本文亮點(diǎn)：1.在儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃階段，針對(duì)風(fēng)光協(xié)同消納的不同應(yīng)用場(chǎng)景，提出一種基于運(yùn)行成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置方法。以棄風(fēng)、棄光和儲(chǔ)能投資成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)，考慮功率平衡、支路潮流以及火電、風(fēng)電和光伏出力等約束條件，對(duì)不同場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)容量進(jìn)行規(guī)劃。2.在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段，針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡度較差和運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)較難的問(wèn)題，提出儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略。根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)為消納風(fēng)光等可再生能源下發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率指令，在上層基于儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)SOC和充放電能力選擇最優(yōu)充放電電池子系統(tǒng)，在下層以電池單元SOC均衡為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)功率優(yōu)化分配，并基于AOE控制組態(tài)通過(guò)Excel編寫(xiě)配置文件實(shí)現(xiàn)該策略。
??摘 要 “雙碳”背景下，綜合考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法和運(yùn)行策略，有助于提高風(fēng)光可再生能源消納率、保障系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行。在儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃階段，針對(duì)風(fēng)光協(xié)同消納的不同應(yīng)用場(chǎng)景，本文提出一種基于運(yùn)行成本考慮的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置方法。以棄風(fēng)、棄光和儲(chǔ)能投資成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)，考慮功率平衡、支路潮流以及火電、風(fēng)電和光伏出力等構(gòu)建約束條件，對(duì)不同場(chǎng)景下儲(chǔ)能系統(tǒng)容量進(jìn)行規(guī)劃，從而減少棄風(fēng)棄光，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)光可再生能源的消納。在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段，針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡度較差和運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)較難的問(wèn)題，提出儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略。根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)為消納風(fēng)光等可再生能源下發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率指令，在上層基于儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)剩余電量(state of charge, SOC)和充放電能力選擇最優(yōu)充放電電池子系統(tǒng)，在下層以電池單元SOC均衡為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)功率優(yōu)化分配，并基于AOE(activity on edge)控制組態(tài)通過(guò)Excel編寫(xiě)配置文件實(shí)現(xiàn)該策略，具有使用難度低、編寫(xiě)簡(jiǎn)單、控制過(guò)程形象直觀、計(jì)算與運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)減緩電池老化、降低用戶運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)難度、有效消納風(fēng)光可再生能源具有重要意義。
??關(guān)鍵詞 儲(chǔ)能系統(tǒng)；容量?jī)?yōu)化配置；運(yùn)行策略；剩余電量均衡；AOE
??隨著我國(guó)電力事業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電、光伏等可再生能源的接入比例不斷提高，然而其固有的隨機(jī)性、不確定性等特點(diǎn)制約了電力系統(tǒng)對(duì)可再生能源的消納。單純依靠系統(tǒng)現(xiàn)有調(diào)節(jié)能力難以滿足可再生能源消納需求，靈活調(diào)節(jié)資源可以對(duì)風(fēng)電、光伏的隨機(jī)波動(dòng)進(jìn)行互補(bǔ)，為可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)消納問(wèn)題提供新的解決方案。