基于合作博弈的微网储能容量优化配置
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微电网中混合储能系统的容量优化配置摘要:近年来,可再生能源如光伏、风电等在分布式微电网中渗透率不断增加,但绝大部分可再生能源都易受天气、温度和湿度等环境因素影响,导致其能量供应具有波动性、随机性和不可预测性的特点。
因此,可再生能源在接入微电网时,会出现其发电功率与负荷需求不匹配的现象,造成微电网无法安全稳定运行。
本文对微电网中混合储能系统的容量优化配置进行分析,以供参考。
关键词:微电网;混合储能;容量优化引言在微电网系统中,风、光等分布式能源存在着随机与不可控性,因此,为了保证微电网中的储能负荷和用电量匹配,储能装置也必须进行合理的配置。
这样能在改善系统稳定性的同时提高系统中电能的供需平衡度。
但因为各种储能单元价格有差异且储能效果不同,在选择储能装置的时候,应在保证储能容量的最优配置下,获得最高的经济效益。
混合储能系统不仅能有效解决微电网中自调节能力差、体积小、电压骤降或跌落等问题,而且能提高用电可靠性。
1混合储能系统控制策略混合储能系统的基本控制思想是将储能系统需补偿的直流微网内不平衡功率按照频率高低进行分解。
其中,低频段的平均功率波动幅值小,但持续时间长,需补偿的能量大,因此适合电池这类能量型储能器件补偿;高频段的瞬时功率波动幅值大,但持续时间短,往往是毫秒级,因而需要超级电容这类功率型器件进行平抑。
由此可知,合理的功率分解策略是混合储能系统控制的关。
1)混合储能系统动态响应提升方法,混合储能系统控制方法的基本思想是将不平衡功率进行高低频分解,由电池平抑低频段功率分量,超级电容平滑高频段功率波动。
但是,该基本控制方法未考虑因电池、电池控制器以及双向DC/DC变换器较慢的动态响应而引起的电池储能系统电流跟踪误差,从而导致混合储能系统整体响应偏慢,微电网运行稳定性下降的问题。
因此,如何提高混合储能系统的动态响应速度,成为了混合储能系统控制方法研究中的一个重点。
2)预测控制法,前馈控制是在扰动发生之后被控变量未改变之前,根据其作用的大小进行控制用以补偿扰动作用对被控量的影响。
储能系统在微电网中的优化配置与调度研究引言:随着可再生能源技术的快速发展和能源转型的推进,微电网系统作为灵活性相对较高的能源供应方式受到了广泛的关注。
在微电网系统中,储能系统的优化配置与调度是十分重要的任务,它可以有效地改善微电网的稳定性、降低能源成本、提高能源利用率并减少对传统能源的依赖。
本文将就储能系统在微电网中的优化配置与调度进行研究,探讨其在提高能源供应可靠性和经济性方面的潜力和价值。
一、储能系统的优化配置1.1 储能系统的作用和需求储能系统是微电网系统中的重要组成部分,可以将电能在可再生能源供应充足时存储起来,以备晚上或低风速等不可控因素导致供需不平衡时使用。
储能系统可以平衡微电网系统中的能量供需差异,提高能源利用率和能源供应可靠性。
1.2 储能系统的优化配置方法储能系统的优化配置是指在微电网中考虑各种因素的基础上,确定合适的储能容量、类型和位置。
优化配置的目标是在满足微电网系统能量需求的前提下,最大程度地提高能源利用率和经济性。
1.3 储能容量的确定确定储能系统的容量是储能系统优化配置的重要一环。
容量的确定需要考虑微电网系统的负荷预测、可再生能源供应预测、储能系统的充放电效率和成本等因素。
合理的储能容量可以充分平衡供需差异,提高系统的可靠性和效益。
1.4 储能类型的选择根据微电网的需求和特点,选择合适的储能技术和设备是优化配置过程中的另一个重要环节。
目前常用的储能技术包括锂离子电池、钠硫电池、超级电容器等。
不同类型的储能设备具有不同的充放电效率、寿命、成本和容量等特性,要根据具体情况进行选择。
1.5 储能位置的确定储能系统的位置决定了其对微电网系统的影响。
根据微电网的结构和负荷需求,选择合适的位置来安置储能设备是优化配置过程的最后一步。
二、储能系统的调度优化2.1 储能系统的调度策略储能系统的调度策略是指根据实时的电力市场价格、负荷需求和可再生能源供应等因素,合理地进行储能系统的充放电调度,以提高系统能源利用率和经济性。
合作博弈和需求响应的微电网电源容量优化配置合作博弈和需求响应的微电网电源容量优化配置随着能源需求的不断增长和传统化石能源的短缺,新能源技术得到了广泛的应用和推广。
其中微电网作为一种先进的新能源技术,已经得到了广泛的研究和应用。
在微电网的建设和运行过程中,电源容量优化配置是非常重要的环节。
本文将探讨合作博弈和需求响应在微电网电源容量优化配置中的应用。
