含储能的新能源电力系统双层优化调度策略研究

随着风电技术的发展,越来越多的风电注入到电力系统中来,与之伴随的是其波动性与不确定性,这对于电力系统的调度带来了困难。储能技术的成熟及应用能够提高新能源利用效率、增强风电场有功可调度性。通过建立风/储联合出力模型,使用模型预测控制对风/储出力进行滚动优化,使得风电场具有可调度性,利用优化后的风/储出力对火电调度进行优化,采用狮群算法进行求解,形成含储能的新能源电力系统双层优化调度模型,为保证含高渗透率风电的电网安全稳定运行提供了新的平台。用IEEE-30的算例进行仿真,结果表明：与传统风-储-火联合调度相比,该模型具有风/储出力偏差小,运行成本低的特点。     

基于模型预测控制的微电网群分布式优化调度EI北大核心CSCD

微电网群由多个微电网互联构成并以集群的形式运行,能够实现微电网间的能量互补,显著提高可再生能源消纳能力和系统运行可靠性。结合同步型交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)和模型预测控制(model predictive control,MPC),提出了一种微电网群分布式优化调度策略。采用同步型ADMM求解MPC中的优化问题,每个子微电网同步计算本地的子问题,同时引入有限时间一致性算法传递迭代计算过程所需的期望交换功率信息,实现完全分布式计算。算例计算结果表明,基于MPC的优化调度策略能够有效降低系统运行成本,分布式优化算法具有良好的收敛性,并且计算结果与集中式算法一致;该方法在通信拓扑发生改变的情况下依然有效,具有较高的可靠性。     

微电网跟踪调度计划双层双时间尺度实时控制策略

为了提升微电网跟踪调度计划的能力,并降低分布式电源和负荷的功率波动对跟踪效果的影响,提出一种利用由超级电容和电池储能组成的混合储能系统跟踪调度计划的双层双时间尺度实时控制策略。上层基于模型预测控制方法建立日内滚动优化模型,结合分布式电源和负荷的超短期功率预测结果,综合考虑一段时域内的跟踪偏差及混合储能系统的功率和荷电状态对跟踪调度计划进行滚动优化;下层在上层优化结果的基础上,采用基于荷电状态的混合储能系统实时控制策略对超级电容和电池储能的实时功率进行协调分配,进一步降低分布式电源和负荷的实时功率波动对跟踪效果的影响。通过仿真算例对所提控制策略进行验证,结果表明:所提策略不但实现了良好的实时跟踪调度计划的控制效果,而且优化了超级电容和电池储能的荷电状态。     

考虑储能充放电效益的孤岛微电网经济优化模型

针对孤岛模式下的微电网经济调度问题,提出了一种考虑储能充放电效益的优化调度模型。该模型充分考虑了储能单元在过去时段的电能购置成本与未来时段运行效益,以确定储能单元当前时段参与微电网经济优化的方式;在此基础上,微电网中的各单元代理点通过与相邻代理点交换期望的交易电量与电价实现自身运行效益的最大化。该模型采用交替方向乘子法对各代理点之间的最优交易电量与电价进行求解。最后,在3种不同的天气场景下,分析了孤岛微电网分布式经济优化调度的运行结果,验证了所提模型及求解方法的有效性。     

考虑随机性的微电网日前调度与储能优化模型

针对微电网中可再生能源发电的随机性,以运行成本最小为优化目标,建立了微电网日前调度和储能优化的调度模型。首先,分别对传统发电机组和储能系统建立了确定性模型,并对可再生能源发电机组建立随机模型。然后,考虑到可再生能源发电机组的线性成本函数和传统发电机组的二次成本函数,并结合功率平衡和功率交换限制等约束条件建立了优化模型。通过不同成本函数的可再生能源发电机组和传统发电机进行了仿真。结果表明,该模型可以获得最优调度结果,同时实现储能电池的最优储能。     

