鄭昌益

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引 言

我國分布式電源并網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘砍尸F(xiàn)大幅度提升，預(yù)計(jì)到2030年可達(dá)到130 GW。值得注意的是，出力間歇性問題數(shù)量顯著增加，電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)空匹配性差的現(xiàn)象也有所增多，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)新能源的轉(zhuǎn)化及消納能力。若在嚴(yán)重限制分布式電源出力的情況下，會(huì)直接影響分布式電源的功能發(fā)揮。綜合上述問題，分布式儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，為解決分布式電源消納問題提供可行思路?；诖?，本文結(jié)合配電網(wǎng)區(qū)域自治能力，針對(duì)各種問題采取積極的應(yīng)對(duì)措施及控制策略。

1 儲(chǔ)能參與分布式電源消納運(yùn)行機(jī)理

基于出力較大的條件下，分布式電源與配電網(wǎng)相互作用時(shí)存在一定的不匹配性，促使分布式電源倒送現(xiàn)象發(fā)生。這種現(xiàn)象的發(fā)生不僅會(huì)造成線路損耗顯著提高，還會(huì)影響電壓質(zhì)量，并相應(yīng)引起其他問題。同時(shí)，因配電網(wǎng)倒送功率不足，導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定性及安全性受到嚴(yán)重威脅?；诖?，我國電力部門對(duì)分布式電源總?cè)萘吭瓌t進(jìn)行規(guī)定，對(duì)一級(jí)變壓器的負(fù)荷供電進(jìn)行明確，在現(xiàn)代技術(shù)的背景下，其使用比例逐漸上升，但仍會(huì)出現(xiàn)功率倒送的情況。例如，出力較大的分布式電源中連接的配電網(wǎng)負(fù)荷較小，進(jìn)而誘發(fā)倒送功率的現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。針對(duì)此種情況可以采用分布式儲(chǔ)能方式對(duì)倒送期間產(chǎn)生的電力進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)電價(jià)處于高位時(shí)，會(huì)釋放出其儲(chǔ)存的電能，獲取更多的收益[1]。

2 配電網(wǎng)儲(chǔ)能集群控制結(jié)構(gòu)

2.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

將分布式電源與配電網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)，分布式電源會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成一定影響，配電網(wǎng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及未來結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2 未來配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.2 配電網(wǎng)儲(chǔ)能集群控制

分布式儲(chǔ)能集群控制具有一定的分散性及不確定性，基于上述功能特點(diǎn)可顯著增強(qiáng)配電分布式電源消納比例。除此之外，在結(jié)合配電網(wǎng)集群規(guī)劃的優(yōu)勢(shì)，還可進(jìn)一步提升分布式電源儲(chǔ)能的時(shí)序出力，同時(shí)提高消納比例。而儲(chǔ)能集群控制具體分為配電網(wǎng)集群儲(chǔ)能控制、配電網(wǎng)集群劃分、節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)能控制等3個(gè)部分。通過上述3個(gè)部分內(nèi)容，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行集群劃分。集群劃分需要以指標(biāo)構(gòu)建與求解為劃分基礎(chǔ)，然后聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)功能及資源合理選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行劃分，同時(shí)利用對(duì)應(yīng)的求解方法對(duì)構(gòu)建的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到控制儲(chǔ)能的效果[2]。

3 配電網(wǎng)集群控制劃分

3.1 配電網(wǎng)集群劃分指標(biāo)

集群劃分指標(biāo)需要綜合性地將配電網(wǎng)及分布式電源的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行明確，在構(gòu)建指標(biāo)時(shí)需要衡量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而在常規(guī)情況下配電網(wǎng)會(huì)使用電氣距離進(jìn)行指標(biāo)衡量。此外，集群內(nèi)部有功功率平衡度也是需要思考的指標(biāo)。本文基于上述兩個(gè)指標(biāo)的控制調(diào)整與劃分，為科學(xué)提升新能源消納比例的策略奠定了基礎(chǔ)。

3.1.1 基于電氣距離的模塊度指標(biāo)

電氣距離模塊指標(biāo)需要以電氣距離權(quán)重為基礎(chǔ)，并聯(lián)合采用牛頓－拉夫遜法進(jìn)行具體數(shù)值計(jì)算，從而了解各節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度。公式如下：