一、微电网电源容量优化配置的意义传统的电网难以满足用户对电力的提供需求,微电网通过零售商、用户、转化设备和分布式发电设备与传统电网相结合,相互之间进行能源购买和出售交易。
微电网的电源容量优化配置是基于能源需求和供应的平衡,科学合理地配置电源容量,以保证有效的能源利用和减小发电成本。
因此,电源容量优化配置使得微电网能够更好地满足能源需求和实现经济效益。
二、合作博弈在微电网电源容量优化配置中的应用合作博弈是一种目的在于协作和互惠,从而实现共同利益的游戏理论。
应用到微电网中,合作博弈可以用来控制微电网能量间的交流,实现对经济和社会的双重效益优化。
在微电网中,由于存在分布式发电设备者和需求方,各个成员之间的能量协调非常复杂。
若利用合作博弈进行电源容量的分配,则可以更好地平衡各个成员的能源需求,并且实现更完美的能源交流情况,从而优化微电网的经济效益和社会效益。
三、需求响应在微电网电源容量优化配置中的应用需求响应是一种对负荷需求进行管理的技术。
它通过实时监测和管理能源需求,最大限度地利用电能,使得电网运行更加智能化,并且可以实现微电网节能减排的目标。
在微电网中,需求响应可以用于对不同的负荷进行分类地控制,以及电源容量的管理。
在不足的情况下,调整负荷需求,优化能源的使用,以达到更高的经济效益。
四、结论综上,合作博弈和需求响应的技术在微电网电源容量优化配置中具有不可替代的作用。
通过合理的电源容量优化配置,可以更好地满足能源需求和实现经济效益。
因此,微电网建设应重视这些技术的应用和推广。
微电网混合储能系统功率分配策略及容量优化配置研究微电网混合储能系统是指将多种不同类型的储能设备结合在一起,以满足微电网运行过程中的功率需求和能量管理的一种系统。
其功率分配策略和容量优化配置是研究该系统中的重要内容,旨在提高系统的能源利用效率和经济性。
本文将从功率分配策略和容量优化配置两个方面对微电网混合储能系统进行研究。
首先,功率分配策略是指将可用的功率按照一定的规则分配给不同类型的储能设备,以满足微电网运行过程中的不同功率需求。
常见的功率分配策略有:1.能量平衡策略:根据储能设备的能量状态,将功率分配给能量较低的设备,以实现能量均衡。
当一些设备的能量较低时,可以将其他设备的一部分功率分配给该设备,确保系统的能量供应不中断。
2.峰值削减策略:在需要大功率供应时,将功率集中分配给容量较大的储能设备,以满足峰值功率需求,并减少对传统电网的依赖。
在系统负载较小的时候,将储能设备的功率分配给其他设备,以提高整体能源利用效率。
3.频率控制策略:根据微电网运行中的频率波动情况,动态调整储能设备的功率分配。
当频率偏低时,增加储能设备的功率输出;当频率偏高时,减少储能设备的功率输出,以实现频率的控制。
其次,容量优化配置是指确定每种类型储能设备的最优容量,以满足微电网运行过程中的能量需求。
容量优化配置的目标是最大化系统的能源利用效率和经济性。
常见的容量优化配置方法有:1.线性规划模型:根据微电网的功率需求和储能设备的性能特点,建立线性规划模型,以最小化系统的总成本或最大化系统的能源利用率为目标,确定每种类型储能设备的最优容量。
2.遗传算法:利用遗传算法对微电网的功率需求进行模拟,通过不断的进化和选择过程,优化储能设备的容量配置,以找到最优解。
遗传算法具有全局能力,适用于复杂的非线性优化问题。
3.蚁群算法:模拟蚂蚁觅食行为,通过信息素的交流和累积过程,找到最优的储能设备容量配置方案。
蚁群算法能够充分利用系统的局部信息和全局信息,具有较强的优化能力。
微电网中混合储能系统的容量优化配置包烨玮发布时间:2021-06-01T12:09:57.887Z 来源:《基层建设》2021年第3期作者:包烨玮[导读] 摘要:近年来,我国对电能的需求不断增加,微电网建设越来越多。
西北水利水电工程有限责任公司陕西西安 710100摘要:近年来,我国对电能的需求不断增加,微电网建设越来越多。
混合储能系统能够较好应对微电网系统中能源分布的随机性和不可控制性,因而能够更好地保证复杂的微电网稳定且持续地运行。
为进一步优化混合储能系统,从节约能源和节约经济的角度来看,仍需要对微电网中混合储能系统的容量进行进一步的优化配置,从而达到更佳的效果。
关键词:微电网;混合储能系统;容量优化配置引言电力系统的故障不可避免地导致巨大的经济损失和人员伤亡。
不可再生能源的逐渐枯竭正在挑战传统电网和发电系统中不可再生能源的状况。
由于太阳能发电的性质,它具有清洁污染、无面积限制和简单的定期维护的优点。
与风能和生物能等可再生能源相比,总体发展优势更明显。
为了有效抑制由太阳能和负载突然变化引起的功率波动,并保持微电网系统的稳定性。
