源送出的電能進(jìn)行貯存或調(diào)節(jié)，并將分布式電源高質(zhì)量的接入電網(wǎng);也可利用儲(chǔ)能電站系統(tǒng)電力充沛時(shí)貯存電能，在電力緊缺時(shí)釋放電能，解決供需矛盾。

美國(guó)著名學(xué)者杰里米˙里夫金首先提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景，并引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。能源互聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改變能源利用模式。里夫金認(rèn)為，支持大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入是能源互聯(lián)網(wǎng)最大的特點(diǎn)之一。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“即發(fā)即用”的運(yùn)行模式將會(huì)被“儲(chǔ)能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供聯(lián)用”的模式取代，而其中儲(chǔ)能電站將是能源互聯(lián)網(wǎng)最重要的技術(shù)之一?？梢灶A(yù)見(jiàn)，目前電力系統(tǒng)“即發(fā)即用”的運(yùn)行模式將會(huì)被“儲(chǔ)能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供聯(lián)用”的模式取代。

長(zhǎng)期以來(lái)，電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)行為分析多是通過(guò)基于還原論的“仿真-建模-求解”方法實(shí)現(xiàn)，難以合理解釋由小故障引發(fā)的大規(guī)模停電事故發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制。采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，通過(guò)電網(wǎng)自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，以研究故障傳播機(jī)理與臨界動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)再設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可分為發(fā)電型和受電型兩大類(lèi)，例如，發(fā)電站即為發(fā)電型節(jié)點(diǎn)，變電站則是受電型節(jié)點(diǎn)。但增加儲(chǔ)能系統(tǒng)后，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能將相應(yīng)改變，例如儲(chǔ)能型變電站蓄能情況下可視為受電型節(jié)點(diǎn)，放電時(shí)又可視為發(fā)電型節(jié)點(diǎn)。

儲(chǔ)能電站因其“發(fā)電-蓄電”的“角色轉(zhuǎn)換”會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生直接作用與影響，而電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也必然隨之變化。其中，儲(chǔ)能電站的“角色轉(zhuǎn)換”對(duì)網(wǎng)絡(luò)相稱(chēng)性的影響最為直接。相稱(chēng)混合性(Assortative Mixing) 又稱(chēng)相稱(chēng)性，是一種特殊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征。在網(wǎng)絡(luò)中具有某種特征的一類(lèi)節(jié)點(diǎn)傾向于同具有相同特征的節(jié)點(diǎn)連接則稱(chēng)其為相稱(chēng) (Assortativity)，如節(jié)點(diǎn)傾向于連接到相異特征的節(jié)點(diǎn)連接則稱(chēng)其為非相稱(chēng)(Disassortativity)。

長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)者們對(duì)儲(chǔ)能電站的應(yīng)用規(guī)劃做了大量工作，建立了不同應(yīng)用場(chǎng)合下不同儲(chǔ)能方式的電站規(guī)劃模型，這些模型多以評(píng)估經(jīng)濟(jì)收益為研究對(duì)象。此外，對(duì)于電網(wǎng)的小世界特征與無(wú)標(biāo)度特征也已有深入研究。有研究表明，相稱(chēng)性的增大會(huì)使系統(tǒng)臨界行為被逐漸破壞;節(jié)點(diǎn)重復(fù)崩潰發(fā)生率越頻繁，崩潰規(guī)模越大。

基于上述分析，本文以典型電網(wǎng)相稱(chēng)性研究為基礎(chǔ)，針對(duì)電網(wǎng)中接入儲(chǔ)能電站后相稱(chēng)混合性的變化開(kāi)展進(jìn)一步研究，旨在找到造成相稱(chēng)性差異產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理，為研究智能電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展演化和電力系統(tǒng)的臨界性行為等提供基礎(chǔ)。

(a)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(b)接入儲(chǔ)能電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

 

●代表發(fā)型節(jié)點(diǎn);○為受電型節(jié)點(diǎn)

圖2 儲(chǔ)能電站的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)論

相稱(chēng)混合性是一種特殊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征，是影響網(wǎng)絡(luò)自組織臨界性行為重要因素之一，對(duì)研究電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)脆弱性、連鎖故障的內(nèi)在傳播機(jī)制及相應(yīng)的電網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為具有重要意義。

通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)電網(wǎng)g-l混合模式分析，發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功能定位的不同造成電網(wǎng)非相稱(chēng)特征差異。設(shè)計(jì)了基于NW小世界網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)模型，對(duì)模型相稱(chēng)系數(shù)、特征路徑長(zhǎng)度和集聚系數(shù)的分布分析發(fā)現(xiàn)：小世界特征是造成某些結(jié)構(gòu)非相稱(chēng)性更加顯著的主要因素。

為研究?jī)?chǔ)能電站不同接入方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊?，設(shè)計(jì)了基于隨機(jī)方式和規(guī)則方式的儲(chǔ)能電站接入模型。通過(guò)分析基于實(shí)際電網(wǎng)拓?fù)鋮?shù)的相稱(chēng)系數(shù)變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)隨著儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)不斷地被接入網(wǎng)絡(luò)，相稱(chēng)系數(shù)不斷增大，即相稱(chēng)性增強(qiáng)。相稱(chēng)性的增強(qiáng)則使網(wǎng)絡(luò)不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)間的分布更加“不均勻”，使電網(wǎng)對(duì)連鎖故障的抵御能力下降。