园区风光储系统的储能容量优化配置

陈禹萌

（国网鄂州供电公司， 湖北 鄂州 436000）

0 引言

由于风能和太阳能的随机性、间歇性和不稳定性，其大规模并网运行给电力系统的稳定性和安全性带来挑战。风光储系统，即以风电、光伏、储能系统为主要组成部分的微电网系统[1]。风光储系统能够在风电、光伏发电量不足或过剩时，通过储能系统进行能量的储存或释放，保障电力系统稳定运行。然而，园区风光储系统的储能容量大小直接影响系统的经济性和稳定性，也会对系统的运行效果产生重要影响，需进行深入研究。

1 园区风光储系统的概述

园区风光储系统是结合了风能、太阳能和储能设备的新型能源系统，主要组成部分包括风电系统、光伏系统以及储能设备，这些组件通过电力电子设备和智能控制系统相互连接，形成在一定范围内自主运行，并能与电网互动的微电网系统[2]。园区风光储系统可以解决风电和光伏发电的不稳定性和不可预见性问题。在风力或太阳能充足时，可以将多余的电能储存起来，待需要时再释放出来，从而实现电能的最优配置。而在风力或太阳能不足时，储能设备则可以释放电能，保证电网稳定运行。

随着对可再生能源利用程度的不断提升，园区风光储系统在能源供应、环境保护和经济效益等方面的优势得到了充分体现。在技术方面，园区风光储系统的关键技术已经取得了显著的进步，尤其是在储能技术、电力电子技术和控制技术等方面。储能设备的性能和效率得到了显著的提高，电力电子设备趋于小型化、高效化和智能化。在应用方面，园区风光储系统已在工业园区、科技园区和生态园区等多种场景得到广泛应用，显示出良好的技术经济性。同时，随着电力市场化改革的深入推进，园区风光储系统在市场参与方面也展现出巨大的潜力。

2 园区风光储系统储能配置模型

文章搭建了双层规划储能系统配置模型[3]，如图1 所示，外层优化模型的关键变量为储能所需配置的功率及容量限制，目标函数为minCA，关注储能的投资成本及风光出力联络线的波动。内层优化模型的关键变量为储能设备在运行中的充电与放电的动态功率、SOC 约束等，目标函数为minf，关注系统风光出力动态功率联络线波动最低值。

图1 双层优化模型架构

3 基于双层控制的储能配置流程

采用双层优化模型计算获得全局最优解难度较高，因此，选择数值计算方法，将设定次数的步骤进行反复迭代。当符合既定的数值收敛条件时，便可认定为最优解。储能配置流程算法如图2 所示[4]，其中：ES

图2 双层控制的储能配置流程

ES为各个季节风光储能系统的容量配置、PSES为各个季节风光储能系统的功率配置。

4 案例分析

以某园区的一个风光储系统项目为例，包括风电光伏出力、储能模块以及负荷等，如图3 所示。该风光储系统光伏额定容量为500 kW、风电额定容量为1 000 kW、最大负荷为2 400 kW、联络线功率限制为1 600 kW、反送电功率限制为500 kW。

图3 风光储能整体结构

考虑到春季和秋季无论光照和风速，都较为相似，本文只分析春季、夏季、冬季的风电及光伏出力情况。表1 为春季、夏季和冬季各个季节的风电、光伏及负荷情况，分析表中数据可以发现，在夏天太阳光照辐射最大时，光伏发电功率也达到最大值，但风速相对较弱。而在冬季风力最大时，风电出力也达到最大值，但光照辐射相对较弱，且冬季负荷需求量也是最高峰。春季无论是在风电出力、光伏发电、还是负荷需求方面均相对较为居中[5]。不同季节的出力有明显不均衡现象，若不能及时、合理地调节系统中潮流布置，将导致系统低电压情况频繁发生，严重影响系统的运行质量。

图4 为没有加装储能系统时，各个季节的发电系统联络线动态功率图谱，不难发现：春季、夏季和冬季的联络线动态功率变化幅度均较大，夏季、冬季的联络线动态功率甚至有超出限制值的情况。

图4 各个季节联络线功率曲线对照

案例中各仿真参数值设置如表2 所示，根据前文双层控制的储能配置流程对各个季节储能系统所需搭配的功率容量进行计算，春季、夏季和冬季的储能功率和联络线动态功率图谱如图5—图7 所示。

表2 案例仿真参数值

图5 春季节联络线功率及储能功率曲线对照

图6 夏季节联络线功率及储能功率曲线对照

图7 冬季节联络线功率及储能功率曲线对照

对储能优化前后春季、夏季和冬季的联络线功率进行比对，如表3 所示。不难发现，添加储能设备后，春季、夏季和冬季的系统联络线动态功率均在功率限制值1 600 kW 之内，振荡范围低于200 kW，波动情况抑制效果显著。

表3 储能优化前后春季、夏季和冬季的联络线功率比对单位：kW

5 结语

为进一步优化园区风光储系统的储能配置，提升系统整体运行质量，在介绍园区风光储系统的基础上，搭建了园区风光储系统双层优化储能配置模型和配置流程。以某园区风光储发电系统为例进行分析，发现该储能模型可将春季、夏季和冬季的系统联络线动态功率控制在1 600 kW 之内，振荡范围低于200 kW，波动情况抑制效果显著。