1光伏微电网系统结构太阳能的输出在不同程度上受各种因素(如光)的影响。
为了解决由负载波动引起的功率不平衡和低频质量问题,我们可以安装适合整个太阳能系统的储能系统。
如果系统由单个储能元件组成,则当将太阳能微电网系统的储能系统连接到电网时,很少会出现一系列问题。
在构建混合储能系统的过程中,为了获得更好的效果,本章选择了电池和超级电容器的数学模型,最后,实现了混合储能系统的构建。
例如,太阳能发电系统、混合能源存储系统等。
所有组件均起作用。
根据电压水平的实际要求,合理使用升压转换器可以顺利连接直流母线和太阳能电池。
2容量优化配置应考虑因素(1)经济因素。
不同种类储能系统的性能具有明显差别,且经济性也具有很大不同,因此在进行混合储能系统的容量配置时,不仅要考虑各储能系统的性能问题,也应考虑不同储能系统的经济性问题。
电力系统中微电网的容量优化配置研究在当今的电力领域,随着能源消费的不断增长和环境问题的日益严重,微电网作为一种新兴的分布式能源系统,正逐渐受到关注和推广。
微电网的能源供应模式更加灵活可靠,能够有效地提高电力系统的可持续性和可靠性。
然而,微电网的容量优化配置问题是一个复杂的挑战,涉及到多个方面的考虑。
一、微电网容量优化配置的背景与意义微电网作为一种小型的独立电力系统,能够在拥有多种能源资源的情况下实现电力供应。
由于微电网的规模相对较小,往往更加适合部署在分布式能源片区或园区等特定场景中。
因此,将微电网应用于城市中的工业园区、商业区、住宅区等区域,可以有效减少长距离输电带来的损耗,并依托本地能源资源提供电力供应,从而降低对传统电力系统的依赖程度。
同时,微电网在应对能源的可持续性和可靠性方面具有较大的优势。
通过充分利用可再生能源,包括太阳能、风能、水能等,微电网能够减少对传统能源的需求,降低对环境的影响。
此外,微电网中的多能互补系统,包括光伏发电、风力发电和储能等,可以保障电力系统的可靠性,减少供电中断的风险。
二、微电网容量优化配置的目标与约束在进行微电网容量优化配置时,需要明确其目标与约束。
一方面,微电网的可持续发展是一个重要目标。
因此,在配置微电网容量时,应优先考虑可再生能源的利用,提高微电网的自给自足能力,减少对传统能源的依赖。
另一方面,为了保证微电网的稳定运行,应考虑电力系统的负荷需求,保持电网的供需平衡,并确保供电的质量和稳定性。
此外,微电网的容量配置还需要考虑电力系统的潜在容量和经济效益。
微电网所需容量的配置应符合电力系统的需求,并在经济上可行。
这意味着在容量优化配置中,不仅要满足能源需求,还要考虑成本效益等因素,从经济和技术两个角度进行综合考虑。
三、微电网容量优化配置的方法与模型针对微电网容量优化配置的复杂性,研究人员提出了多种方法和模型。
其中,最常用的方法是基于数学规划的优化模型。
该模型通常将微电网容量优化配置问题转化为一个目标函数和一系列约束条件,通过求解最优解的方法来实现容量的优化配置。
风光储微电网储能系统容量优化配置摘要:随着新能源的快速发展,微电网系统在城市、乡村等不同场景中得到广泛应用。
然而,由于风力、光照等自然因素的影响,新能源的不稳定性给微电网的可靠性和稳定性带来了很大挑战。
为了提高微电网系统的可靠性和稳定性,储能系统成为微电网中不可或缺的一部分。
在储能系统中,储能容量的配置是一个重要的问题。
本文针对风光储微电网,通过分析储能系统的工作原理,提出一种储能容量优化配置方案,以提高微电网系统的稳定性和可靠性。
期望本文的研究能为相关人员提供借鉴参考。
关键词:微电网;储能系统;储能容量;引言:储能技术作为能源转型的关键领域,受到了越来越多的关注。
与传统的电网相比,微电网系统具有更高的可靠性和更低的传输损耗。
储能系统作为微电网中的一部分,能够有效地解决新能源的不稳定性问题,提高微电网系统的可靠性和稳定性。
储能系统的有效运行和优化配置是实现清洁能源高效利用和应对电力需求波动的重要手段。
此外,储能系统的容量大小直接影响着微电网系统的性能,因此,储能容量的优化配置是提高微电网系统性能的重要问题。
一、储能系统的工作原理储能系统是指将能量从一个时间段转移到另一个时间段的设备,可以对电网的电能进行储存和释放。
在微电网中,储能系统可以根据负荷需求进行充放电,以保证微电网系统的稳定性和可靠性。
储能系统的工作原理主要分为两种情况:一种是储能系统的充电状态,另一种是储能系统的放电状态。
当储能系统处于充电状态时,可以通过外部能源输入将能量储存到电池中,以满足后续储存能量或者供电。
当外部能源充足时,储能系统会尽可能地进行充电以提高电池的电量,以应对突发负荷需求或者新能源不稳定性的影响。
储能系统的充电过程需要考虑外部能源的供给能力以及电池的电量限制,避免充电过程中电池的过度充电或者过度放电。