基于电池储能系统动态调度的微电网多目标运行优化

微电网系统的优化运行应考虑经济性、环保性、可靠性以及对可再生能源的响应特性等多方面因素。以电池储能系统(BESS)为研究对象,提出一种基于动态规划的多目标优化方法,以最优化经济效益、最大化可靠性、最小化可再生能源功率波动、最符合可再生能源发电计划作为微电网优化运行的目标,应用模糊理论和二元对比定权法将其转化为单目标优化问题,从而获得BESS的动态最优调度策略。算例表明,该方法具有良好的优化效果。     

考虑电池储能单元分组优化的微电网运行控制策略

针对大规模电池储能系统参与微电网调节面临储能单元充放电路径优化选择问题,基于对储能单元能量转换效率与运行功率关系的研究,提出了以双电池储能系统（DBESS）控制策略为基础,充、放电单元组可临时转换的控制方式,以克服DBESS结构功率调节能力不足的问题。制定了储能单元间功率分配机制以降低储能单元启用数量,减少了储能单元因功率分配不当而造成不必要的寿命衰减和能量损耗。基于含8个储能单元的风光储共交流母线型微电网系统,结合给定功率波动平抑需求,对所提控制策略、DBESS控制策略和传统控制策略进行仿真分析,从储能系统控制效果、循环寿命和能量转换效率的角度验证了所提策略的合理性和有效性。     

考虑电池寿命的混合储能微电网优化配置

针对偏远地区供电困难的问题,提出一种考虑电池寿命的混合储能微电网优化配置方法。首先,考虑到储能特性,构建了电池寿命模型和水轮机效率模型。基于用电习惯,建立了居民、商业、工业区域的需求响应模型。进而,以年投资成本和日运行成本最低为目标,建立微电网的双层优化配置模型,并通过线性化方法将原问题转化为混合整数线性规划问题。最后,使用基于需求度的Shapley值法对经济成本进行分摊,并分析电池寿命和负荷互补效应对系统经济性的影响。算例表明：所提方法能有效提高电池寿命,降低经济成本;基于需求度的Shapley值法相较于常规Shapley值法在分摊上更加合理;负荷的互补度与共建微电网节省的经济成本成正比。     

含微电网群的主动配电网双层联合优化调度

主动配电网下分布式能源系统的调度优化是实现经济及安全运行的重要保障,也是提高分布式能源有效利用率的重要途径。基于泛在电力互联网需求,针对含有风电、光伏和储能装置的微电网群,构建含微电网群的主动配电网双层联合调度模型,提出了一种考虑微电网群共同参与主动电网运行的双层联合调度模式,实现双层优化:上层模型以配电网为研究对象,优化目标为提高电能质量、减少线损;下层模型以微电网为研究对象,优化目标为微电网运行成本最低。应用遗传算法求解上层优化模型,应用混合整数线性规划求解下层优化模型。以调整后的IEEE-33节点配电网系统为例,进行相应仿真实验,从而验证其应用在含微电网群的主动配电网优化领域的合理性与有效性。     

计及分布式储能的微电网群经济调度

为提高微电网群调度效率、减少微电网运行成本,首先构建了计及分布式储能的微电网群优化调度模型。该模型以包含风、光、储的3个子微网和网侧储能所构成的交流微电网作为调度对象。在满足功率平衡等约束条件下,对负荷侧储能充放电次数和单位时间内充放电功率进行限制;在考虑主网分时电价、系统发电成本,网侧储能放电成本条件下,采用遗传算法进行求解,得到计及分布式储能的微电网群经济调度方案,最终得到优化后的经济成本。算例计算结果表明,该运行调度模型可有效提高微电网群经济效益,从而验证了该模型的有效性。     

Optimum battery energy storage system using PSO considering dynamic demand response for microgrids

This article proposes a novel optimum sizing of battery energy storage system (BESS) using particle swarm optimization (PSO) incorporating dynamic demand response (DR) to improve a fast, smooth and secure system stability and performance, avoiding a microgrid from instability and system collapse during an emergency situation. An optimum size of BESS integrating DR can play an important role in frequency control of the microgrid in order to rapidly improve the system stability, restore the power equilibrium and prevent system collapse in the microgrid. The optimum size of BESS is evaluated by PSO incorporating DR based on frequency control of the microgrid. The results show that the optimum size of BESS-based PSO with DR can improve a fast, smooth and safe system performance and dynamic stability compared with the optimum size of BESS-based simulated annealing (SA) with DR and the conventional size. Nevertheless, the proposed sizing methods also determined the impact of BESS specified costs between modern and conventional BESS technologies. The capital cost, operating and maintenance cost of BESS were then investigated and compared in terms of economical performance for microgrid operations.     

