风储联合调频中储能的容量优化配置.pdf
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1、 年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:石基辰男硕士研究生在读研究方向为电力系统运行与控制通信作者:周云海男教授硕士生导师主要从事电力系统运行与控制的教学和研究工作风储联合调频中储能的容量优化配置石基辰周云海崔黎丽燕良坤高怡欣(三峡大学电气与新能源学院湖北 宜昌)摘要:从风电场自身的一次调频能力出发将储能控制与风电机组变桨距控制相结合采用机会约束规划处理可信度和运行成本间的关系考虑储能全寿命周期成本以风储联合调频运行成本最小为优化目标建立机会约束规划模型利用蚁狮算法进行求解得出风电场储能功率和容量的最优配置方案通过算例验证模型可降低系统一次调频总成本和所需配置储能容量
2、关键词:一次调频风储协调机会约束规划容量优化中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:随着风电渗透率逐渐提高电力系统安全运行受到大规模风电并网造成的不利影响愈加凸显 风电系统要求具备调频能力受到日益关注故对于风电参与电力系统调频服务研究具有重要价值储能系统具有响应迅速、改善风电出力波动等优点使其参与风电场调频成为一种可行方案 当前风储联合系统在频率调节方面多关注在控制策略上 未对储能的容量配置问题进行研究而储能容量配置对风储联合系统的经济性运行颇为重要为解决风电并网电力系统中的储能系统容量配置问题文献 的研究成果并非通过优化配置储能系统的容量来辅助风力发电参与电力系统一次调频而是更多集中
3、在如何改善风电出力的波动性 目前关于如何配置储能 容量用以辅助风电参与系统一次调频避免弃风和储能资源浪费以提高经济性的研究较少综上本文从风电场自身的一次调频能力出发将变桨距控制和储能控制相结合提出基于机会约束规划的储能容量优化方法考虑储能全寿命周期成本建立以满足系统一次调频需求为约束条件以风储联合石基辰等:风储联合调频中储能的容量优化配置 年 月系统运行成本最小为目标函数的优化模型通过置信度处理风储联合调频系统在经济性和可行性之间的关系 通过算例验证了所提模型降低了系统一次调频总成本和所需配置储能容量 风电场的一次调频需求电网发电功率和负荷的不平衡会导致系统频率变化当频率偏差超过调频死区 发电
4、系统会根据系统的频率偏差调整传统发电机组的有功出力使其恢复至正常频率范围内传统发电机组的一次调频特性由调差系数 来体现:/()式中:为调差系数 为发电机组的有功变化为电力系统额定频率 为系统频率偏差为发电机组发电功率根据式()风电场若要具备类似于火力发电机组的一次频率调节能力需要向电网提供的功率和电量分别为()()()()()()式中:()和()为风速为 时的参与一次调频所需功率和容量()为风速为 时风电所发功率为一次调频持续时间 风电机组一次调频备用容量本文将变桨距控制作为风电自身的一次调频控制策略变桨距角控制调节能力和范围较大可实现全风况下的功率控制 风速为 时其发电功率()与运行于 下的
5、最优功率()分别为()()()()()()式中:为空气密度为风能利用系数 为风机浆距角 为风机的叶尖速比 为风机的叶片半径 为风速则风速 下风电备用功率和容量为()()()()()()()式中:()和()分别为风速为 时的一次调频备用功率与备用容量 基于机会约束的储能容量优化模型考虑到风电出力受风速的随机性与不确定性的影响较大导致个别情况下其备用容量不能时刻满足调频需求 若按极端情况来配置储能容量虽能满足调频需求但无疑大大增加了系统运行成本 故选择机会约束规划解决储能的容量优化问题通过置信水平确定满足风电场一次调频需求的储能容量在储能容量配置问题的目标函数最优与约束条件之间取得折中.风储联合调
6、频的置信度基于全年风电场的实际风速和调频需求可以得到风储联合调频的置信水平:()式中:是风电场全年风速采样数 为风储联合系统置信水平若第 个风速采样时风储联合调频满足系统调频需求则 取值为 反之取值为 其计算公式如下:)()模型求解本文采用蚁狮优化算法求解优化模型 相较于基本的粒子群算法需要设置粒子数、迭代次数和伽马参数遗传算法需要设置种群规模、交叉概率、变异概率和进化次数等 算法只需选取适当的蚁狮数量和迭代次数即可进行优化求解避免了因参数设置不当对优化结果产生的影响 其基本步骤如下:)初始化输入蚁狮和蚂蚁的种群规模、算法的迭代次数、变量维度、变量上下限等算法基本参数)采用随机方法生成一组初始
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