微电网一次调频备用容量与储能优化配置方法-北极星储能网

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1、项目背景

微电网通常由风力发电机、太阳能电池、柴油机、储能等构成，并网运行的微电网可由大电网提供备用，频率较为稳定，而孤岛运行的微电网的一次频率调节主要由柴油机的调速系统来实现，机组间根据机组备用容量和调差系数进行一次调频。由于风电、光伏等微电源出力具有较大的随机性，降低了微电网的惯性和频率稳定性。储能响应迅速、短时功率吞吐能力强，适合参与电网一次调频，通过配置储能系统协助风电机组参与系统频率一次调节能够有效弥补低风速下风电机组备用容量不足的问题，但是储能价格较高，配置大量储能影响微电网运行经济性。因此，合理安排微电网孤岛运行时的一次调频备用容量，增强微电网一次调频能力，对于微电网的安全经济运行有重要意义。

2、论文所解决的问题及意义

针对孤岛运行的风光柴微电网的一次调频备用容量问题，配置储能配合风电机组减载运行，协同柴油机共同承担微电网一次调频备用，综合考虑风电的随机性与调频的经济性，以微电网一次调频成本最低为优化目标，建立了机会约束规划模型。采用神经网络和权重改进的线性递减粒子群算法组成的混合智能算法求解该机会约束规划，得到不同置信水平下的优化配置方案。所提方法使微电网在不同风况下均有良好的一次调频能力，同时在满足一定置信度下使整体调频备用成本最低，对风光柴微电网一次调频控制及备用容量配置方法提供了有效的理论依据，提高了微电网一次调频的经济性。

3、论文重点内容

1)微电网频率控制模型

本文研究的微电网包含柴油发电机、风力发电机组和光伏发电三种分布式电源(参见图1)，运行方式为孤岛运行。微电网采用对等控制策略，柴油机和风电机组共同承担微电网的频率和电压控制。光伏发电系统装机容量占比较小，光伏发电机组不参与调频。为弥补低风速下风电机组备用容量不足的问题，在风电机组中配置一定容量的储能装置构成风电系统提高风电机组调频能力。

2)基于机会约束规划的备用容量优化模型

由于风速的随机性和不确定性，导致风电机组提供的一次调频备用容量不能时刻满足系统需求。在极端情况下，风电机组无法提供一次调频备用。若按此极端情况配置储能容量，虽然能够满足系统调频需求，但会使微电网系统运行成本大幅提升。本文选择机会约束规划来解决微电网一次调频容量优化配置问题，使微电网一次调频容量配置问题的目标函数最优值与约束条件之间取得合理的平衡。

模型目标函数：一次调频备用能够减小频率波动，但需要增加微电网的运行成本。本文微电网中风电系统和柴油机共同参与系统一次频率调节，因此主要将风电机组调频备用成本、储能成本、柴油机一次调频备用成本三部分计入目标函数，在维持频率稳定的前提下，使一次调频备用成本最小。

约束条件：根据机组静态频率特性，调差系数定决定了机组在负荷改变时参与一次频率的能力。因此将风力发电机、柴油机、光伏发电机组三个微电源等效为一台等值电机参与微电网一次调频，并考虑等值电机调差系数机会约束、风电系统调差系数机会约束、柴油机调差系数机会约束和储能装置荷电状态约束。

3)混合智能算法求解机会约束规划模型

本文使用概率估计算法和悲观值算法两种随机仿真算法产生输入输出样本，利用这些样本训练BP神经网络逼近随机函数，然后用通过权重改进的线性递减粒子群算法求解这个最优化问题。

4)优化结果

取约束置信度为90%，优化迭代次数为300次时的微电网一次调频备用优化配置结果如图2所示。

根据优化结果，按照平均风速9m/s，风电机组减载25.6%运行，风电机组提供的备用容量为317.61kW，风电系统提供的备用容量平均为650.57kW。若风电机组的一次调频备用全部由储能提供，则备用成本将增加91.7%。因此，本文提出的风储联合调频一次备用配置方法在增强微电网一次调频能力的同时又大幅降低了一次调频备用的成本。

置信度在60%~100%范围内取值时，微电网一次调频备用成本及各优化变量的优化结果如图3所示。