考虑负荷裕度的区域综合能源系统储能双层优化配置

综合能源系统通过多能互补与相关市场机制提升了能源利用效率的同时也引入了更多的风险因素,合理的负荷裕度是综合能源系统安全经济运行的重要保障。基于储能对综合能源系统负荷裕度的有利作用,建立了考虑负荷裕度的综合能源系统储能双层优化配置模型。其中下层模型利用储能对综合能源系统负荷裕度均衡度进行优化,而上层模型则结合负荷裕度进行储能容量优化配置,实现了社会综合成本最小化。最后,结合实际算例验证了所提优化方案的有效性。结果表明双层优化模型在实现储能容量优化配置的同时,也优化了其充、放能计划,最终实现了综合能源系统中负荷裕度的有效均衡,提高了综合能源系统应对负荷波动的能力和运行的经济性。     

计及需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度

在多微网系统中考虑用户的需求响应行为和加入共享储能装置均会对系统内的能量流动及设备出力情况造成影响。在此背景下,为促进储能装置的高效利用和可再生能源的就地消纳,提出一种同时计及耗能用户需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度策略。对共享储能运行模式、多微网系统和耗能用户自主响应行为进行建模;分别以多微网系统净收益最大、耗能用户总购能成本最低为上、下层目标,形成合作型Stackelberg互动均衡模型;将下层模型转换成KKT最优条件,随后用Big-M法和对偶定理对非线性项进行处理,将Stackelberg博弈模型转换为混合整数线性规划问题,对多微网系统的能源定价策略、共享储能动态容量划分和各微网内设备的运行状态进行求解。为促进微网间的功率交互,提出基于交互贡献度的利润分配方案。最后,采用5个方案作为算例验证了所提策略的有效性。     

基于储能SOC状态的微电网能量优化调度策略研究

为了满足微电网能量调度要求,根据储能系统在不同运行模式下的功能定位,提出了一种基于储能SOC状态的微电网能量优化调度策略。在调度响应方面,利用该策略可实现微电网与配电网功率交换遵循调度计划,保证调度计划的有效性。在经济运行方面,利用该策略可实现公共连接点配电变压器的最佳运行,降低电力系统损耗。该策略充分考虑了电力公司通过改变用电电价鼓励用户参与需求侧管理的需求,结合实时电价调整储能SOC状态实现用电成本最低。利用该策略可实现微电网离网时稳定运行,提高可再生能源利用率,保证重要负荷的供电,防止蓄电池的过充及过放等。     

计及不确定性的区域综合能源系统双层优化配置规划模型

针对综合能源系统规划运行时缺乏对负荷、可再生能源预测误差和购能价格波动不确定性的考虑,构建了基于粒子群优化-区间线性规划的双层优化模型,用于求解计及不确定性的综合能源系统规划问题。为了说明所提优化配置模型能够显著提高系统运行的灵活性,给出了评价系统参与需求响应项目的潜力指标,量化分析了系统在响应电网削负荷指标和应对购能价格变化方面的优势。算例结果不仅验证了所提模型的有效性和可行性,还表明了在能源互联替代的背景下,天然气价格和电负荷的波动直接影响能源服务公司的收益区间,可通过所提模型优化配置各类储能设备以提高能源利用率、抑制系统运营收益的波动。     

Cooperative control of battery energy storage systems in microgrids

This paper proposes a cooperative control of battery energy storage (BES) units within a microgrid (MG) which includes two control subsystems for charge and discharge operation mode of the BES. In addition, the proposed cooperative control strategy provides accurate reactive power sharing among the BES units. During discharge operation, the proposed strategy utilizes a SoC-based droop control in order to avoid promptly depleting of the BES units, by dedicating the highest priority to their SoC level and respecting their power rating. This is achieved without any disturbance in the power balance of the MG. In addition, during charge operation of the BES units, the proposed control method uses a proportional-integral (PI) controller to limit the BES absorbing power and match it with the available surplus power from the renewable energy sources (RESs). This in turn avoids any power imbalance within the system. Finally, to utilize the extra capacity of the BES converters and also to avoid overloading of RESs, a new adaptive virtual impedance (AVI) strategy is proposed here which provides accurate reactive power sharing by imposing a virtual impedance in series with the coupling impedance of each BES and RES unit. The system performance is validated through extensive simulations carried out in PSCAD/EMTDC software.     

