含大规模风电的电力系统储能电源优化配置研究

刘 琛

（江苏省电力公司检修分公司,211102）

含大规模风电的电力系统储能电源优化配置研究

刘 琛

（江苏省电力公司检修分公司,211102）

随着化石能源枯竭和大气污染等问题的日益深化，风力发电在现阶段的发展中得到了快速的发展。藉此，本文立足于现阶段我国风力发电发展现状，对风电的电力系统储能电源的优化配置进行了深入的研究。

储能电源优化配置；风力发电系统；大规模风电

0 前言

风力发电相比于火力发电及原子核发电要更加的“清洁”。因此，在石化能源接近枯竭的背景下，像风力发电这种清洁型的发电方式，在现阶段得到了迅速的发展。在未来，石化能源终将会有枯竭的一天，因此风力发电的优越性就显现出来，它的特点更加契合现阶段我国社会发展方式和人们的生活理念。所以，对大规模风电的电力系统储能电源优化配置的研究有着鲜明的现实意义。

1 大规模风电的电力系统储能电源优化配置研究的背景和意义

随着现有石化能源的“告罄”，和大气污染等环境问题的日益突出，开发可再生能源已经成为了世界各国的共同目标。而风力发电依靠现阶段成熟的技术、廉价的成本、资源的丰富正逐步的取代传统燃料发电的方式，成为各国发展新型能源的的首选。并且随着风电装机规模的不断扩大，各国未来的风电发展方向也必将靠近大规模的风电并网发电方式。

全球的风能资源十分的广泛，可以是遍布在世界各地。据调查，截止2012年底，全球风能的储备量达到了2825GW，新增了4471万千瓦。其中中国、美国。德国位居前三，累计网装机容量分别为：6300万千瓦、6000万千瓦.3115万千瓦。并且近几年巴西等新兴市场风电网并容量也在飞速的增长。纵观我国风电发展史，我们国家的风电装机容量在逐年提高，从两千年的山十五万千瓦增长到两千零九年的一千五百万千瓦，平均年增长率达到了百分之七十。

从上面我们可以看出，在全球范围内，风电装机容量在未来还会进行迅速的增长。大规模的风电入网是未来风电发展的必然趋势。

2 大规模风电的电力系统储能电源优化配置思路

目前，我们国家在的电能存储方式主要有机械能存储、电磁存储、电化学存储等方式。但是我们不难发现，大规模风电的电力系统储能电源优化配置中，风力系统进行合理科学的建模都是整个配置过程的基础所在。我们知道风的方向是不确定，并且受到风向和风速变化的影响，所以，风力发电其输出的功率是具有随机性和波动性的。

因此，对风力发电的研究不能“墨守成规”要对多个地域进行深入的研究。通过长时间的观察，总结出当地风力变化规律。本文我们就几个小方面对大规模风电的电力系统储能电源优化配置进行建模和研究。

2.1 基于平滑风电短波期波动性的储能电源化配置研究

根据研究我们发现，风电接入系统后将会引起系统频率出现较大变化。当风电渗透率较低的时候，我们可以通过对系统的调节而实现对系统频率的调节，但是当渗透率较高时，由于系统自身的运转效果存在限制的原因，我们在这个时候便不得不选择弃风等手段。因此对平滑风电短波期波动性问题的研究，对提高风能的利用率有着鲜明的现实意义。

2.1.1 目标函数

基于平滑风电短波期波动性的储能电源化配置的目标是达到配置储能后的风电储能联合系统达到经济最优。并且系统储能费用、储能装置费用及风电储能联合费用要超过波动限制的惩罚费用。根据现有的风力知识及数学理论基础，我们可以列出这样呀一个目标函数式：“minF(CBESS)=FBESS+FFDBS”其中CBESS储能装置的容量；FBESS是储能装置的投资等年值；FFDBS是风电储能联合费用超过波动限制的惩罚费用。

2.1.2 约束条件

基于平滑风电短波期波动性的储能电源化配置的模型，主要是为了满足储能装置运行和风电场出力的约束。其中储能电源的运行约束包括了电工、爬坡、储能电荷状态这三方面的约束。

2.2 基于弥补风电预测误差的储能电源优化配置研究

随着现今大规模的风电如网,使得电网因为风电难以预测的原因而埋下安全隐患。因此在电网中加入具有高效性的检测设备，对平衡风电入网引起的系统效率失衡问题有重要的作用。弥补风电预测误差的储能电源优化配置是针对风电误差而提出的一种优化配置方法。它的目标是为了弥补风电误差带来的功率不平衡的问题。针对风电预测误差对风电接入系统时出现的功率失衡问题，进而优化能源在风电系统中的运行状态。并且此种建模，最后要达到的效果是，在风电并网系统中风电利用率、供电效率、及风电经济系统之间达到最大化的平衡。

2.2.1 目标函数。基于弥补风电预测误差的储能电源优化配置模型的目标是使风电经济系统最优化。系统的总费用包括：机械运行成本（包括机械损伤）、能源开发费用、预测误差带来的惩罚费用。目标函数的表达式是：“minF(Cbess)=FCON+FLS+FWS+Fbess”函数式中Cbess是储存电源总量、FCON是：机械运行成本（包括机械损伤）、FLS是能源开发费用、FWS是预测误差带来的惩罚费用。

2.2.2 约束条件。基于弥补风电预测误差的储能电源优化配置建模的约束条件有主要有四部分分别是：风电场出力约束、常规机械运行约束、储能电源约束、平衡约束等。

3 结论

含大规模风电的电力系统储能电源优化配置对提高我国风电入网系统有着重要的作用，它是提高系统传输效率稳定和系统经济安全的重要技术支撑。风电装机容量还在继续增长，未来的科技进步一定会将新能源开发放在重要的发展地位。我们上诉所给的“基于平滑风电短波期波动性的储能电源化配置”及“基于弥补风电预测误差的储能电源优化配置”这两种配置方法只是众多配置模型中的一种。为了使改善我们国家的风电入网问题，我们的科学家和电力行业将要不懈的努力。

[1]黎静华,文劲宇,程时杰,韦化.基于p-有效点理论的含大规模风电电力系统最小储能功率配置方法[J].中国电机工程学报,2013,13:45-52.

[2]张雪莉.提高电力系统风电接纳能力的储能优化配置研究[D].华北电力大学,2013.

[3]章伟.市场环境下大规模风电并网系统中储能容量优化配置[D].江苏大学,2016.

[4]李丰.考虑大规模风电接入系统的发电优化调度模型及方法研究[D].华北电力大学,2014.

Optimal allocation of energy storage power in power system with large scale wind power

Liu Chen
（Jiangsu electric power company maintenance branch,211102）

With the deepening of fossil energy depletion and air pollution,the development of wind power at the present stage has been rapid development. In this paper,based on the current situation of wind power development in China,the optimal allocation of energy storage power of wind power system is studied in this paper.

energy storage power optimal allocation;wind power system;large scale wind power