面向高比例户用光伏消纳的储能系统与通信网络协同规划-第4页-北极星储能网

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4.3 通信网络的拓扑以及储能控制性能

为了进一步比较通信网络的性能,增加方案C,方案C物理系统的配置结果与方案B相同,同时采用文献[12,14]方法对通信网络拓扑进行配置。

图9是3种配置方案所对应的通信网络拓扑图,图9中的数字代表储能安装的节点,连线代表不同节点间的通信连接和方向。从图9中可以看出,方案A中的通信网络拓扑最复杂,方案B的拓扑结构较为简单,方案C的拓扑结构最简单。方案A、B和C的通信路径的总长度分别为2650、1400、960 m。

图9 不同配置方案下的通信网络拓扑

Fig. 9 Communication topologies of different configuration schemes

为了衡量不同通信拓扑对储能控制性能的影响,采用两种功率扰动进行测试。

1)电压出现越上限情况,储能充电,如图10(a)(b)(c)所示。

2)电压出现越下限情况,储能放电,如图10(d)(e)(f)所示。

图10 不同方案下的储能控制性能

Fig. 10 Control performance of different configuration schemes

由于3种方案的通信拓扑均为强连通图,对于同一种电压越限情况,3种方案均能实现渐进收敛。但是分布式控制收敛速度却存在差异。在储能充电过程中,方案A、B和C分别需要迭代19、17和97次达到收敛,储能放电过程中,方案A、B和C分别需要迭代16、13和84次达到收敛。从收敛速度上可以看出,方案A和B的控制性能接近且明显优于方案C,说明通过对通信网络的拓扑进行优化能够有效的提升储能控制的性能。但是方案A的通信路径的总长度要明显的长于方案B,这可能会导致通信网络更高的能量损耗[15]。主要是因为方案A中无线终端的配置较多,为了使得储能分布式控制具有良好的性能,导致方案A的通信网络拓扑过于复杂,拓扑路径也更长。

从以上的分析中可以看出,信息与物理系统独立配置的方案也可能获得较好的储能控制性能,但是通信网络拓扑更为复杂,通信路径也更长。而信息与物理系统协同配置的方案可以利用更为简单且通信路径更短的方案达到相同的控制效果。同时,信息物理系统协同配置方案的经济性要明显好于信息物理系统独立配置方案。

为了验证所提储能分布式控制策略的有效性,以方案B的储能和通信网络配置结果为基础,进一步考察储能在一天内的电压控制效果,其中光伏出力和负荷采用图11所示的时间间隔为5 min的数据。控制结果如图12所示,在没有储能参与电压控制的情况下,由于负荷需求和光伏出力的峰值时刻不匹配,网络中出现了严重的过电压和欠电压问题,如图12(a)中所圈出的面积;而所提的控制策略有效的抑制了电压越限问题,如图12(b)所示。图12(c)是储能一天中SOC变化情况,由于将所有储能设备的SOC作为一致性变量,因此各储能SOC的变化完全一致。图12(d)是储能的充放电功率情况,可以看出,所提的储能充放电协调策略考虑了储能的调节能力,在同一个时刻容量越大的储能出力越大而容量越小的储能出力越小。