风-光电站中储能系统混合最优配置及其经济性研究

储能是解决大规模可再生能源并网问题的重要手段,然而,储能系统的投资成本高、运维损耗大,且不同类型储能系统的技术经济参数存在差异。因此,研究不同类型储能系统的混合优化配置及其经济性具有十分重要的意义。提出风光电站内容量型和功率型储能系统混合配置优化方法,以储能系统全生命周期净收益最大为目标,采用遗传算法进行求解;以张家口地区风光电站实际运行数据和当前3种主流储能电池实际参数为例,分析不同敏感性因素对储能系统选型及容量配置的影响。算例结果表明：容量型储能系统的经济性对电池价格变化更为敏感;液流电池及超级电容混合配置的经济性最佳。     

计及电池储能寿命损耗的风光储电站 储能优化配置

新能源电站配置一定容量的储能可以有效提高新能源消纳水平。储能功率与放电时长的优化配置是前期规划设计阶段的重要问题,针对该问题提出一种储能优化配置方法。在电池储能综合模型的基础上,考虑储能充放电次数和深度对寿命的影响,建立了以风光储电站年净收益最大为目标函数的储能优化配置模型;以充放电功率、容量和电池寿命为约束条件,采用改进粒子群算法和8 760 h生产模拟方法进行求解;通过对某风光储示范电站项目进行算例验证,结果表明所提方法能够考虑新能源发电的不确定性和储能寿命对优化配置方案的影响,得到合理的储能配置方案。     

考虑电池寿命损耗的园区综合能源电/热混合储能优化配置

针对园区综合能源系统(PIES)储能容量优化配置问题,为提升PIES规划-运行经济性,提出了考虑电池寿命损耗的PIES电/热混合储能优化配置方法.首先,构建了适用于PIES规划问题的电池寿命损耗模型,用于量化评估电池寿命损耗;进而,在考虑PIES多能互补特性基础上,引入电池置换成本体现电池寿命损耗的长期影响,以电/热混合储能投资置换成本与运行成本等年值最低为目标函数,建立了PIES电/热混合储能容量双层优化配置模型;最后,通过算例验证了文中混合储能配置方法对系统规划-运行经济性、电池使用寿命的提升效果,并比较分析了电/热混合储能与单一储能对系统规划-运行经济性和电池使用寿命的影响.     

考虑分布式电源时序特性的配网储能配置研究

为了使储能系统的容量配置更加优化、合理,系统经济性更优。对风电、光伏和负荷三者的时序特性进行分析,提出采用模糊控制原理对混合储能系统中的蓄电池和超级电容进行功率分配,优化蓄电池的充放电状态,以延长蓄电池的使用寿命,提高系统经济性;结合储能装置的投资成本,考虑风光互补特性参数的约束,以系统初始投资成本最低和上网波动功率最小为目标建立多目标模型,优化储能系统容量配置。最后,通过算例分析证明了所建模型的正确性和优越性。     

基于改进粒子群算法的混合储能系统容量优化

为了调高风光互补发电储能系统的经济性,减少其运行费用,研究风光互补发电储能系统的容量优化配置模型,探讨粒子群算法的改进及混合储能容量优化方法。首先通过对全生命周期费用静态模型的介绍,利用蓄电池和超级电容器作为风光互补系统混合储能装置,以其全生命周期费用最小为目标,以系统的缺电率等运行指标为约束条件,建立了一种混合储能系统容量优化配置模型,其次,通过优化不对称加速因子进而改进了粒子群算法,最后利用算例在Matlab中进行了仿真与求解,结果表明,该方法不仅优化了蓄电池的工作状态,降低了储能系统的全生命周期费用,而且加快了收敛速度。     

基于改进粒子群算法的新能源侧储能容量配置

在新能源侧配置储能可有效减少弃风弃光,提高新能源消纳能力。综合考虑储能消纳风光的能力及其经济性,以风光电站弃风弃光电量和储能投资成本最小为目标构建新能源侧储能配置模型。提出基于改进多目标粒子群算法的优化算法对模型进行求解,在求出的各目标权重的基础上,采用熵权法排序得出最佳储能容量配置方案。以某风光电站为例进行仿真分析,结果表明,配置储能后可有效消纳风光,且具有较好的经济性,验证了所提方法的有效性和可行性。     

并网型风光氢储微电网容量优化配置研究

本文以并网型风光氢储微电网为研究对象,在满足年制氢量任务的前提下建立了以系统年收益最大为目标的经济优化模型,对不同储能容量方案采用含罚函数的粒子群算法进行优化调度求解。最后对液态金属电池、液态金属电池-铅酸电池、锂电池、锂电池-铅酸电池四种储能配置方案进行对比研究,发现液态金属电池现阶段因价格高单独使用时优势不明显,而在混合储能系统中可以与铅酸电池优势互补。     

