储热融合储能的风电消纳优化控制

摘要：我国的北方地区有大量的平原，这些地区的风能资源非常丰富，国家因地制宜开发风电产业，使风电的装机容量达到了世界首位。然而在风电产业如火如荼建设的过程中，也出现了风电弃风的现象，为了有效地对资源进行充分利用，逐步解决风电消纳问题，我国风力发电产业的相关研发人员提出了热储热熔和储能的风电消纳方案。本文重点对储热融合储能的风电消纳优化控制方案进行分析研究，以供参考。

Abstract： There are a large number of plains in the northern region of China. These regions are rich in wind energy resources. The country develops wind power industry according to local conditions， making the installed capacity of wind power the world's first. However， as the wind power industry is in full swing， the phenomenon of wind power abandonment has also appeared. In order to make full use of resources effectively and gradually solve the problem of wind power consumption， relevant R&D personnel in China's wind power industry have proposed a wind power absorption plan for thermal storage， thermal melting and energy storage. This article focuses on the analysis and research of optimized control schemes for wind power consumption based on heat storage and energy storage for reference.

关键词：风电消纳;管理;优化;储热融合储能;控制

Key words： wind power consumption;management;optimization;heat storage and energy storage;control

中圖分类号：TM614                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0163-02

1  我国风电发展过程中出现的问题

风光电热储综合利用系统主要是分析风电以及太阳能等资源的规律，与实际情况相结合，对太阳能、风能等资源进行综合化的利用，在实践当中获得了很好的效果，具有较好的应用前景。当前人们在进行电力系统构建方面，越来越重视风光储互补发电技术的应用价值，在实践当中应用领域越来越广泛。造成限电弃风的原因很多，需要进行系统化地分析，主要在于我国能源结构不合理，在运行过程中系统调峰能力不足，我国风力发电主要的区域在三北地区，也就是西北地区、东北地区和华北地区，电力能源结构依旧以燃煤发电的纯凝式机组为主。这种机组在运行过程中出现的主要问题在于调节能力不强，而且冬季在供热的过程中，机组主要使用的是热电联产机组，在运行的过程中会导致调节能力进一步下降，造成严重的弃风问题。这些弃风问题会导致风能的大量浪费，供热机、热电联产机组往往处于满负荷工作的状态，通过以热定电的方式进行运行。在运行过程中，无法保证足够的调节能力，如果遇上风电大发电，往往只能通过汽封等方式对电力需求进行平衡。另外，风力发电具有一定的季节性，在冬季往往出力较高，而且具有夜高昼低的反调峰特性，这就造成风电消纳时出现严重问题，导致弃风问题出现。因此合理对风电消纳方案进行研究，让风电消纳的能力提高，显得越来越重要。

2  储热融合储能的风电消纳优化控制

2.1 目标函数

对蓄热能和储能的风电消纳优化控制方案进行分析，需要注意合理进行储热、储能系统的构建，合理进行风电消纳，并且重视约束条件的控制。约束条件主要包含了电锅炉功率约束、合约约束、消纳弃风约束以及储能储热装置能量约束等。在本次研究过程中，蓄热式电锅炉融合储能的优化控制方案，主要是对季风进行消纳和控制为主的，需要注意在各个时刻风电厂向电网公司出售的弃风发电量需要低于风电场的总风量，在优化的过程中与实际情况相结合，依照不同合约的条件合理地对合约约束进行选择，保证蓄热罐每一时间段的蓄热量符合实际运行需求。

2.2 改进粒子群算法

粒子群算法主要使用群体个体自身经验的总结来对行为策略进行修正，最终获得最优解粒子群算法。在运行过程中容易进行编程，而且原理简单。在实际操作时，可以进行并行计算，应用非常广泛。早期使用时也会出现早熟、收敛的问题，因此需要注意在面对多极值优化方面，合理进行改进。粒子群改进算法是多年优化后的结果，主要是一种具有全局收敛性的改进算法，是一种全局改进算法。在运行过程中，可以随机进行理论分析，获得最优解。

3  仿真分析

3.1 风电场数据分析

我国吉林地区的供热器主要维持在174天，而东北地区在冬季供热的时候弃风的现象非常严重。下面以吉林地区的风电场数据为基础进行分析，将供热期进行分段，前一个月和后一个月设定为供热期的初期和供热期的末期，区域时间段设定为供热期的中期，对供热期的典型数值进行评估，对历史数据进行分析发现。在秋季的风电平均出力可以达到71.31MW，而冬季时能够达到80.9MW。在春季时为99.61MW。通过数据分析发现风电出力的季节性非常明显，对负荷功率进行分析，可以发现最高的负荷功率出现在早上7：00～10：00以及晚上的5：00～9：00之间，由此可以发现风电出力的反调峰性非常明显。

3.2 算例分析

对供热周期的数据进行分析，随机抽出一天的实测数值，通过蓄热式电锅炉消纳风电，在传统方式运行过程中，晚间的电锅炉运行较为稳定，功率一般在30兆瓦上下，生成的热量一部分用于进行供热，另一部分在储热罐当中存储。另外在上午5：00到晚间22：00时将其放空。每天消纳的弃风量为204.74MW·h，功率相对较低。蓄热式电锅炉融合储能的联合系统能够有效地将风电电量消纳，供热功率一般维持在16.68MW到33.36MW，通过蓄热绒和储热方式进行风电的消纳，在实际操作时运行如图1、图2、图3所示。

对数据进行分析可以发现，在凌晨0：00～2：00之间弃风功率比直供上限高，锅炉主要在供热上限功率的状态下运行。蓄热罐除了功率和电池充电功率均为正，蓄热储热系统和电池储电量随时间的增加而逐步上升，在凌晨3：00～4：00以及上午8：00～9：00这两个时间段，系統主要以弃风功率值供热。在运行过程中，储热系统和储能系统的能量没有较大变化，而对图4中的数据进行分析发现，9：00～11：00之间以及14：00～15：00之间的弃风功率比直供功率下限低。在此过程中，储热罐和储能电池处于释放能量的状态，电锅炉以弃风功率进行运行，而夜间19：00～21：00的时间段，除了系统当中的储热量过低，为了确保系统供热的可靠性，防止下一时间段出现供热不足的问题。因此在满足直供热下限的条件下，来进行储油罐储热。

在运行过程中，使用蓄热式电锅炉融合储能的协调优化办法，来对消纳的风电进行控制，在使用传统方法进行控制时，系统24小时的弃风量能够达到649.79MW·h，而使用新型混合系统之后，弃风量大幅度减少只有24.71MW·h，能够减少大量的弃风电能，相比于传统的运行控制模式，该系统可以有效地对弃风电能进行消纳。

3.3 收益分析

通过改进粒子群算法来求解目标函数，分析混合系统运行过程中各时间段的收益情况，具体如图5所示，由图中数据分析可以发现，在多个时刻都出现了弃风功率达到直供热上限等情况，收益走势和弃风功率情况一致，与实际情况类似。由此可以发现，在电力系统优化的过程中，弃风电量非常关键，是对混合系统实时收益产生影响的一个重要因素。

4  结束语

本文主要对弃风问题进行分析，提出相应的优化控制方案，利用蓄热式电锅炉对风电进行消纳的方式，相比于传统消纳风电的方式，能够大幅度提升效率，提高总收益，是未来电力系统发展过程中的一个重要方向。

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作者简介：郑瑜（1981-），男，山东聊城人，中级工程师，硕士研究生，研究方向为电子商务。