当储能系统处于放电状态时,可以通过向微电网系统供电或者对负载进行供能。
在微电网系统中,当新能源的产生不足或者负载需求增加时,储能系统可以通过放电来弥补能量缺口,保证微电网系统的稳定性和可靠性。
第51卷㊀第1期2021年㊀㊀2月电㊀㊀㊀池BATTERY㊀BIMONTHLYVol.51,No.1Feb.,2021作者简介:孟垂懿(1979-),男,辽宁人,沈阳工程学院国际教育学院工程师,硕士,研究方向:电气工程自动化;邹全平(1979-),女,辽宁人,沈阳工程学院电力学院讲师,硕士,研究方向:电力系统自动化㊂㊃广告㊃书评㊃微电网中储能系统的优化配置评‘微电网储能运行控制关键技术及应用“孟垂懿1,㊀邹全平2(1.沈阳工程学院国际教育学院,辽宁沈阳㊀110136;㊀2.沈阳工程学院电力学院,辽宁沈阳㊀110136)㊀㊀近年来,新能源技术的兴起促进了微电网储能系统的快速发展,人们对储能技术的研究逐渐深入㊂周金辉等著的‘微电网储能运行控制关键技术及应用“一书,聚焦于微电网中储能系统的控制及关键技术研究,首先对各种电池储能技术的发展及应用做了简要介绍,并阐述微电网中储能系统的重要性;继而对储能系统的建模进行了深入探讨,给出稳态建模和暂态建模的方法;然后分析了独立型和并网型两类微电网模式的储能优化配置方法,并制定相应的储能运行策略;接着阐述储能技术在微电网中的应用,设计了基于多代理系统(MAS)的能量管理系统和利用联络线进行功率控制的优化算法,并简要介绍微电网中的并联控制技术及混合储能技术;最后列举了几个微电网储能工程的实际应用案例㊂1㊀储能技术简介储能技术是指将电能转化为其他形式的能量存储起来,应用时再释放的技术㊂随着科技的发展,各种储能方式不断出现,如电化学储能,包括铅酸电池㊁锂离子电池和液流电池等;机械储能,包括飞轮储能㊁压缩空气储能等;电磁储能,包括超级电容器㊁超导磁储能等㊂铅酸电池的应用较广泛,由于功率上限较低,价格便宜,在低功率等级的领域(照明㊁通信等)应用中经济效益最高㊂在大功率应用方面,压缩空气储能发展较为成熟,最高功率可达兆瓦级,适合大规模商用㊂微电网是由各种能量存储㊁保护㊁转换装置及相关控制系统组成的分布式发电系统,储能系统在微电网中发挥着重要的作用,可控制微电网中联络线的功率波动范围,灵活地调节输入输出功率;还能在微电网处于孤岛模式时,控制电压和频率的稳定,并提供暂态功率支撑㊂研究微电网中的储能技术,显得尤为重要㊂2㊀微电网中储能系统的建模分析在微电网中,储能系统占据了重要的位置,其中储能变流器对储能系统功能的正常发挥起着至关重要的作用㊂根据工作原理的差异,储能变流器可分为单极式和双极式两种㊂单极式储能变流器主要由交直流滤波器㊁逆变电路㊁直流侧电路和预充回路等组成,直流电压范围相对较窄,体积较小,成本低,控制策略简单易懂,且转换效率较高,在铅酸电池及锂离子电池中应用较多㊂双极式储能变流器中增加了直流电(DC)/DC 电路,用来控制电压的升降,直流电压范围相对较宽,最低可达0V,但体积略大,成本高昂,控制策略较复杂,转换效率达不到主流应用的需求㊂目前来说,应用面较窄,在超级电容器等没有初始电压的元件中应用较多㊂该书对几种常见的储能系统进行建模分析研究㊂首先,针对3种常见的储能系统建立稳态分析模型:①在锂离子电池系统中,建立了电池的充放电约束模型㊁荷电状态(SOC)计算模型和重置周期的计算模型等;②在铅酸电池系统中,建立了可用容量计算模型㊁SOC 计算模型和剩余容量计算模型等;③在超级电容电池系统中,建立了数学模型㊁稳态计算模型等㊂其次,针对3种常见的储能系统建立暂态分析模型:①在锂离子电池系统中,为了达到最佳的电池瞬态稳定效果,建立了新一代汽车合作伙伴计划(PNGV)及改进模型㊁大容量蓄电池系统(LCBS)模型等,为SOC 的精确估算提供了极大的帮助;②在铅酸电池系统中,建立了CIEMAT 模型㊁KiBaM 模型等,以实现负荷㊁能量㊁电压和充放电功率等的精确计算;③在超级电容电池系统中,建立了物理结构模型㊁电气模型和阻抗模型等,以提高容量㊁阻抗等的计算精度㊂3㊀微电网中储能优化配置一般来说,微电网包括独立型和并网型两大类㊂独立型微电网不与大电网连接,而是利用风力㊁光伏等方式发电,能起到保护环境㊁提高资源利用率的作用,常用于海岛及偏远地区㊂并网型微电网实际与大电网相互连接,储能功能多样,能减小电压电流波动对电网的影响,还能提高微电网的利用率和供电质量,适用于城市内部㊂这两类微电网中的电池储能系统,以锂离子电池和铅酸电池为主,在微电网正常运行时,储能系统和微电网之间会产生功率和能量的流动,因此,SOC㊁充放电功率㊁充放电电量和电池寿命周期等参