计及循环寿命的电网调频储能容量优化配置

针对储能电池参与电网调频时的容量配置问题,提出一种优化配置方法。综合考虑了储能电池的各项成本以及参与调频时可获得的收益,并且引入了储能电池的容量保持率模型,利用数值拟合的方法对不同放电深度给储能电池循环寿命造成的影响进行了定量分析与计算;同时基于区域控制误差信号,以储能运行特性和电网调频需求为约束条件,获取储能电池在调频过程中的出力序列,以此对储能的功率容量和能量容量进行优化配置。最后利用实际电网数据进行仿真验证,对不同放电深度下储能配置的技术与经济特性进行了对比分析,给出了使整体经济性最优的储能放电深度。仿真结果表明,所提配置方法可以灵活协调储能配置方案的经济性与技术性。     

考虑大规模风电接入的电力系统混合储能容量优化配置

不同储能技术在响应特性、经济成本、容量规模等方面各具特色,适用于不同的应用场景.由2种或多种储能装置耦合形成的混合储能系统往往能够综合各方技术经济特性,显现出更加优异的性能.针对现有电网受可再生能源出力波动性的影响日益严重、促进消纳存在技术瓶颈、调峰压力大等问题,提出了一种由全钒液流电池和先进绝热压缩空气储能组成的混合储能系统,建立了考虑大规模风电接入的系统容量优化配置模型.首先,分析了风电出力的频谱特性,提出了一种基于经验模态分解的风电功率分配策略;然后,基于该策略,构建了混合储能系统的双层容量优化配置模型,上层以规划期内总经济投入最小为目标决策混合储能系统的配置容量,下层以系统运行成本最低为目标决策其日前发电计划;最后,基于某实际电网典型日的风电及负荷数据对所提模型进行了仿真分析与验证.算例结果表明:所提混合储能系统的容量优化配置模型不仅可以满足电网的多性能需求,还能有效提升系统的经济性.     

考虑共享储能容量衰减的零碳园区优化调度与经济性评估

新能源发电的随机性与间歇性给电力系统运行与控制带来巨大挑战,储能技术是解决该问题的重要手段之一。聚焦于新背景“零碳园区”与新模式“共享储能”,研究了考虑共享储能容量衰减的零碳园区优化调度与经济性评估。首先,提出了共享储能成本效益分析模型,接着建立了以日运行成本最小为目标,同时考虑共享储能服务与电网购电的优化调度模型,然后,提出了经济性评估指标。在算例分析中考虑无配置储能电站、自配储能电站、共享储能电站三种配置方案,以及新电池与退役电池两种选型方案,充分对比了各方案下优化调度与经济性评估结果,并分析了各方案下的场景适用性。最后,通过敏感性分析突出共享储能服务价格对其经济性的影响,并给出服务价格的建议取值。算例结果验证了共享储能电站的经济性优于其他方案。此外,退役电池性能虽低于新电池,但成本较低,参与调度的经济性更好。     

Tracking-dispatch of a combined wind-storage system based on model predictive control and two-layer fuzzy control strategy.

To maximize improving the tracking wind power output plan and the service life of energy storage systems (ESS), a control strategy is proposed for ESS to track wind power planning output based on model prediction and two-layer fuzzy control. First, based on model predictive control, a model with deviations of grid-connected power from the planned output and the minimum deviation of the remaining capacity of the ESS from the ideal value is established as the target. Then, when the grid-connected power exceeds the allowable deviation band of tracking, the weight coefcients in the objective function are adjusted by introducing the frst layer of fuzzy control rules, combining the state of charge (SOC) of the ESS with the dynamic tracking demand of the planned value of wind power. When the grid-connected power is within the tracking allowable deviation band, the second layer of fuzzy control rules is used to correct the charging and discharging power of the ESS to improve its ability to track the future planned deviation while not crossing the limit. By repeatedly correcting the charging and discharging power of the ESS, its safe operation and the multitasking execution of the wind power plan output tracking target are ensured. Finally, taking actual data from a wind farm as an example, tests on a simulation platform of a combined wind-storage power generation system verify the feasibility and superiority of the proposed control strategy     

Dynamic economic evaluation of hundred megawatt-scale electrochemical energy storage for auxiliary peak shaving

With the rapid development of wind power, the pressure on peak regulation of the power grid is increased. Electrochemical energy storage is used on a large scale because of its high efciency and good peak shaving and valley flling ability. The economic beneft evaluation of participating in power system auxiliary services has become the focus of attention since the development of grid-connected hundred megawatt-scale electrochemical energy storage systems (ESS). Based on the relationship between power and capacity in the process of peak shaving and valley flling, a dynamic economic beneft evaluation model of peak shaving assisted by hundred megawatt-scale electrochemical ESS considering the equivalent life of the battery is proposed. The model considers the investment cost of energy storage, power efciency, and operation and maintenance costs, and analyzes the dynamic economic benefts of different energy storage technologies participating in the whole life cycle of the power grid. Then, according to the current ESS market environment, the auxiliary service compensation price, peak-valley price diference and energy storage cost unit price required to make the energy storage technology achieve the balance of payments are calculated, and the economic balance points of diferent energy storage types are clarifed. Finally, based on the measured data of diferent provincial power grids, the economies of six energy storage types applied to three provincial power grids are compared and analyzed, and the rationality and efectiveness of the relevant models proposed are verifed. The work has theoretical guiding signifcance for the economic beneft evaluation of hundred megawatt-scale electrochemical energy storage.     

