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  • 頭條湖南大學(xué)科研人員提出綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能事故備用優(yōu)化利用的新方法
    2022-01-14 作者:劉小龍 李欣然 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、國網(wǎng)湖南省電力有限公司長沙供電分公司的研究人員劉小龍、李欣然、劉志譜、盧穎華、羅真,在2021年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,針對綜合能源系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行中如何提高儲(chǔ)能事故備用容量利用效率的問題,提出一種基于風(fēng)險(xiǎn)量化與需求側(cè)響應(yīng)的儲(chǔ)能事故備用優(yōu)化利用方法。仿真驗(yàn)證表明,所提方法能夠在承擔(dān)較小風(fēng)險(xiǎn)的情況下提高綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,具有很好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

    目前,傳統(tǒng)化石能源短缺問題越來越受到關(guān)注,為了能夠高效、可持續(xù)地利用多種能源,綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy System, IES)成為研究熱點(diǎn)之一。絕大部分時(shí)間IES處于并網(wǎng)狀態(tài),考慮到重要負(fù)荷的特殊地位,系統(tǒng)會(huì)為重要負(fù)荷預(yù)留足夠的事故備用容量,以應(yīng)對非計(jì)劃脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。目前已有較多針對事故備用或旋轉(zhuǎn)備用方面的研究。

    但是這些文獻(xiàn)的備用容量研究主要是針對電力系統(tǒng)而言,且關(guān)注的焦點(diǎn)在備用容量的配置及分配方面,針對不同狀態(tài)動(dòng)態(tài)優(yōu)化利用事故備用容量的研究較少。與大電網(wǎng)不同,IES對重要負(fù)荷的事故備用具有更強(qiáng)的針對性,需根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷特性進(jìn)行備用配置。與柴油機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)等備用電源相比,具有快速響應(yīng)能力以及短時(shí)高倍率放電等優(yōu)點(diǎn)的電儲(chǔ)能是IES理想的備用電源。

    然而,與之矛盾的是,受益于目前大電網(wǎng)極高的安全性和穩(wěn)定性,IES在實(shí)際運(yùn)行過程中,配置的儲(chǔ)能事故備用基本處于閑置狀態(tài),在一定程度上造成資源浪費(fèi)。在承擔(dān)一定風(fēng)險(xiǎn)的情況下,可考慮以下幾個(gè)因素優(yōu)化利用儲(chǔ)能備用,進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性:①考慮系統(tǒng)各時(shí)段重要負(fù)荷需求差異;②考慮系統(tǒng)所處區(qū)域不同狀態(tài)(特別是天氣狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)等)下發(fā)生事故的概率差異;③考慮不同事故發(fā)生后損失的差異。

    另一方面,柔性負(fù)荷的調(diào)節(jié)是緩解供需側(cè)矛盾的重要手段之一。隨著手機(jī)、智能無線設(shè)備和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展,電池的需求越來越廣。電池生產(chǎn)過程中的分容測試逐漸采用能量回饋的形式以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。目前,廠商對分容工序充放電參數(shù)設(shè)置過于簡單,通過需求響應(yīng)手段優(yōu)化分容工序,不僅可以提高并網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí),還可以滿足脫網(wǎng)情況下部分重要負(fù)荷的供電需求,以進(jìn)一步優(yōu)化利用儲(chǔ)能事故備用容量。系統(tǒng)中若含有溫控負(fù)荷,可利用其柔性特征,在許可范圍內(nèi)降低舒適度,起到短時(shí)緩沖供能不足的作用。

    為兼顧脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)與并網(wǎng)收益,并考慮分容電池與溫控負(fù)荷的柔性特征,湖南大學(xué)、國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司的研究人員提出一種基于風(fēng)險(xiǎn)量化與需求側(cè)響應(yīng)的儲(chǔ)能事故備用容量優(yōu)化利用方法。

    所提方法總體算法步驟如圖1所示。首先,構(gòu)建某電池生產(chǎn)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)(IES)設(shè)備能量模型;然后,綜合考慮非計(jì)劃脫網(wǎng)概率以及重要負(fù)荷損失將脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化;在此基礎(chǔ)上,兼顧脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)與并網(wǎng)收益,同時(shí)考慮園區(qū)需求側(cè)響應(yīng),構(gòu)建基于風(fēng)險(xiǎn)量化與需求側(cè)響應(yīng)的IES優(yōu)化調(diào)度模型,通過線性化處理將其轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解,考慮到預(yù)測偏差,通過模型預(yù)測控制(Model Predictive Control, MPC)滾動(dòng)修正,實(shí)時(shí)跟蹤求解出的聯(lián)絡(luò)線功率與電儲(chǔ)能備用日前計(jì)劃值,消除預(yù)測誤差,最終確定最優(yōu)方案。

    湖南大學(xué)科研人員提出綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能事故備用優(yōu)化利用的新方法

    圖1 總體算法步驟

    該研究成果可歸納如下3點(diǎn):

    1)提出了一種考慮天氣狀態(tài)、負(fù)載率水平及脫網(wǎng)類型多種因素的脫網(wǎng)概率計(jì)算方法,并結(jié)合重要負(fù)荷損失計(jì)算方法將脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化。所提計(jì)算方法同時(shí)考慮了多種因素,能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)判脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

    2)兼顧脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)與并網(wǎng)收益,并利用分容電池與溫控負(fù)荷的柔性特征,構(gòu)建了基于風(fēng)險(xiǎn)量化與需求側(cè)響應(yīng)的IES經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型,通過線性化處理將其轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同狀態(tài)下儲(chǔ)能事故備用容量的最優(yōu)化利用以及電池分容工序的最優(yōu)化安排,可在承擔(dān)較小風(fēng)險(xiǎn)的情況下提高IES運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

    3)通過MPC滾動(dòng)優(yōu)化,減少并網(wǎng)運(yùn)行中的不確定性因素,實(shí)時(shí)跟蹤求解出的聯(lián)絡(luò)線功率與電儲(chǔ)能備用日前計(jì)劃值。該方法可提高IES的穩(wěn)定性與可控性,同時(shí)避免過多或過少地利用電儲(chǔ)能備用。

    以上研究成果發(fā)表在2021年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“基于風(fēng)險(xiǎn)量化與需求側(cè)響應(yīng)的綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能事故備用優(yōu)化利用”,作者為劉小龍、李欣然 等。