作為靈活調(diào)節(jié)資源代表的儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和靈活吞吐能量的功能，在應(yīng)對(duì)風(fēng)電光伏波動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行安全性具有重要影響，在儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，容量過(guò)小無(wú)法有效消納系統(tǒng)可再生能源，從而導(dǎo)致棄風(fēng)棄光，而容量過(guò)大則增加投資和維護(hù)成本；在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段，進(jìn)一步制定合理的儲(chǔ)能運(yùn)行策略可以最大限度地利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，保障調(diào)度計(jì)劃有效實(shí)施，有效消納可再生能源，同時(shí)減緩電池老化，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，綜合考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法和運(yùn)行策略，有助于提高可再生能源消納率，確保系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行。
??在上述背景下，對(duì)儲(chǔ)能容量進(jìn)行合理配置具有重要意義。在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)下儲(chǔ)能容量配置研究中，目前多在目標(biāo)函數(shù)中考慮成本進(jìn)行容量?jī)?yōu)化，文獻(xiàn)[9]通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)總結(jié)新能源出力規(guī)律，以成本和平抑效果為目標(biāo)求解儲(chǔ)能配置容量。文獻(xiàn)[10]針對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，提出考慮成本的壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰電池和電容器混合儲(chǔ)能容量配置方法，分析了多種儲(chǔ)能的運(yùn)行特性求解得到容量配置結(jié)果。但是上述研究?jī)?chǔ)能成本計(jì)算方法較為簡(jiǎn)單、考慮因素較少，與實(shí)際存在偏差。文獻(xiàn)[11]研究了風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法，采用了3種方法確定儲(chǔ)能容量，最后通過(guò)算例對(duì)比方法的異同。文獻(xiàn)[12]建立了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合規(guī)劃模型，并提出了基于分解協(xié)調(diào)的分層優(yōu)化算法，兩層相互迭代求解最優(yōu)容量。上述研究對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)下的儲(chǔ)能容量進(jìn)行了計(jì)算，但是對(duì)風(fēng)光場(chǎng)景類(lèi)別考慮尚不充分，有待進(jìn)一步深入研究。
??在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段，制定合理運(yùn)行策略將儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)同消納風(fēng)光可再生能源功率指令進(jìn)行有效分配，對(duì)消納可再生能源、保障系統(tǒng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。目前多采用剩余電量(state of charge, SOC)比例功率優(yōu)化分配策略，根據(jù)SOC比例進(jìn)行功率分配，控制SOC運(yùn)行在合理區(qū)間，為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行功率優(yōu)化分配，滿足功率需求指令。文獻(xiàn)[13]對(duì)不同功率運(yùn)行策略下SOC變化率進(jìn)行了對(duì)比分析，進(jìn)而提出改進(jìn)系數(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行策略，并根據(jù)SOC比例分配功率進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；文獻(xiàn)[14]提出了風(fēng)電場(chǎng)的飛輪儲(chǔ)能矩陣系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，根據(jù)儲(chǔ)能單元可用電量按照比例分配充放電功率。上述研究采用SOC比例功率優(yōu)化分配策略，改善了系統(tǒng)功率分配精度，但是會(huì)使放電過(guò)程同調(diào)度時(shí)段SOC較低儲(chǔ)能單元SOC仍下降，充電過(guò)程同調(diào)度時(shí)段SOC較高儲(chǔ)能單元SOC繼續(xù)上升，存在儲(chǔ)能單元因?yàn)槌掷m(xù)充放電提前達(dá)到SOC上限或下限，提前停止運(yùn)行的問(wèn)題，損傷電池壽命，增加危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率。此外，文獻(xiàn)[15]基于電池組SOC值大小選取最優(yōu)充放電電池組，計(jì)算最優(yōu)電池組最大充放電功率，若滿足均分給各優(yōu)先電池組。文獻(xiàn)[16]基于SOC數(shù)值將儲(chǔ)能系統(tǒng)劃分為正常、減少和禁止充放電工作區(qū)間，根據(jù)SOC狀態(tài)利用模糊控制實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)儲(chǔ)能功率，保障SOC運(yùn)行在安全區(qū)間。