计及SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略

考虑电池储能系统自身容量限制下提升一次频率响应的自适应性,提出一种计及荷电状态(SOC)的电池储能系统一次调频综合控制策略.建立电池储能系统一次调频动态模型,对比分析了虚拟惯性与虚拟下垂控制对电网频率偏差的调节特性.设计考虑SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略,并引入一种由综合考虑频率偏差及其变化率的输入系数与计及电池储能系统SOC的反馈系数相结合的自适应因子,输入系数由模糊逻辑控制器自适应调节,反馈系数通过回归函数自适应调节.最后搭建仿真模型进行阶跃和连续负荷扰动工况下不同控制策略对比分析,仿真结果验证了所提控制策略能自适应控制电池储能系统出力,有效提升一次调频效果.     

计及储能和空调负荷的主动配电网多目标优化调度

为了实现可再生分布式能源的充分消纳以及配网负荷峰谷差的降低,提出了一种考虑储能系统和空调负荷的主动配电网多目标调度优化方法。首先,基于空调负荷等效热参数模型和状态列队控制方法,给出了空调负荷虚拟电厂运行参数的计算方法。在此基础上,构建了一种以可再生能源功率削减量最小、配网运行费用最小和负荷曲线方差最小为目标的主动配电网优化调度模型。最后,采用多目标粒子群算法在改进的IEEE 33节点测试系统上对所提模型进行求解和仿真分析。仿真结果表明,所建模型可以有效地提升可再生能源的消纳能力,优化负荷曲线。     

Optimization of a battery energy storage system using particle swarm optimization for stand-alone microgrids

The main challenge in integrating a Battery Energy Storage System (BESS) into a microgrid is to evaluate an optimum size of BESS to prevent the microgrid from instability and system collapse. The installation of BESS at a random size or non-optimum size can increase in cost, system losses and larger BESS capacity. Thus, this paper proposes the new method to evaluate an optimum size of BESS at minimal total BESS cost by using particle swarm optimization (PSO)-based frequency control of the stand-alone microgrid. The research target is to propose an optimum size of BESS by using the PSO method-based frequency control in order to prevent the microgrid from instability and system collapse after the loss of the utility grid (e.g., blackout or disasters) and minimize the total cost of BESS for 15 years installation in the microgrid. Then, the economical performance of BESS with modern different storage technologies is investigated and compared in the typical microgrid. Results show that the optimum size of BESS-based PSO method can achieve higher dynamic performance of the system than the optimum size of BESS-based analytic method and the conventional size of BESS. In terms of BESS economical performance with modern storage technologies, the installation of the polysulfide–bromine BESS is likely to be more cost-effective than the installation of the vanadium redox BESS for 15 years installation in the typical microgrid. It is concluded that the proposed PSO method-based frequency control can improve significantly power system stability, grid security, and planning flexibility for the microgrid system. At the same time, it can fulfill the frequency control requirements with a high economic profitability.     

计及峰谷平滑效益的需求响应和电池储能系统调度联合优化策略

现有需求响应决策未考虑储能调度等影响因素,电池储能运营商基于固定需求响应结果进行储能调度决策,联合优化结果难以使系统获得最优综合效益。为此,建立了需求响应和电池储能系统调度联合优化机制以及基于联合优化策略的需求响应和电池储能系统调度决策模型。采用基于离散参数规划的线性优化策略,以等步长形式迭代求解非线性优化模型的最优分时电价和最优储能调度策略;建立基于联合优化策略的峰谷平滑效益模型,用于评估电力系统削峰填谷的单位成本。算例分析结果表明,所提需求响应和电池储能调度联合优化策略能有效削峰填谷并提高系统整体的经济性。