基于上述公式，最終可有效計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度。

計(jì)算模塊指標(biāo)是指計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn)落入計(jì)算模塊區(qū)域的概率，表達(dá)式如下：

式中：m表示網(wǎng)絡(luò)中所有邊權(quán)之和；ki表示與節(jié)點(diǎn)i相連的邊權(quán)之和；kj表示和節(jié)點(diǎn)k相連的邊權(quán)之和；f1表示計(jì)算獲得的模塊度指標(biāo)。

3.1.2 有功功率平衡度指標(biāo)

有功功率平衡度指標(biāo)計(jì)算公式如下：

式中：PCk為第Ck個(gè)集群的有功功率平衡度指標(biāo)；T為場(chǎng)景的時(shí)間尺度（本文取96為時(shí)間尺度）；Pclu,Ck(t)為第Ck個(gè)集群在t時(shí)刻的京功率值；f2為有功功率平衡度指標(biāo)；c為集群總數(shù)。

3.2 集群劃分方法

集群劃分方法包括整體模塊度及有功功率平衡度，并將系統(tǒng)劃分方式作為變量，最大限度考慮各集群區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自治調(diào)控，并通過下述計(jì)算方式構(gòu)建模型。

基于上述公式進(jìn)行分析，其中λ1和λ2代表不同指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，λ1+λ2=1。為了便于計(jì)算，本次研究按照λ1=λ2=0.5進(jìn)行計(jì)算。

4 分布式儲(chǔ)能集群控制策略

從優(yōu)化儲(chǔ)能時(shí)序角度思考是提升消納比例的有效思路[3]。本文基于配電網(wǎng)層面進(jìn)行研究，首先構(gòu)建指標(biāo)，然后集群劃分降低能源消納比例，從而為后續(xù)策略提出奠定基礎(chǔ)[4]。

4.1 儲(chǔ)能控制策略設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)目標(biāo)便是在現(xiàn)有配置條件下實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能日運(yùn)行最優(yōu)局面，即：

式中：FP為儲(chǔ)能運(yùn)行收益；FDG為額外消納儲(chǔ)能收益；Floss為運(yùn)行損失收益。

其中儲(chǔ)能額外消納新能源產(chǎn)生的帶損失收益及售電收益可通過下述計(jì)算方式得出。

在計(jì)算過程中約束指標(biāo)包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)約束、潮流約束等，其計(jì)算方式如下。

潮流方程約束表述如下：

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于上述設(shè)計(jì)，為了更為全面反映本文提出的策略的有效性，構(gòu)建如下指標(biāo)。

分布式電源消納比例：

基于上文的闡述，針對(duì)當(dāng)前分布式電源接入配電網(wǎng)造成的問題，從新能源消納能力角度入手，綜合分析配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，以模塊度與功率平衡度為基礎(chǔ)構(gòu)建指標(biāo)體系，對(duì)集群進(jìn)行劃分。基于模塊度指標(biāo)和功率平衡度指標(biāo)進(jìn)行深入思考，提出強(qiáng)化配電網(wǎng)中各個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行能力，幫助集群劃分策略持續(xù)性優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)集群凈負(fù)荷功率比例等方式調(diào)整儲(chǔ)能功率及工作效率[5]。

5 結(jié) 論

綜上所述，分布式電源運(yùn)行中各種問題的出現(xiàn)降低了電力資源的高效利用率，其中資源浪費(fèi)極為常見。針對(duì)當(dāng)前廣泛存在的資源浪費(fèi)問題，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)針對(duì)儲(chǔ)能集群控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。綜合模塊度及有功功率平衡度這2個(gè)電氣指標(biāo)可對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行集群劃分，從而大幅度提高配電網(wǎng)區(qū)域負(fù)荷與電源供需的平衡性，通過這2個(gè)指標(biāo)可最大化發(fā)揮分布式儲(chǔ)能與電網(wǎng)調(diào)節(jié)相配合的優(yōu)勢(shì)，從而支持區(qū)域內(nèi)部能源消納能力提升。綜合考慮不同區(qū)域的負(fù)荷以及與新能源時(shí)空匹配關(guān)系，基于綜合分析提出優(yōu)化各集群與節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)能功率的方法，應(yīng)用效果符合預(yù)期。