上述研究?jī)H考慮SOC邊界，未充分考慮SOC均衡度問(wèn)題，儲(chǔ)能單元SOC不均衡會(huì)導(dǎo)致過(guò)充過(guò)放、部分單元提前退出停止運(yùn)行等事件發(fā)生，制約系統(tǒng)的可用容量，因此有必要開(kāi)展提高儲(chǔ)能SOC均衡度研究，減少充放電循環(huán)的次數(shù)、防止過(guò)充過(guò)放，保持電池安全穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[19]提出了一種含電/氫復(fù)合儲(chǔ)能的直流微電網(wǎng)模糊功率分配和協(xié)調(diào)控制方法，并基于TMS320F28335 DSP和實(shí)時(shí)仿真RT-LAB的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)控制策略，但是存在實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜繁瑣、學(xué)習(xí)門(mén)檻高的問(wèn)題。文獻(xiàn)[20]設(shè)計(jì)了飛輪儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)可編程邏輯控制器(PLC)控制飛輪陣列充放電，但是使用過(guò)程還存在底層代碼較為復(fù)雜，控制策略實(shí)現(xiàn)需要較強(qiáng)編程基礎(chǔ)的問(wèn)題，因此有必要研究簡(jiǎn)單易用、學(xué)習(xí)門(mén)檻低的控制策略實(shí)現(xiàn)方法，便于工程人員使用。
??本文針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置和運(yùn)行策略現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，首先提出了考慮運(yùn)行成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法，在儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃階段考慮棄風(fēng)棄光等成本，提高可再生能源消納率，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本；其次提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略，并基于AOE(activity on edge)控制組態(tài)求解功率分配結(jié)果，實(shí)現(xiàn)可再生能源消納，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全，降低實(shí)現(xiàn)難度；最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提方法的有效性。
??2 考慮運(yùn)行成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置研究
??2.1 考慮運(yùn)行成本的優(yōu)化配置策略目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建
??2.2 考慮運(yùn)行成本的優(yōu)化配置策略約束條件構(gòu)建
??3 儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略
??3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略框架
??根據(jù)上述方法得到的容量配置結(jié)果構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)，考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)建成后即實(shí)際運(yùn)行階段，各儲(chǔ)能電池單元由于充放電工作不同，荷電狀態(tài)存在較大差異，為了減少充放電循環(huán)的次數(shù)、防止過(guò)充過(guò)放，保持電池安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文提出儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略。根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)為消納風(fēng)光等可再生能源下發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率指令，上層以最優(yōu)工作電池子系統(tǒng)選擇為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)指令功率和儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)實(shí)際充放電功率關(guān)系選擇最優(yōu)充放電電池子系統(tǒng)，下層以SOC均衡度為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)電池單元之間的功率分配，其策略流程，如圖1所示。
圖1 功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略流程圖
??3.2 上層運(yùn)行策略——最優(yōu)電池子系統(tǒng)選擇層
??3.3 下層運(yùn)行策略——功率優(yōu)化分配層
??根據(jù)上層運(yùn)行策略得到的最優(yōu)放電電池子系統(tǒng)和每個(gè)儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)承擔(dān)的總功率，在儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)內(nèi)部即儲(chǔ)能電池單元之間以SOC均衡度最小為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)功率優(yōu)化分配，可以表示為式(26)。
??4 算例分析
??本文以改進(jìn)Garver-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，拓?fù)鋱D如圖2所示，研究不同滲透率和風(fēng)光比例下儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置結(jié)果。
圖2 改進(jìn)Garver-6節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖
??系統(tǒng)輸電線路數(shù)據(jù)、火電廠數(shù)據(jù)、系統(tǒng)最大負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)成本參數(shù)、典型日內(nèi)負(fù)荷、風(fēng)電和光伏波動(dòng)曲線分別如表1~5所示。