数,能够体现储能系统的优劣㊂基于此,该书建立了微电网中储能系统的模型,研究了上述参数的关系及精确计算方法㊂电㊀㊀㊀㊀池BATTERY㊀BIMONTHLY㊀第51卷储能设备的容量对微电网的运行可靠性和经济性影响很大㊂如果容量配置达不到完成任务的要求,会影响微电网的正常运行;如果容量配置过大,会增加经济成本㊂优化储能容量配置,并制定相应的储能运行策略,可实现经济和社会效益的共赢㊂目前,科研人员通常从经济㊁技术和环保等方面来衡量微电网的性能㊂经济性指标包括投资㊁安装㊁运行㊁维护㊁使用寿命㊁燃料用量和残值处理等,以评估微电网的经济效益;技术性指标包括可再生能源的发电比㊁丢弃率和失负荷率等,以反映微电网运行性能的好坏;环保性指标包括CO㊁CO2等废气及固体废弃物的排放量等,以衡量微电网的环保性能㊂在优化微电网的配置时,要考虑实际的需求,针对某个指标(通常是经济性)或多个指标(经济性+环保性/可靠性)进行优化㊂无论是哪种优化方式,都需要建立目标函数,再在独立型微电网中设置安全约束(容量)㊁运行约束(功率)条件,或在并网型微电网中设置运行约束(功率)㊁配置约束条件,得到理想状态下的优化结果㊂除了优化储能配置之外,良好的储能运行策略也会对微电网的运行效果产生重要影响㊂通常,在独立型微电网中,固定逻辑规则运行策略较为常见,即电源按照某种事先设计好的次序按部就班地工作㊂在并网型微电网中,优化运行策略则应用广泛,该策略能够全盘考虑全网的运行工况,选择最合适的目标设计优化方案㊂4㊀储能在微电网优化控制中的应用随着科技的进步,光伏发电在西部地区的应用越来越多,但光伏发电只能在天气晴好㊁阳光明媚的日间进行,不易控制㊂要在微电网中布置储能装置,以充分利用光转电的能量,减少柴油机的运行时间,保障微电网系统的安全经济运行㊂目前,在独立型微电网中,人们建立了光储水柴系统㊂在该系统中,电源在区域上分布范围较广,需要密切考虑区域电压和频率对电源间协调工作的影响;同时,该系统中的控制器是相互独立㊁互不影响的,可实现分布式控制㊂基于此,针对独立型微电网,该书设计了一种基于MAS的能量管理系统,该系统由分布式架构组成,包括预测层㊁调度层及控制层㊂预测层可实现系统功率预测,获取各种电价信息及用户信息等;调度层能根据电网的运行情况重新分配功率,以满足实际需求;控制层可在微电网正常运行时调节电网电压,在出现意外时切换控制策略,进行负荷切换和备用功率分配㊂根据能量管理系统组成,该书设计了基于MAS的能量优化管理算法,在调度层中添加虚拟竞价机制,使设备代理充分表达意愿,做出合理的决策㊂针对功率控制偏差的问题,优化算法将出现误差的功率转移到备用电源上,实现动态功率分配㊂为验证优化算法的有效性,该书建立了PXI-RTDS仿真系统,设置小水电输出的最小功率为0.5MW,柴油发电机输出的最小功率为0.5MW,并给出多种突发事件,以验证算法效果㊂提出的算法可进行夜间调峰,充分利用了过剩的光伏发电电能,并提高了发电利用率,减小了功率误差㊂在并网型微电网中,该书提出一种利用联络线进行功率控制的优化算法㊂该算法通过滚动优化的方式调节充放电功率,并利用预测校正方式优化充放电状态,使经济效益最大化;同时,算法利用控制单元的协调工作实现充放电功率的二次分配,以延长储能系统的使用寿命;最后,算法制定了联络线功率控制策略,对功率平滑㊁自平衡等进行优化控制㊂通过实际的风光储微电网系统建立模型,验证功率控制优化算法的有效性㊂结果表明,算法抑制功率波动的效果较好,并能根据电网的负荷情况重新分配功率㊂5㊀微电网中的关键技术在微电网中,储能变流器以并联的方式连接在一起,组成储能系统,实现功能控制㊂常见的并联控制技术包括:①集中控制,即所有的储能变流器均由中央控制器控制,统一实现幅值㊁频率和相位等的同步调节,操作简单,可实现良好的均流效果,但如果中央控制器停止工作,会导致整个系统罢工,可靠性并不强;②主从控制,即在每个变流器中均导入同步信号,然后设置一定的逻辑规则确定主机,当主机出现故障时,重新选定新的主机,但是在主机切换的过程中,系统可能会出现断电现象,导致可靠性降低;③分布式控制,即各个变流器之间只通过输出负载线连接,每个变流器可以独立工作,互不影响,可靠性最高㊂由于不同的微电网结构各异,对于储能系统的要求也有所不同㊂目前,微电网使用的储能技术以混合储能为主㊂根据接入方式的不同,混合储能系统又可以划分为集中式和分布式两类㊂集中式混合储能是在母线上放置若干个储能元件以及DC/交流电(AC)变流器,实现电能的输入和输出,成本较低,简单易控制;分布式混合储能则根据实际应用场合,按照需求放置储能元件,然后接入电网,灵活方便,容易扩容,但是维护成本较高,控制策略较复杂㊂6㊀微电网储能工程