基于多目標的風電場混合儲能容量優(yōu)化配置與經(jīng)濟評估.pdf

1、風電預測精度低和風功率波動率大等問題，會降低風電并網(wǎng)后電能質量，影響電網(wǎng)調度與發(fā)電計劃，甚至還會威脅到電網(wǎng)安全。接入儲能系統(tǒng)可以平抑風電出力波動和補償風電預測誤差，使風電輸出功率最大程度滿足目標功率，但其經(jīng)濟性問題仍是實踐應用的巨大瓶頸。儲能系統(tǒng)的容量、功率等配置又將直接影響補償風電預測精度，平抑波動效果和經(jīng)濟性指標。因此，本文針對上述問題從風儲聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟運行角度出發(fā)，以滿足風電出力波動率和預測誤差率優(yōu)于國網(wǎng)標準為約束，進行多目標的混

2、合儲能容量經(jīng)濟優(yōu)化配置與評估。具體研究內容與特色如下：
　　（1）在風電功率輸出特性模型和四種典型風速特征基礎上，基于新疆實證數(shù)據(jù)和仿真結果，對比分析了單臺風機與整個風電場輸出功率特性，論證了風功率間歇性大（最長可達6.83小時）、隨機波動性大（最大可達80％）、棄風量大（最大可達15%）、電能質量差（在波動率為22.4%時頻率偏差最大可達0.25HZ），但整個風電場輸出功率具有自平滑特性，波動量降低了12%。在混合儲能特性分析基

3、礎上，從電網(wǎng)和風電自身兩個角度，揭示了影響風電消納和電能質量的機理及儲能改善機理。
　　（2）在風功率波動模型和預測誤差模型基礎上，量化分析了不同時間尺度（1min、10min、1h）下的風電功率波動率（10min最大可達79.15%）和預測誤差率（10min最大可達99.35%），并與國網(wǎng)規(guī)定限值（波動率33%，預測誤差率25%）進行了對比分析，以優(yōu)于國網(wǎng)風電出力波動限值和預測誤差限值為綜合約束值（波動率20%，預測誤差率20%

4、），制定了雙目標交集綜合目標控制范圍域，為儲能容量配置提供依據(jù)。采用滑動時間窗口算法并引入補償修正系數(shù)制定出滿足波動率與誤差率約束的目標功率曲線（波動率20%，預測誤差率20%），有利于與經(jīng)濟儲能下的波動率和誤差率補償效果作對比分析。
　?。?）依據(jù)超出綜合目標域范圍的風電功率占比量原理，采用溢出綜合目標域頻重法概率統(tǒng)計了風功率占比量大小，依據(jù)儲能響應特性，采用占比量大由蓄電池補償，占比量小由超級電容器補償，由此確定了混合儲能各自

5、運行時間和額定功率及容量配比?；谛陆硨嶋H風電場配置了所需的總存儲容量為風電場裝機容量的35.39%，獲得了超級電容器與蓄電池容量配比為1:6.66，仿真驗證了所提方法的正確性。
　?。?）針對混合儲能總存儲容量偏大缺陷，從風儲聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟運行角度，將超出目標域風電量與儲能最大允許充電量差值轉化為價值量定義為棄風成本，將超出目標域風電量與儲能最大允許放電量差值轉化為價值量定義為儲能懲罰成本，將儲能額定功率與額定充放電時間轉化為價

6、值量定義為儲能投資成本，將儲能運行功率和實時充放電時間產(chǎn)生的運行維護費用定義為儲能營運成本，揭示了棄風成本和儲能懲罰成本與儲能容量的反比關系、儲能投資成本和儲能營運成本與儲能容量的正比關系，通過四種成本與儲能容量之間的相互制約關系，構建了總成本最小的儲能容量經(jīng)濟優(yōu)化計算模型。采用改進粒子群算法，針對新疆某風電場進行了儲能容量經(jīng)濟優(yōu)化配置，所需的總存儲容量為風電場裝機容量的15.3%。對兩種模式（經(jīng)濟儲能、完全儲能）下的儲能容量進行了經(jīng)濟

7、評估。構建了平抑風電波動和補償預測誤差效果量化評估模型，引入補償效果量化因子?對新疆某風電場不同儲能容量下平抑風電出力波動和補償預測誤差效果進行了量化評估，使?由頻重儲能的0.076升高到0.116，降低了補償效果，由此采用儲能容量、補償效果量化因子和總成本的三維空間關系，尋找到兼顧三者的最佳儲能容量仍然為經(jīng)濟優(yōu)化后的儲能容量。
　　本文依托科技部“國家國際科技合作專項（International Science&Technolo