储能技术与新能源发电优化协调运行研究黄玮

储能技术与新能源发电优化协调运行研究黄玮

黄玮余潇寒汪然周飞

（国网黄山供电公司）

摘要：在新能源发电系统中，储能技术得到了广泛应用，尤其是风力发电系统。本文分析了储能技术与新能源发电优化协调运行，探析了新能源发电中混合储能充放电优化策略。对混合储能装置、VRB充放电策略、VRLA充放电策略等方面进行了介绍，并分析了新能源发电中混合储能容量配置优化策略，从储能容量作用、储能装置成本、储能约束条件等方面进行了探究。

关键词：储能技术；新能源发电；VRB；VRLA

1新能源发电中混合储能的充放电优化策略

1.1混合储能装置

相较于单一储能的充放电策略，混合储能充放电策略更加复杂。究其原因在于储能介质不同。要达成良好的配合效果，就应进行综合考虑。相比较而言，功率型储能介质具有寿命长、瞬时功率大的优势。同时，考虑经济性问题，可采取减少容量的手段规避。能量型储能介质的优势在于容量大、造价低等。同时，应采取一系列手段规避对其频繁充放电。简而言之，对于各类储能介质，应充分发挥其特性，以提升利用率。依据以上指导思想，本文以混合储能装置为例，对考虑荷电状态的充放电策略进行了探究，并分析了相应策略的优劣性。其中，探析混合储能装置的构成，应包括全钒液流电池与铅酸蓄电池，且全钒液流电池为功率型VRB，而铅酸菁电池为能量型VRLA。

1.2VRB充放电策略

针对VRB充放电策略，考量了储能装置的荷电状态，即SOC状态。VRB的特点是容量小、造价高。在特殊情况下，应采取减功率充放电措施，以最大限度地发挥该装置的作用。所谓特殊情况，应从高频偏移量大于零时及高频偏移量小于零时两方面分析。在高频偏移量大于零时，VRB就处于充电状态，一旦VRB当前荷电状态大于80%，就应考虑未来风功率的数据计算，即VRB在持续时间阈值内将保持充电状态。此时，对于VRB而言，应采取减功率充电措施。在高频偏移量小于零时，VRB就处于放电状态，一旦VRB当前荷电状态小于30%，就应考虑未来风功率的数据计算，即VRB在持续时间阈值内将保持放电状态。此时，对于VRB而言，应采取减功率放电措施。在以上情况下，探析VRB的充放电策略，应为PB-d/c=min(KB•PB-dmax/cmax，ΔPH)及PA-d/c=min(PA-dmax/cmax，ΔPL+ΔPH-KB•PB-dmax/cmax)。

1.3VRLA充放电策略

VRLA的特点是容量大、造价低。应用在循环使用中，其寿命将缩短。因此对于VRAL储能装置，在特殊情况下，就应采取减少充放电次数的措施。所谓特殊情况，应从当前时刻功率偏移低频分量数值小于零时及当前时刻功率偏移低频分量数值大于零时等方面分析。对于功率偏移低频分量数值而言，若前后时刻的数值异号，且当前时刻功率偏移低频分量数值小于零时，就可知在当前时刻，低频偏移量已经由充电状态转变为放电状态。此时，就应考虑未来时刻的风功率计算。由此，在之后的持续时间阈值内，VRLA将始终保持充电状态。对于功率偏移低频分量数值而言，若前后时刻的数值异号，且当前时刻功率偏移低频分量数值大于零时，就可知在当前时刻，低频偏移量已经由放电状态转变为充电状态。此时，就应考虑未来时刻的风功率计算。由此，在之后的持续时间阈值内，VRLA将始终保持放电状态。在以上情况下，对于VRLA储能装置而言，就应探究装置在保持当前放电状态的时间段内，相应的充放电策略。探析VRLA的充放电策略，如下所示，即为PA-d/c=PA-d/c(t-1)及PB-d/c=min(PA-dmax/cmax，ΔPH+ΔPL-PA-d/c(t-1)。

总之，在混合储能充放电策略中，对于铅酸电池及全钒液流电池，应立足于储能装置的固有特性，提出相应的降功率及停止充放电转化策略。同时，在铅酸电池层面，其降功率充放电策略是基于SOC水平。在全钒液流电池层面，其停止充放电转化策略是基于时间阈值。

2新能源发电中混合储能容量配置优化策略

2.1储能容量作用

以风力发电系统为例，储能系统的引入，对风功率输出具有显著的平抑作用。以此为基础，在风电并网时，风电功率输出对电网的冲击就可有效减小。简而言之，在风电场中之所以加装储能系统，就是为了平抑随机波动起伏的风电功率，进而实现风电功率的平滑输出。对于储能装置而言，该装置的平抑效果与该装置的容量呈现正相关关系。然而，在风电场中，对于风电功率输出，储能装置若要取得较大的平抑效果，就应增大容量。同时相应投资也就加大。

2.2储能装置成本

由于风电场对风电功率输出有着平抑需求，加之大容量的储能装置有着更大的投资要求，其经济指标与风电波动指标作为两个参量，将互相博弈。探析储能装置的成本，应包括固有成本、运行成本、惩罚成本。在固有成本中，应考虑VRB与VRLA的最优容量，并明确VRB的安装成本与VRLA的单位容量建设成本。在运行成本中，应考虑深度放电运行成本及深度充电次数、过度放电运行成本及过度充电次数。由此可知，对于储能装置而言，其运行成本的计算公式，即为Cdeep=βAaA+βBaB及Cout=γA•bA+γB•bB。在惩罚成本中，应从缺额成本、弃风成本等方面分析。所谓缺额成本，即是储能装置在放电时，一旦达到最小SOC水平，就不能满足风电功率所期望的补充目标，进而造成的损失。所谓弃风成本，即是储能装置在充电时，一旦达到最大SOC水平，就不能继续吸收风电，进而造成的损失。在惩罚成本中，应考虑缺额及弃风单位成本、采样时间间隔、样本数、前一时刻VRB与VRLA的容量、VRB与VRLA的最小容量等。经过储能装置的成本分析及公式计算，对于混合储能装置，就可得到优化的目标函数，即为Cmin=min(Cin+Cdeep+Cout+CA-lack+CA-aban+CB-aban)。

3结束语

综上所述，为促进新能源发电行业的发展，相关人员应致力于探究储能技术在风力发电系统中的应用。经过以上分析可得，在储能装置充放电策略中，相应指标的设置，应立足于储能装置的固有特性；对于降功率充放电策略，应基于SOC水平，而停止充放电转化策略应基于时间阈值；立足于储能装置的固有成本、运行成本、惩罚成本等，经过相应指标的计算及归纳，就可得到优化的目标函数；对于储能装置，应对相应指标进行限值，进而约束VRB及VRLA容量及充放电功率。

参考文献

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