实际案例目前,微电网储能的相关研究成果在实际工程中展开了较为广泛的应用㊂该书介绍了南麂岛离网型㊁鹿西岛并网型和西藏阿里光储水等微电网应用工程的建设情况,并根据各个地区的水文㊁气候㊁地势等不同特点,建立符合当地实际发展需要的微电网工程,以实现资源㊁能源的合理利用㊂7㊀结语‘微电网储能运行控制关键技术及应用“一书融合了微电网理论知识和实际应用案例,详细阐述了微电网的储能系统建模㊁配置优化㊁能量管理和关键控制技术等相关内容,并给出了具有代表性的微电网储能工程实际案例㊂该书理论联系实际,逻辑清晰,目标明确,可供从事新能源发电㊁微电网储能研究的工程技术人员及相关专业高校师生参考㊂书名:微电网储能运行控制关键技术及应用作者:周金辉等㊀编著ISBN:9787519846602出版社:中国电力出版社出版时间:2019-11-01定价:¥66.00元收稿日期:2020-12-29Ⅱ。
微电网储能系统容量优化配置研究微电网储能系统容量优化配置研究随着能源需求的不断增加和传统电力系统的发展瓶颈逐渐显现,微电网开始成为解决能源供应问题的一种有效途径。
微电网是指由可再生能源、储能设备和先进的电力电子技术组成的局部供电网络,具备独立运行能力,可以为小区、企业甚至城市等提供可靠的电力供应。
在微电网系统中,储能系统起到重要的作用,可以平衡电力的供需关系,并提供备用电力支持,以应对突发事件和电力负荷波动等问题。
储能系统是微电网系统中的关键部分,其容量的配置对系统的运行效率和稳定性具有重要影响。
为了实现微电网储能系统容量的优化配置,需要考虑多个因素,包括能源需求、供应能力、系统负荷、储能设备特性等。
下面将从不同角度分析这些因素,并提出相应的优化配置策略。
首先,储能系统容量的配置应根据微电网系统的能源需求来决定。
能源需求是指在特定时间内,微电网系统需要供应的电力总量。
为了准确估计能源需求,可以通过对历史用电数据的分析和预测方法进行研究。
根据预测的能源需求,可以确定储能系统的最小容量,并在此基础上根据系统可靠性要求进行扩容。
其次,储能系统容量的配置还应考虑可再生能源的供应能力。
微电网系统主要依靠太阳能、风能等可再生能源进行供电,因此可再生能源的供应能力直接影响储能系统的容量配置。
供应能力主要受到可再生能源的可利用性和天气条件等因素影响。
可以通过对不同可再生能源的特性进行研究,确定供应能力的上限,并在此基础上进行储能系统容量的配置。
此外,储能系统容量的配置还应考虑系统负荷的特点。
系统负荷是指微电网系统在特定时间内需要供应的电力负荷总量。
为了准确估计系统负荷特点,可以通过统计和分析历史负荷数据来确定负荷曲线,并结合系统运行情况,确定储能系统的最优容量。
最后,储能系统容量的配置还应考虑储能设备的特性。
储能设备的特性包括充放电效率、储能容量、充放电功率等。
为了实现容量的优化配置,需要综合考虑储能设备的特性,并在满足能源需求和供应能力的条件下,确定储能系统的最优容量。
基于合作博弈的微网储能容量优化配置叶飞; 顾晨【期刊名称】《《电力需求侧管理》》【年(卷),期】2019(021)005【总页数】6页(P11-16)【关键词】微网; 储能; 容量配置; 合作博弈【作者】叶飞; 顾晨【作者单位】国网扬州供电分公司江苏扬州 225009【正文语种】中文【中图分类】TM45; TK0180 引言微网是解决分布式电源并网和消纳问题的重要手段,是智能电网的重点发展方向。
可再生能源出力的随机性以及负荷的波动对功率平衡、频率稳定造成影响。
储能设备在微网中占据重要地位,储能设备可以快速抑制功率不平衡引起的振荡,参与微网电压和频率调节[1—2]。
但是电池储能系统价格昂贵,容量越大成本越高,因此合理配置储能容量是提高微网经济性和可靠性的重要研究方向。
目前常见的微网储能容量优化配置方案主要针对出力、负荷波动与经济调度。
文献[3]利用离散傅里叶变换对可再生能源输出功率进行频谱分析,求解在储能充放电效率等约束下储能电池的最小容量。
文献[4]基于经济调度在并网和孤网运行方式下确定最小储能容量。
文献[5]在分析平抑风电波动的过程中,利用模型预测控制算法求解不同幅频特性风电下储能的容量优化配置。
文献[6]在考虑风电功率不确定性的基础上,提出一种基于频谱分析的混合储能系统容量求解方法。
此外,还有文献利用神经网络模型[7]、改进小波算法[8]、以及博弈论[9]等方法对储能容量配置进行了研究。
例如,文献[10]建立了风、光、储混合电力系统博弈规划模型,讨论风、光、储的容量优化配置。
文献[11]基于合作博弈建立微电网功率交换模型,以减少储能使用,提高能源效率。
另一方面,考虑到储能的快速响应特性,在电网频率突变情况下,储能可用来参与调节电网频率变化,稳定电网频率[12]。
