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2 复合储能系统及风电并网功率的分析
2.1 复合储能系统工作原理
复合储能在风电并网电力系统中的工作原理如图1所示。电池储能作为功率型储能安装于风电场入口侧,平抑风电功率波动使其出力满足并网功率波动率的限制,经电池储能调节后的风储联合出力接入电力系统;抽水蓄能作为能量型储能参与系统的调峰运行,将净负荷低谷时段的富余电能转化为净负荷高峰时刻的紧缺电能,减少因调峰容量不足导致的弃风电量,增强风电消纳能力。
图1 复合储能系统工作原理图
在图1中:PW为风电功率;PB为电池储能的出力,若为正值表示储能放电,若为负值表示储能充电;PWB为风电/BESS联合并网功率,可以根据2.2节所提出的风电并网功率优化制定方法确定;PNL为系统净负荷功率;PL为系统负荷功率;PPH为抽水蓄能机组的发电出力,若为正值表示抽水蓄能发电,若为负值表示抽水蓄能抽水;PT为火电机组的发电出力。
如图1所示,系统中各功率之间的关系为
2.2 风电并网功率优化制定
本文在考虑了电网实际调度运行计划需求的基础上,提出了对因风速变化引起的风电功率波动率超过风电并网波动率上限作为约束条件,以调度期内的电池充放电功率最小为目标构建风电并网功率曲线优化模型,从而达到减小电池的寿命损耗的目的。
具体的制定方法为:在研究周期T内,定义时间窗口为ΔT,其大小根据电网调度计划确定,则在该时间窗口内风电并网功率为定值;以每个时间窗口内风电并网功率与风电原始功率差值平方和最小为目标函数,如下所示:
通过优化制定出风电并网功率,不仅能够减小电池的寿命损耗,而且能够使风电场-电池储能系统联合输出功率更加适应电网调度运行计划,并为储能系统与现有的电网调度运行方式的有效衔接提供保证。
3 复合储能系统容量优化模型
本文中储能系统均采用集中布置,因此主要对储能系统的容量规模进行优化,暂不考虑各储能系统的位置优化。
3.1 目标函数
复合储能容量优化模型在计及风电入网技术要求、系统负荷及常规机组特性的基础上,以系统年总费用最小为目标,系统常规机组及风电场投资费用固定,可不作考虑,故目标函数只包括复合储能投资费用及系统运行费用两部分,表示如下,
3.2 约束条件
1)系统功率平衡及备用容量约束。
3)抽水蓄能运行约束。
根据抽水蓄能机组的实际运行情况,抽水蓄能机组在抽水工况时以额定功率整台抽水,而在发电工况时功率在最大最小技术出力范围内,抽水发电均需满足库容约束。其出力及库容约束如下:
3.3 求解流程
在建立复合储能系统容量优化模型的基础上,本文采用Matlab及CPLEX优化引擎进行求解。基本流程图如图2所示。
图2 复合储能容量优化流程图
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