微電網一次調頻備用容量與儲能優化配置方法

2018-02-26 10:10:00 中國電機工程學報　點擊量：評論 (0)

1、項目背景微電網通常由風力發電機、太陽能電池、柴油機、儲能等構成，并網運行的微電網可由大電網提供備用，頻率較為穩定，而孤島運行的

1、項目背景

微電網通常由風力發電機、太陽能電池、柴油機、儲能等構成，并網運行的微電網可由大電網提供備用，頻率較為穩定，而孤島運行的微電網的一次頻率調節主要由柴油機的調速系統來實現，機組間根據機組備用容量和調差系數進行一次調頻。由于風電、光伏等微電源出力具有較大的隨機性，降低了微電網的慣性和頻率穩定性。儲能響應迅速、短時功率吞吐能力強，適合參與電網一次調頻，通過配置儲能系統協助風電機組參與系統頻率一次調節能夠有效彌補低風速下風電機組備用容量不足的問題，但是儲能價格較高，配置大量儲能影響微電網運行經濟性。因此，合理安排微電網孤島運行時的一次調頻備用容量，增強微電網一次調頻能力，對于微電網的安全經濟運行有重要意義。

2、論文所解決的問題及意義

針對孤島運行的風光柴微電網的一次調頻備用容量問題，配置儲能配合風電機組減載運行，協同柴油機共同承擔微電網一次調頻備用，綜合考慮風電的隨機性與調頻的經濟性，以微電網一次調頻成本最低為優化目標，建立了機會約束規劃模型。采用神經網絡和權重改進的線性遞減粒子群算法組成的混合智能算法求解該機會約束規劃，得到不同置信水平下的優化配置方案。所提方法使微電網在不同風況下均有良好的一次調頻能力，同時在滿足一定置信度下使整體調頻備用成本最低，對風光柴微電網一次調頻控制及備用容量配置方法提供了有效的理論依據，提高了微電網一次調頻的經濟性。

3、論文重點內容

1)微電網頻率控制模型

本文研究的微電網包含柴油發電機、風力發電機組和光伏發電三種分布式電源(參見圖1)，運行方式為孤島運行。微電網采用對等控制策略，柴油機和風電機組共同承擔微電網的頻率和電壓控制。光伏發電系統裝機容量占比較小，光伏發電機組不參與調頻。為彌補低風速下風電機組備用容量不足的問題，在風電機組中配置一定容量的儲能裝置構成風電系統提高風電機組調頻能力。

2)基于機會約束規劃的備用容量優化模型

由于風速的隨機性和不確定性，導致風電機組提供的一次調頻備用容量不能時刻滿足系統需求。在極端情況下，風電機組無法提供一次調頻備用。若按此極端情況配置儲能容量，雖然能夠滿足系統調頻需求，但會使微電網系統運行成本大幅提升。本文選擇機會約束規劃來解決微電網一次調頻容量優化配置問題，使微電網一次調頻容量配置問題的目標函數最優值與約束條件之間取得合理的平衡。

模型目標函數：一次調頻備用能夠減小頻率波動，但需要增加微電網的運行成本。本文微電網中風電系統和柴油機共同參與系統一次頻率調節，因此主要將風電機組調頻備用成本、儲能成本、柴油機一次調頻備用成本三部分計入目標函數，在維持頻率穩定的前提下，使一次調頻備用成本最小。

約束條件：根據機組靜態頻率特性，調差系數定決定了機組在負荷改變時參與一次頻率的能力。因此將風力發電機、柴油機、光伏發電機組三個微電源等效為一臺等值電機參與微電網一次調頻，并考慮等值電機調差系數機會約束、風電系統調差系數機會約束、柴油機調差系數機會約束和儲能裝置荷電狀態約束。

3)混合智能算法求解機會約束規劃模型

本文使用概率估計算法和悲觀值算法兩種隨機仿真算法產生輸入輸出樣本，利用這些樣本訓練BP神經網絡逼近隨機函數，然后用通過權重改進的線性遞減粒子群算法求解這個最優化問題。

4)優化結果

取約束置信度為90%，優化迭代次數為300次時的微電網一次調頻備用優化配置結果如圖2所示。

根據優化結果，按照平均風速9m/s，風電機組減載25.6%運行，風電機組提供的備用容量為317.61kW，風電系統提供的備用容量平均為650.57kW。若風電機組的一次調頻備用全部由儲能提供，則備用成本將增加91.7%。因此，本文提出的風儲聯合調頻一次備用配置方法在增強微電網一次調頻能力的同時又大幅降低了一次調頻備用的成本。

置信度在60%~100%范圍內取值時，微電網一次調頻備用成本及各優化變量的優化結果如圖3所示。