然而现阶段,还未有文献同时考虑储能参与经济性调度与电网辅助应急调频。
事实上,电池在参与经济性调度的大部分时间内,电池荷电状态(state ofcharge,SOC)和功率均未达到额定容量和功率,从而造成了储能资源的浪费,因此可以将该部分功率和容量用来参与电网应急调频,以实现储能资源的最大化利用。
鉴于此,本文以与电网相连的多个微网系统为研究对象,考虑微网的电量成本、装置投资维护成本、用户售电收益,同时在优化过程中引入交互功率波动惩罚成本,以一天综合费用最低为优化目标,对储能系统容量配置以及经济性调度展开分析。
同时,建立了储能系统辅助参与电网一次、二次调频模型,利用储能空闲资源参与电网应急调频。
1 微网储能设备工作模式当分布式发电量大于用户负荷时,电量存到储能设备中;当发电量小于用户负荷时,储能设备为用户提供电能,从而减少交换功率波动。
这种差额补偿式工作模式是储能系统在微网应用中的最基本模式。
用户负荷可分为可转移负荷(电动汽车、洗碗机等)和不可转移负荷(电视、灯、冰箱等)。
以电动汽车为代表的可转移负荷借助电池管理系统(battery energy storage system,BESS)有序充放电参与需求响应[13]。
此外,电动汽车等电池储能设备在电网频率调节中具有响应迅速、能量转换效率高、调用资源丰富等优势[14—15]。
深度挖掘用户数据,建立智能用电系统是未来综合能源服务的发展方向[16]。
因此,本文提出一种储能设备综合工作模式,如图1 所示。
设想每个微网配备智能负荷管理系统,可以安排微网内可转移负荷的用电计划,给BESS下达充放电指令。
图1 储能设备综合工作模式Fig.1 Comprehensive working mode of energy storage equipment1.1 储能设备有序充放电储能设备在参与需求响应过程中,当用户处于用电低谷时段或者分布式电源发电过剩时,可将该部分能量存进储能系统;而当用户处于用电高峰时段或者出现需求缺额时,可通过储能释放电能供用户使用,从而降低用户购能费用。
储能系统在进行有序充放电过程中,其储能状态可用下式表示式中:为用户n的储能系统在时段h 的储能状态;和分别为h 时段储能充、放电能量;ηch和ηdis 分别为储能系统的充、放电效率。
此外,储能在充放电过程中,储能状态在任意时刻不能高于储能最大存储容量,充放电功率不能大于储能最大充放电功率,即式中:CB,n 为用户n 的储能容量;PB,n 为储能系统最大充放电功率。
1.2 储能设备对电网频率的控制由于电网会存在各种突发状况导致频率不稳定,当电网频率出现非稳定情况,此时储能设备可以作为备用容量对频率进行调节,尽快稳定频率。
1.2.1 参与电网一次频率控制的模型储能装置能够模拟发电机组的功频静特性。
储能电池参与电网一次调频时其充放电功率为式中:ΔeB,n1 为储能电池充放电功率标幺值;emaxB,n 为储能电池最大充放电功率标幺值;KB,n1 为储能电池的相应系数标幺值。
1.2.2 参与电网二次频率控制的模型储能电池参与电网二次调频可以消除稳态误差,辅助电网快速恢复。
储能设备参与二次调频充放电功率为式中:KBA,n 为储能AGC控制增益;B 为储能AGC增益系数;KB,n2 为二次调频等效增益。
经拉普拉斯变换可得储能设备参与一二次调频功率2 微网储能容量优化配置模型2.1 微网电量成本微网的电量成本主要包含购电支出和卖电收益。
假设微网n在h时段从电网购电量为xhp,n,向电网卖电量为xhs,n,则N个微网在h时段从电网总购电量和卖电量为卖电单价为上网补贴电价Ps,微网n 一天内向电网卖电收益为购电单价与微网总购电量有关,采用如下模型因此,一天内从电网购电所需费用为2.2 微网投资维护成本微网投资维护成本主要包括储能设备一次性的投资成本、分布式发电装置以及储能的维护费用。
储能设备投资成本为式中:为单位容量储能投资成本;为单位功率储能投资成本。
一天内分布式发电装置(光伏和风电)以及储能设备的维护成本可以表示为式中:λPV 和λWT 分别为光伏(photovoltaic,PV)和风机(wind turbine,WT)单位电量运行成本和分别为h时段PV和WT的发电功率;λB 为储能单位电量运行成本;和分别为h时段储能充电和放电功率。
负荷的转移会导致功率波动,交互功率波动惩罚成本为式中:Xh为h 时段的交互功率;λe 为对交互功率波动方差的惩罚系数。
基于以上分析可知,微网一天的综合费用为通过求解式(13)的最小化问题,即可获得对应的储能最优容量、各时段负荷安排以及从电网购电的最优安排。