表1 Garver-6 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)輸電線路數(shù)據(jù)
表2 Garver-6 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)火電廠數(shù)據(jù)
表3 Garver-6 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)最大負(fù)荷
表4 儲(chǔ)能系統(tǒng)成本參數(shù)
表5 典型日內(nèi)負(fù)荷和風(fēng)電光伏出力
??4.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置結(jié)果分析
??4.1.1 不同滲透率優(yōu)化配置結(jié)果分析
??新能源滲透率一般是指新能源裝機(jī)規(guī)模占電網(wǎng)最大負(fù)荷比重。本算例電網(wǎng)最大負(fù)荷為640 MW。分析新能源滲透率分別為30%、50%下優(yōu)化配置結(jié)果和棄風(fēng)棄光成本。
??（1）新能源滲透率為30%
??風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為150 MW，光伏發(fā)電場(chǎng)裝機(jī)容量為42 MW，儲(chǔ)能最大接入個(gè)數(shù)為1，儲(chǔ)能成本系數(shù)1時(shí)，求解得到儲(chǔ)能配置在節(jié)點(diǎn)6處，節(jié)點(diǎn)6處的儲(chǔ)能額定功率和額定能量為8.61 MW和23.85 MW·h。此時(shí)，年棄風(fēng)成本為35.48萬(wàn)元，年棄光成本為73.89萬(wàn)元，儲(chǔ)能年投資成本為297.42萬(wàn)元，總成本為406.79萬(wàn)元，其容量配置結(jié)果如圖3所示。
圖3 新能源滲透率為30%儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置結(jié)果
??（2）新能源滲透率為50%
??風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為150 MW，光伏發(fā)電場(chǎng)裝機(jī)容量為170 MW，儲(chǔ)能最大接入個(gè)數(shù)為1，儲(chǔ)能成本系數(shù)1時(shí)，儲(chǔ)能配置在節(jié)點(diǎn)4處，節(jié)點(diǎn)4處的儲(chǔ)能額定功率和額定能量為26.24 MW和116.45 MWh。此時(shí)，年棄風(fēng)成本為391.68萬(wàn)元，年棄光成本為725.15萬(wàn)元，儲(chǔ)能年投資成本為1304.37萬(wàn)元，總成本為2421.2萬(wàn)元，其容量配置結(jié)果，如圖4所示。
圖4 新能源滲透率為50%儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置結(jié)果
??綜上所述，隨著新能源滲透率的增高，通過(guò)合理配置儲(chǔ)能可以減少棄風(fēng)棄光，但是儲(chǔ)能投資成本相應(yīng)增加，總成本也隨之增加。
??4.1.2 不同風(fēng)光比例優(yōu)化配置結(jié)果分析
??（1）風(fēng)光比例為3∶2
??風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為150 MW，光伏發(fā)電場(chǎng)裝機(jī)容量為100 MW，儲(chǔ)能最大接入個(gè)數(shù)為1，儲(chǔ)能成本系數(shù)1時(shí)，儲(chǔ)能配置在節(jié)點(diǎn)1處，節(jié)點(diǎn)1處的儲(chǔ)能額定功率和額定能量為15.91 MW和51.45 MWh。此時(shí)，年棄風(fēng)成本為0萬(wàn)元，年棄光成本為83.05萬(wàn)元，儲(chǔ)能年投資成本為616.16萬(wàn)元，總成本為699.21萬(wàn)元，其容量配置結(jié)果如圖5所示。
圖5 風(fēng)光比例為3∶2儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置結(jié)果
??（2）風(fēng)光比例為1：1
??風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為150 MW，光伏發(fā)電場(chǎng)裝機(jī)容量為150 MW，儲(chǔ)能最大接入個(gè)數(shù)為1，儲(chǔ)能成本系數(shù)1時(shí)，儲(chǔ)能配置在節(jié)點(diǎn)4處，節(jié)點(diǎn)4處的儲(chǔ)能額定功率和額定能量為：25.39 MW和96.54 MWh。此時(shí)，年棄風(fēng)成本為0萬(wàn)元，年棄光成本為4.23萬(wàn)元，儲(chǔ)能年投資成本為1114.68萬(wàn)元，總成本為1118.91萬(wàn)元，其容量配置結(jié)果如圖6所示。
圖6 風(fēng)光比例為1∶1儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置結(jié)果
??綜上所述，通過(guò)上述對(duì)比分析可以得知，風(fēng)光比例為3∶2時(shí)，配置一臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)在1、總成本為699.21萬(wàn)元。風(fēng)光比例為1∶1時(shí)，配置一臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)在4、總成本為1118.91萬(wàn)元。由于目標(biāo)函數(shù)是棄風(fēng)成本、棄光成本和儲(chǔ)能投資成本之和，那么在不同風(fēng)光比例下，系統(tǒng)會(huì)嘗試在不同節(jié)點(diǎn)配置儲(chǔ)能以最小化系統(tǒng)成本。本文風(fēng)光比例為1∶1時(shí)相比風(fēng)光比例為3∶2時(shí)，新能源裝機(jī)容量更大，因此可以配置更大儲(chǔ)能容量減少棄風(fēng)棄光，提高新能源消納率，減少系統(tǒng)成本。