基于近端策略优化算法的电化学/氢混合储能系统双层配置及运行优化

针对电化学储能和氢储能的互补特性,提出了一种包含电化学和氢储能的混合储能系统配置和运行的综合优化模型,并提出了智能算法进行求解。该模型基于双层决策优化问题,将混合储能系统配置及运行2个不同时间维度的问题分上下层进行综合求解,并考虑了两者间的相互影响,采用强化学习近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)算法求解该双层优化模型。以甘肃省某地区的风光数据,通过对比应用多种传统算法求解结果,验证了所用算法在复杂环境下适应度最高且收敛速度最快。研究结果表明,应用该模型最大可降低24%的弃风、弃光率,有效提升系统综合效益。氢储能作为容量型储能配置不受地形因素限制,适用于多样的应用场景,从而为氢储能这一新型储能形态在全国的广泛配置提供了应用示范。     

考虑多重分时电价和效益潜力的电力储能系统调度策略

电力储能系统接入电网在保证电力系统安全稳定运行方面具有诸多优势,执行储能系统调度策略能够实现削峰填谷,并从中获得经济效益.在不同的分时电价下,储能系统调度策略获得的经济效益往往具有差异性,因此定量研究不同分时电价下储能系统调度策略的效益潜力,对提高电力系统的整体经济效益具有重要意义.建立了考虑多重分时电价的储能系统调度策略效益潜力评估模型,量化储能系统调度策略在多重分时电价下的经济效益.以2018年某地的实际负荷数据为分析对象,采用改进粒子群优化算法验证所提储能系统调度策略的有效性,分析结果表明,所提储能系统调度策略效益潜力评估模型对提高电力系统的经济效益具有实用价值.     

基于近端策略优化算法的电化学/氢混合储能系统双层配置及运行优化

针对电化学储能和氢储能的互补特性,提出了一种包含电化学和氢储能的混合储能系统配置和运行的综合优化模型,并提出了智能算法进行求解。该模型基于双层决策优化问题,将混合储能系统配置及运行2个不同时间维度的问题分上下层进行综合求解,并考虑了两者间的相互影响,采用强化学习近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)算法求解该双层优化模型。以甘肃省某地区的风光数据,通过对比应用多种传统算法求解结果,验证了所用算法在复杂环境下适应度最高且收敛速度最快。研究结果表明,应用该模型最大可降低24%的弃风、弃光率,有效提升系统综合效益。氢储能作为容量型储能配置不受地形因素限制,适用于多样的应用场景,从而为氢储能这一新型储能形态在全国的广泛配置提供了应用示范。     

基于GIS-MCDA的蒙古国可再生能源资源评估方法研究

为准确评估可再生能源资源开发潜力,提出一种基于地理信息系统(GIS)和多标准决策分析(MCDA)的资源评估方法,构造GIS支持的多标准决策分析模型。在考虑资源条件、地形坡度、离城镇距离、离路网距离,以及离电网情况等多重因素下,结合GIS空间分析和多标准决策方法,对可再生能源开发场站影响因素进行决策分析,从技术和经济可开发潜力两方面给出资源评估总体流程和方法。结合蒙古国实际的风速、太阳辐射度和其他空间数据,对蒙古国风能和太阳能资源潜在开发区域进行评估,得到风电和光伏场站建设的空间适宜性分布地图,验证了所提出方法的可行性和有效性。研究结果表明,蒙古国风电开发适宜区域潜在可开发的风资源高达21.7 GW,覆盖面积约为4340 km2;光伏场站开发适宜区域潜在可开发的太阳能资源约为483.7 GW,覆盖面积超过12000 km2,具备大规模可再生能源开发潜力。同时,对比适宜区域的风电和光伏开发项目LOCE,可以看出在中短期内风电较光伏更经济,但长远来看,随着光伏组件和系统平衡的改善,太阳能光伏LCOE会下降至与风力发电相同的水平。     

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system, ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge, SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

考虑风/光/水/储多源互补特性的微网经济运行评价方法

针对风能、太阳能短期波动大,水能短期波动小的特点,通过分析风、光、水资源之间的互补特性,提出了一种包含风、光、水、储的互补微网优化配置方法,建立了互补特性对微网经济运行影响的评价体系。该方法以储能容量、微网设备安装成本与系统运行维护成本为目标,以系统容量、分布式发电比例与蓄电池充放电特性为约束,基于自适应遗传算法,得到最优风、光、水等分布式电源容量以及该条件下的储能系统配置容量。通过灵活调整分布式电源组合方式及分布式发电比例,得到不同配置下的储能系统配置容量及微网经济运行评价指标。结果表明:当风、光、水3种分布式电源出力具有互补性时,系统储能容量明显减小,同时微网经济效益达到最优。