3 合作博弈模型3.1 合作博弈思想合作博弈指全体参与者集体理性,相互协调确定自身策略的博弈行为。
合作博弈选择的结果对各博弈方有利,即参与合作的博弈方必须能够在合作博弈中获得好处才会参与博弈[17]。
设N={1 ,2 ,…,n} 为n 个参与者构成的集合,对于任意一个子集S ⊆N,如果存在实函数V(S)满足下列条件:(1)V( φ)=0,φ 表示空集;(2)对于N中的任意两个子集S1、S2,满足 V( S1 ⋃ S2 )≥V( S1)+V( S2 ),则把[N,V]称为m 个参与者的合作博弈,其中V(S)为m个参与者对策的特征函数。
如果将N中任意一个子集S作为一个联盟,V(S)则描述整个联盟的收益。
就本文而言,配网中m 个微网形成一个合作联盟,合作博弈的解集是m 个微网在收益函数V (m)下的一个分配方案。
3.2 合作博弈模型合作博弈下微网储能容量优化配置目标函数如式(16)所示式中:为第m个微网在h时段的供用电计划,而,即除了第m 个微网以外所有微网在h 时段的供用电计划;Cm为第m个微网一天的综合费用。
基于上述分析,微网储能容量优化配置合作博弈模型为:(1)参与者:配网中参与博弈的m个微网;(2)策略集:每个微网在每个时段选择的供用电计划Xmh;(3)收益函数:每个微网一天综合费用Cm(Xm,X-m)微网根据收益函数持续调整其策略,即每个时段的供用电计划,直到整个系统一天的综合费用达到最小。
一旦微网整体一天费用达到最小,任意一个微网的供用电计划的改变都会打破平衡导致整体费用增大,这一平衡下配网中所有微网的供用电计划即为合作博弈下的纳什均衡解。
纳什均衡解满足如下条件当博弈满足以下条件时,存在唯一纳什均衡解[18]:①有限个参与者;②策略空间封闭有界;③收益函数在策略空间连续且为凸函数。
本文合作博弈模型满足以上条件,所以纳什均衡解唯一存在。
3.3 均衡模型求解为了解决优化问题,本文采用了粒子群和内点法相结合的算法。
其中,粒子群算法用来优化储能容量,内点法用来优化用户用能安排,具体流程如图2所示。
粒子群优化算法的参数为:迭代次数t=100,粒子数m=20,惯性权重ω=0.792,学习因子ρ1=ρ2=1.494。
图2 算法流程图Fig.2 Algorithm flow chart4 算例结果与分析4.1 算例介绍假设共有3个微网与电网相连。
一天为H=24 h,每个时段为1 h。
一天内微网的能耗分为三个时段:谷时段(0:00~6:00和22:00~24:00)、平时段(6:00~17:00)和峰时段(17:00~22:00)。
假设ah 在谷时段为0.2,平时段为0.3,峰时段为0.4。
bh 在谷时段为53,平时段为111,峰时段为179。
ch 为0。
在双向能量交易中,销售价格为kS=37美元。
PV与WT的单位生产成本分别为26美元和21美元。
对于BESS,寿命为20年,折现率R 为8%,单位运行维护成本为1.35美元,投资成本为49.7美元,充电效率和放电效率为92%,最大充电/放电功率为0.7/0.9 MW。
系统的负荷预测曲线以及可再生能源发电功率如图3所示。
图3 典型日功率曲线Fig.3 Typical daily power curve4.2 优化结果与分析图4所示为参与合作的微网费用随着算法迭代次数增加时的变化情况。
从图4中可以看出在前10次迭代过程中,微网费用急剧减少,迭代到15次后费用达到最小值。
这表明本文所提算法具有较好的收敛性。
图5所示为微网用户用能安排,从中可以看出微网大部分负荷由分布式电源提供,只有在用电高峰时段才会向电网购入少部分电能,而其他部分电能均由分布式电源和储能系统提供,从而可以有效降低微网购能费用。
图6所示为经过优化后得到的最优储能容量和最低费用。
从图6 中可以看出,为了降低用能费用,微网会配置较大容量的储能系统;微网在有博弈优化后,费用会明显降低。
此外,和未参与博弈优化的微网相比,参与博弈优化后微网配置了较大的储能容量,因此微网可以消纳更多分布式电源发电量,还可进一步将剩余储能空间用于微网辅助调频,从而有利于微网系统的安全稳定运行。
图4 微网费用Fig.4 Cost of microgrid图5 微网用能安排Fig.5 Energy arrangement for microgrid图6 最优储能容量和费用Fig.6 Optimal energy storage capacity and cost图7 储能系统SOC和剩余功率Fig.7 SOC of energy storage system and remaining power本文所提场景下,微网储能系统在参与需求响应后有剩余功率情况下,可为电网提供调频辅助服务。