此外，光伏具有調(diào)峰特性而風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，因此儲(chǔ)能配置在靠近風(fēng)電場(chǎng)接入節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新能源的就地消納具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，但是本文風(fēng)光接入節(jié)點(diǎn)無(wú)負(fù)荷，當(dāng)風(fēng)光比例不同時(shí)考慮線路容量約束，選擇配置在靠近風(fēng)光接入的節(jié)點(diǎn)，有效地平衡整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷和能源供應(yīng)。風(fēng)光比例會(huì)對(duì)儲(chǔ)能配置結(jié)果產(chǎn)生影響，在系統(tǒng)建設(shè)初期合理規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)和光伏電廠裝機(jī)容量對(duì)減少系統(tǒng)成本、提高可再生能源消納率具有重要意義。
??4.2 儲(chǔ)能功率分配運(yùn)行策略仿真結(jié)果分析
??4.2.1 基于AOE的儲(chǔ)能功率分配運(yùn)行策略求解方法
??為了驗(yàn)證所提出的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層運(yùn)行策略，本文采用Simulink建立儲(chǔ)能系統(tǒng)仿真模型，并基于AOE實(shí)現(xiàn)運(yùn)行策略對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真分析。AOE是一種由多個(gè)事件驅(qū)動(dòng)流程組成的加權(quán)有向無(wú)環(huán)圖，其節(jié)點(diǎn)表示事件，邊表示動(dòng)作，當(dāng)節(jié)點(diǎn)滿足條件被觸發(fā)后，其對(duì)應(yīng)邊所表示的事件被執(zhí)行?；贏OE實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配運(yùn)行策略，僅需通過(guò)Excel配置文件編寫(xiě)即可實(shí)現(xiàn)該策略，具有使用難度低、編寫(xiě)簡(jiǎn)單、控制過(guò)程形象直觀、計(jì)算與運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。具體策略實(shí)現(xiàn)包括測(cè)點(diǎn)配置、AOE配置和通信通道配置3部分。
??（1）測(cè)點(diǎn)配置
??測(cè)點(diǎn)配置主要用于配置控制器輸入輸出信號(hào)的參數(shù)，并定義各個(gè)測(cè)點(diǎn)屬性。本算例測(cè)點(diǎn)配置包括主控系統(tǒng)下發(fā)的遙調(diào)即系統(tǒng)有功指令功率測(cè)點(diǎn)、各個(gè)儲(chǔ)能電池啟動(dòng)信號(hào)測(cè)點(diǎn)、SOC測(cè)點(diǎn)和實(shí)際功率測(cè)點(diǎn)，并對(duì)其名稱(chēng)、是否離散、是否計(jì)算點(diǎn)、默認(rèn)值進(jìn)行了定義。測(cè)點(diǎn)配置文件如圖7所示。
圖7 測(cè)點(diǎn)配置文件
??（2）AOE配置
??AOE配置是通過(guò)定義AOE的基本信息、變量、事件和動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行策略的描述。本算例共包括6個(gè)節(jié)點(diǎn)和5個(gè)動(dòng)作。將上述運(yùn)行策略用AOE進(jìn)行表示如圖8所示。節(jié)點(diǎn)1為Simulink通信事件節(jié)點(diǎn)，為事件觸發(fā)類(lèi)型，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)始工作，該節(jié)點(diǎn)被觸發(fā)開(kāi)始執(zhí)行運(yùn)行策略。動(dòng)作1是計(jì)算中間量，在通信事件節(jié)點(diǎn)觸發(fā)后被執(zhí)行，計(jì)算儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)的SOC。動(dòng)作2是最優(yōu)電池子系統(tǒng)選擇，根據(jù)儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)SOC和目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化選擇充放電電池子系統(tǒng)。動(dòng)作3是儲(chǔ)能電池單元功率優(yōu)化分配問(wèn)題求解。當(dāng)存在最優(yōu)解時(shí)，執(zhí)行動(dòng)作4下發(fā)優(yōu)化策略；當(dāng)不存在最優(yōu)解時(shí)，執(zhí)行動(dòng)作5下發(fā)默認(rèn)均分策略。不存在最優(yōu)解時(shí)說(shuō)明指令功率不合理，或者儲(chǔ)能可調(diào)度容量太小。
圖8 運(yùn)行策略AOE拓?fù)?/span>
??（3）通信通道配置
??通信通道配置用于描述控制器與Simulink儲(chǔ)能系統(tǒng)仿真模型之間的通信方式，并給出測(cè)點(diǎn)寄存器信息和地址。本算例控制器作為從站，采用Modbus實(shí)現(xiàn)控制器與仿真模型之間的通信。測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均為EightByteFloat數(shù)據(jù)類(lèi)型，占4位寄存器，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型完成對(duì)地址的分配。
??4.2.2 功率分配結(jié)果分析
??據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置結(jié)果，設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率和額定能量為20 MW和40 MWh，儲(chǔ)能子系統(tǒng)額定功率和額定容量為4000 kW和8000 kWh，最大充放電功率為12000 kW，儲(chǔ)能子系統(tǒng)SOC初值分別為0.9、0.7、0.5、0.3、0.1，儲(chǔ)能單元額定功率和額定容量為500 kW和1000 kWh，SOC最大值和最小值分別為0.9和0.1。
