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(東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

0 引 言

在風(fēng)電廠的運(yùn)行中，風(fēng)電滲透率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。由于存在間歇性等特征導(dǎo)致其對電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了較大的挑戰(zhàn)，而就地消納則成為處理問題的重要手段[1]。因此，探究儲能容量的配置，對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響。

1 風(fēng)電不平衡功率DFT分解計(jì)算

風(fēng)電不平衡功率的分解中，需要通過DFT分解的方式，獲取頻域信息，之后確定低頻截止頻率f1以及高頻截止頻率fH，在不同的頻段內(nèi)，對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償[2]。在不平衡功率的計(jì)算中，儲能系統(tǒng)需要對風(fēng)電功率開展預(yù)測，假定存在輸出功率，t時(shí)刻輸出功率為Pim(t)，則不平衡功率如公式(1)所示。

Pim(t)=Pw(t)-Ps(t)

(1)

通過傅里葉變換，對不平衡功率進(jìn)行分析，其頻率分布如公式(2)所示：

(2)

式中，N表示數(shù)據(jù)總數(shù)。對反傅里葉變換進(jìn)行分析，如公式(3)所示。

(3)

在不平衡功率的分解方面，需要將其分為低頻、中頻和高頻階段，之后對不同的階段采用差異性的補(bǔ)償。低頻應(yīng)用蓄電池補(bǔ)償，中頻應(yīng)用超級電容器補(bǔ)償，高頻應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)補(bǔ)償[3]。

2 混合儲能容量分析

在系統(tǒng)分析中，需要確定傅里葉變換結(jié)果，以此來確定儲能容量，在計(jì)算過程中，首先通過補(bǔ)償功率域值來分析T時(shí)間段的累計(jì)能量[4]。如公式(4)所示。

(4)

式中,T表示不平衡功率的時(shí)間周期，之后對額定容量進(jìn)行分析，如公式(5)所示。

(5)

通過分析發(fā)現(xiàn)，上限制SOCup的數(shù)值為1，下限值SOClow的數(shù)值為0.3，因此，發(fā)現(xiàn)混合儲能容量相對較高。對初始荷電狀態(tài)進(jìn)行分析，如公式(6)所示。

(6)

通過上述公式，可以確定初始荷電狀態(tài)，且可以實(shí)現(xiàn)反饋控制。

3 計(jì)算截止頻率

截止頻率的計(jì)算中，為了保證不平衡功率的補(bǔ)償，需要確定最為合適的混合儲能容量配置，并且確定不平衡功率的截止高頻率以及低頻率。在高頻率fH的計(jì)算中，確定偏差最大值Δfmax，同時(shí)采用同步發(fā)電機(jī)實(shí)行補(bǔ)償，本次研究采用功率譜密度的方式來計(jì)算電網(wǎng)頻率偏差，首先應(yīng)用DFT的方式處理不平衡功率，之后確定偏差功率譜密度PSD，模型如圖1所示。

圖1 頻率響應(yīng)模型圖

在上述模型中，TSG為0.08s，參數(shù)R為0.05，常數(shù)Kr為0.3，時(shí)間常數(shù)TR為0.3s，阻尼系數(shù)D的數(shù)值為0.1，慣性常數(shù)H的數(shù)值為5s，對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如公式(7)所示。

(7)

經(jīng)過對PSD的計(jì)算，可以在變換的情況下，確定時(shí)域值Δfgrid(t)。最后通過對比電網(wǎng)頻率偏差以及最大值的情況下，可以確定系統(tǒng)是否滿足要求，但是該方法模式下，不平衡功率頻帶將更為狹窄，且容量大小要求會逐漸降低。

在低頻截止頻率的計(jì)算中，運(yùn)用梯度搜尋的方式來獲得最優(yōu)解[5]，輸入不平衡功率，假設(shè)f1與fH相等，通過帶通濾波器來處理不平衡功率，如果更新后的低頻年耗降低，則證明最優(yōu)解，且可以確定儲能容量。

4 以利潤最大為目標(biāo)的機(jī)會約束規(guī)劃儲能運(yùn)行策略模型構(gòu)建及算法流程

4.1 模型的構(gòu)建

這次研究建立機(jī)會約束模型，如公式(8)所示。

(8)

式中，X表示常規(guī)變量；α和β表示置信水平；p表示約束條件。ζ表示隨機(jī)變量，經(jīng)過分析，可以獲得儲能方程。

之后建立機(jī)會約束規(guī)劃模型，電價(jià)是隨機(jī)變量，在模型中，建立如公式(9)模型。

(9)

式中，C表示預(yù)測電價(jià)；△C表示電價(jià)預(yù)測誤差；P表示功率；Δt表示時(shí)間間隔；η表示放電效率，文中在分析中，將遺傳算法以及蒙特卡羅模擬結(jié)合起來，輸入初始值，檢驗(yàn)可行性。

4.2 算法流程

這次研究算法流程如下：(1)運(yùn)用DFT分解獲取頻域信息；(2)利用功率源，確定最優(yōu)補(bǔ)償，且確定時(shí)域以及選擇標(biāo)準(zhǔn)；(3)確定最優(yōu)的容量值；(4)選擇蓄電池、同步發(fā)電機(jī)以及超級電容器來確定補(bǔ)償，最終確定儲能容量；(5)建立容量值合理性約束模型，選擇分段點(diǎn)；(6)建立機(jī)會約束模型，確定限值范圍。

5 算例分析

在系統(tǒng)測試中，選擇某風(fēng)電場進(jìn)行52周的測試，結(jié)果如下：

5.1 儲能容量分析

對某風(fēng)帶南昌的分析中，發(fā)現(xiàn)fH=0.016 Hz，對其偏差持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 某風(fēng)電場頻率偏差持續(xù)時(shí)間圖

通過分析發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用混合儲能系統(tǒng)的情況下，不平衡功率在0.016以下，且偏差率達(dá)到0.23%，處于合理的范圍內(nèi)。而在未應(yīng)用系統(tǒng)的情況下，則超過合理范圍，確定了該系統(tǒng)的可行性。

5.2 置信水平對函數(shù)的影響

概述約束問題與條件中，與置信水平存在顯著的關(guān)聯(lián)性，在置信水平為1的情況下，需要制定嚴(yán)格的約束條件，置信水平如圖3所示。

圖3 不同置信水平下的目標(biāo)值變化圖

從分析中可以看出，置信水平越高，目標(biāo)函數(shù)值越小。

6 結(jié)束語

文中主要探究風(fēng)電混合儲能容量配置方法以及策略，結(jié)合某風(fēng)電場進(jìn)行驗(yàn)證。采用DFT處理不平衡功率，且確定多介質(zhì)儲能容量。同時(shí)提出頻率確定方法，利用多介質(zhì)儲能補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)處理。在確定儲能容量的基礎(chǔ)上，建立以利潤最大為目標(biāo)的機(jī)會約束規(guī)劃儲能運(yùn)行策略模型，最后通過實(shí)際算例，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)與目標(biāo)值結(jié)果最為靠近，且置信水平越高，函數(shù)值越小。希望通過文中的分析，可以為風(fēng)電場多介質(zhì)儲能系統(tǒng)容量的配置提供可行性建議。