PDF《独立模式下微网多能存储系统优化配置》

独立模式下微网多能存储系统优化配置 崔明勇,王楚通,王玉翠,卢志刚,陈辰(燕山大学电气工程学院,河北省秦皇岛市

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0 4 ) 摘要:针对能源互联网的重要组成部分― ― ―综合能源微网, 构建了独立模式下的综合能源微网多 能存储系统优化配置模型, 提出了包含储电和储热系统的额定功率、 容量的配置方法.

其中, 储电 系统模型计及供暖期与非供暖期蓄电池寿命的估算.模型以经济性作为指标, 考虑热电联产机组 的热电耦合相关约束, 包括热―电平衡、 机组爬坡、 储能系统以及自给自足概率等, 采用基于机组出 力和储能系统功率分配策略的细菌群体趋药性算法模型进行求解.并探讨了加装储能系统的热电 联产机组的运行特性.结果表明, 提出的多能存储系统配置方法在供暖期和非供暖期均具有显著 经济和环境效益, 并促进了风电消纳. 关键词:综合能源微网;

储能系统;

优化配置方法;

蓄电池寿命 收稿日期:

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修回日期:

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1 6. 河北 省高等学校自然科学研究青年基金资助项目(QN

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0 引言 随着传统化石能源的日渐枯竭, 能源互联网的 建设得到了广泛关注[ 1] .而可以应用到孤立海岛、 城市农村集中住宅区、 工厂、 脱离主网的偏远地区等 区域的综合能源微网将成为能源互联网的重要组成 部分[ 2] .综合能源微网的概念是在微网概念上发展 而来, 一般包含多种能源形式, 利用物联网技术和信 息技术对区域内的所有供能设备源统一整合并实施 调度, 以达到对区域冷热电负荷进行优化供能, 提升 能源利用效率的效果[

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4 ] . 但是, 以风光为代表的可再生能源又有很强的 间歇性和随机波动性, 往往会导致弃风、 弃光等现象 的产生.尤其是在供热期间, 热电联产机组 以热定 电 的运行模式会降低整个微网电能的调峰能力, 甚 至造成大量的弃风[ 5] .在微网中加装单一的储能系 统后会减少一定的弃风量, 但往往热、 电等多能源互 相转换会造成一定的能量损失, 且供暖期热电联产 机组 以热定电 的模式导致经济性不高.同时, 储 电系统制造成本高昂, 能量大规模存储的损失较大. 而储热、 气系统可大规模存储能量, 但系统惯性较电 网大, 能量传递慢.因此, 为了消纳可再生能源, 增 强微网的灵活性, 达到多种储能形式优势互补的目 的, 微网中引入了可用于多能存储的储能系统. 能量的存储作用就叫储能, 主要有储电、 储热、 储气、 复合储能(电转气(P2G) 、 液氢超导磁储能(SME S ) 等) 几种形式[ 6] .本文主要探讨储电和储 热两种形式的储能系统.微网技术的深入研究推动 了储电技术的发展.电储能技术可用于平抑可再生 能源发电的短时功率波动, 跟踪调度计划出力, 改善 可再生能源发电接入电网的电能品质, 满足新能源 灵活接入优化负荷, 进行削峰填谷, 提高系统自身调 节能力, 实现对负荷的管理并获得经济效益[ 7] .对 于电储能系统的配置方面, 有大量学者进行了研究. 文献[

8 ] 建立储电系统最优的配置模型, 并计及整个 微网的稳定性.文献[

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1 0 ] 以微网最优经济运行为 研究对象, 研究了铅酸蓄电池充放电深度和次数对 其寿命的影响, 建立了微网最优经济运行模型.文献[

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1 3 ] 建立了混合储能优化配置模型. 在储热技术上, 显热储热和相变储热都得到了 较快的 发展, 并且有着广泛的实际工程应用.文献[

1 4 ] 通过研究加装储热装置和碳捕集装置的热电 联产机组对经济和低碳性的影响, 给出了调度策略, 为电网调度提供一定的参考依据.文献[

1 5 ] 构建了 含储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度 模型.文献[

1 6 ] 介绍了包含大容量储热的电―热联 合系统关键技术的研究工作. 但是, 对于多能存储系统综合配置的研究较少. 文献[

1 7 ] 针对城市社区的特点, 提出一种基于压缩 空气储能的微能源网架构, 结合社区用能数据对其 中的主要设备进行容量配置, 并对其中的储能子系 统, 包括电储能和热储能进行具体的配套设计和运 行方式分析.文献[

1 8 ] 提出一种基于氢储能的风电

0 3 第4 2卷第4期2018年2月2 5日Vol.42N o . 4F e b .

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2 h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m 与煤化工多能耦合系统设备投资规划优化方法.文献[

1 9 ] 针对包括 P

2 G 的多能源系统的市场均衡问 题进行分析, 其中包括对 P

2 G 设备、 储气装置的建 模.文献[

2 0 ] 将含 P

2 G 的多源储能型微网系统划 分为供给侧、 转换组件和负荷侧三个部分进行建模, 在此基础上建立基于经济最优的微网系统日前优化 调度模型.文献[

2 1] 基于能源互联网的特征, 给出 了广义电力储能的定义, 指出了储能在能源互联网 应用中的几项关键技术, 并提出储能与能量转换装 置的集成设计和协调配置, 是能源互联网中有待解 决的一项关键技术. 以上文献在微网储能系统配置方面取得了一定 进展, 但通过阅读并比较此类文献, 发现有以下几个 问题相对突出.

1 ) 储热系统的额定功率和容量在储能系统的配 置中没有考虑.

2 ) 考虑蓄电池寿命的情况下, 并未计及供暖期 和非供暖期蓄电池荷电状态曲线的不同.

3 ) 多数文献的优化配置算法未与功率分配策略 结合, 导致了大量冗余解. 本文针对以上问题, 构建了独立模式下的综合 能源微网多能存储系统优化配置模型, 提出了包含 储电系统和储热系统的额定功率、 容量的配置方法, 其中, 储电系统模型计及供暖期与非供暖期蓄电池 寿命.模型以经济性作为指标, 考虑热电机组的热 电耦合相关约束, 采用基于机组出力和储能系统功 率分配策略的细菌群体趋药性( B C C) 算法模型进行 求解.并探讨了加装储能系统的热电联产机组的运 行特性.

1 各电源运行特性及风电消纳原理 1.

1 典型微网结构 典型 微网的结构配置主要包含风机(windturbine,WT) 、 常规火电机组、 热电联产机组、 电储 能( e l e c t r i c a le n e r g ys t o r a g e , E S S) 和热储能(heatstorage,HS)等单元, 且网内各单元均由微网中央控 制器( m i c r o g r i dc e n t r a lc o n t r o l l e r , MG C C) 进行统一控制和信息传达. 1.

2 热电联产机组原理 常见的热电联产机组按其特性不同可以分为 4类[

2 2] .本文以最常见的抽汽式热电联 产机组为例, 其电热特性如图1所示. 由图1可知, 汽轮机纯凝工况下的最大、 最小电 出力分别为 Pm a x和Pm i n, 随着抽汽量增加, 电功率 按一定弹性系数比例减小, 在供热功率为hd o t时, 电 功率的调节范围为[ Pe , m i n, Pe , m a x] , 调节电出力能力 十分有限.图1中γ表示当进汽量维持恒定时,多图1 热电联产机组的电热特性 F i g .

1 H e a t G e l e c t r i c i t yc h a r a c t e r i s t i c f o r c o m b i n e dh e a t a n dp o w e ru n i t s 抽取单位供热热量........