??運(yùn)行控制器與仿真模型得到為消納風(fēng)光等可再生能源下發(fā)的指令功率和儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際輸出總功率曲線圖，如圖9所示。
圖9 指令功率和儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際輸出功率
??從圖中可以看出，儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際輸出功率能夠精確跟隨指令功率變化，雖然輸出功率由于儲(chǔ)能電池特性略有波動(dòng)，但是其波動(dòng)值在0.2 kW以?xún)?nèi)。
??圖10展示了儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)工作狀態(tài)變化和輸出功率變化情況。儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)1的SOC最大，從圖中可以看出根據(jù)上層運(yùn)行策略在滿足指令功率情況下，儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)1處于工作狀態(tài)，其余電池子系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。在0.2~0.4 h、0.6~0.8 h、1.4~2.8 h等時(shí)間范圍內(nèi)由于指令功率大于子系統(tǒng)1最大允許放電功率，儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)2投入運(yùn)行即可滿足指令功率要求，其余儲(chǔ)能子系統(tǒng)仍處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；在0.4~0.6 h、0.8~1.4 h、2.8~3.4 h等時(shí)間范圍內(nèi)指令功率小于子系統(tǒng)1最大允許放電功率，儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)2退出運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)充放電電池子系統(tǒng)選擇。在本文策略下電池子系統(tǒng)間歇性地承擔(dān)充放電任務(wù)，減少了循環(huán)充放電次數(shù)。
圖10 儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)1和2工作狀態(tài)變化和輸出功率
??圖11為儲(chǔ)能工作電池單元雙層運(yùn)行策略SOC變化情況，從圖中可以看出下層運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電池單元之間功率的合理分配，經(jīng)過(guò)2 h，SOC達(dá)到基本均衡。儲(chǔ)能子系統(tǒng)1的8個(gè)儲(chǔ)能單元SOC極差從0.45減小至0.09，儲(chǔ)能子系統(tǒng)2的8個(gè)儲(chǔ)能單元SOC極差從0.25減小至0.16，因此本文策略實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電池單元之間的功率均衡，減小了荷電狀態(tài)的差異性，避免了過(guò)充過(guò)放，減緩儲(chǔ)能電池老化，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全。
圖11 儲(chǔ)能電池單元雙層運(yùn)行策略下SOC變化情況
??5 結(jié) 論
??本文研究了考慮風(fēng)光消納的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化配置及運(yùn)行策略，通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證了策略的有效性。主要結(jié)論有以下幾個(gè)方面。
??（1）在儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃階段，本文提出了考慮運(yùn)行成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置策略，對(duì)不同場(chǎng)景下儲(chǔ)能容量進(jìn)行了規(guī)劃和分析，在系統(tǒng)建設(shè)階段通過(guò)合理配置儲(chǔ)能可以減少棄風(fēng)棄光，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)光可再生能源的消納，同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
??（2）在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段，以最優(yōu)充放電電池子系統(tǒng)選擇為上層運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池子系統(tǒng)間歇性地承擔(dān)充放電任務(wù)，無(wú)須所有電池子系統(tǒng)實(shí)時(shí)承擔(dān)充放電任務(wù)，有效減少了充放電次數(shù)；以功率優(yōu)化分配為下層運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電池單元之間的SOC均衡，避免了儲(chǔ)能電池過(guò)充過(guò)放，減緩電池老化，保障了儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)消納風(fēng)光可再生能源功率指令的有效跟蹤。
??（3）提出一種基于AOE的運(yùn)行策略，通過(guò)Excel即可編寫(xiě)運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單靈活，具有高通用性、計(jì)算效率高、學(xué)習(xí)難度小等諸多優(yōu)點(diǎn)，有利于讓更多工業(yè)用戶參與到“雙碳”目標(biāo)中，提高風(fēng)光可再生能源消納率。
