新能源发电环境下大规模储能的优化调度策略研究论文_孙瑞1,,李雪峰1,, 石毅2

摘要: 随着新能源技术的日益成熟，化石燃料正在逐步被替代为清洁能源。但风电、光伏发电存在随机、不确定性，集中并入整个电网将会引起严重的后果。本研究将风力、光电、抽水蓄能三种发电形式捆绑成独立的电源来参与全电网的调度，基于此提出了风光蓄独立电源优化调度策略，利用场景预测方法考虑风力、光电出力的随机性，以协调预期收益最大化为目标，分析具体的算例，得出风光蓄独立电源优化调度结果。结果表明在考虑风、光发电的不确定性条件下，三种发电形式具有一定互补关系，可大幅度提高电网收益。

关键词: 大规模储能; 优化调度; 风光出力; 抽水蓄能; 电网

1. 引言

随着经济社会发展、人口增长，世界对能源需求急剧飙升。如今，我们主要依赖化石燃料能源，导致全球极端天气频现，环境破坏严重 [1]。相比化石燃料，新能源燃料应用范围广、高效、可再生、清洁 [2]，因此开发、优化、高效利用新能源是当今能源发展研究的热点。国内外新能源研究集中在：风力发电、光伏发电、生物发电和地热发电。但这些新能源存在效率底、波动性大和储电性差等问题，这些问题不仅影响用电质量，还影响整体电网安全。而大规模的储能系统能够较好解决这一问题，提高稳定性和可靠性 [3]。

大规模储能电站与电网的结合为可再生资源网络的搭建提供了重要基础 [4]。现阶段，大规模储能电站的建立，不仅能减少因新能源接入而导致整个电网的波动性问题，保障整体电网安全，还能抑制原有新能源发电存在的弊端，提高整体电网质量。这种方式既可以降低环境的污染，又能给电网系统带来新的方式，让整个电网能更平稳、清洁、安全的运行 [5]。

本研究利用场景预测方法考虑风力、光电出力的随机性，建立风光蓄独立电源优化调度策略，改变原有风力、光电和抽水蓄能三种电站独立运行的模式，计算优化调度效果预期收益，通过算例分析了风光蓄独立电源优化调度结果，提高电力系统的灵活性。

2.方法

2.1最优离散场景生成

电力网络中风、光发电均为不确定的变量，要看具体出力典型场景，通过将不确定的变量进行随机连续概率离散化，根据时间段得出最优的结果，然后将随机变量分布组合。文中使用瓦瑟斯坦最优离散概率学方法 [6]，连续的概率分布h(x)，最优的离散概率分布Zq ( q=1,2,..., Q)需符合以下要求：

2.2 目标函数

风光蓄独立电源优化调度策略模型以协调预期收益最大化为目标：

2.3 约束条件

3. 结果与分析

3.1风光蓄独立电源优化调度策略

通过全电网中心计划建立风光蓄独立电源，风光功率预测值为，风电场、光电场出力为PG1,PG2，抽水蓄能电场出力为PG3,在协调调度中，新能源电源也需要参与市场的竞争，以协调预期收益最大化为目标，通过在不同时间段采用不同的发电模式，考虑具体电源的出力情况，各个企业也需采购备用容量的电源来补齐新能源电网出现的不确定性问题。

这种方法是根据风力、光力、抽水蓄能三种发电模式之间存在不同时间段的互补特性，改变原三种电站独立运行模式，充分发挥各个电站优势。能解决新能源发电存在的不确定性和难以协调性问题，它能在优先使用抽水蓄能电站基础上，有效减少弃风光现象，其次，抽水蓄能电站还可为风光系统提供电量，以应对预测误差，增强系统调节能力，进一步改善新能源电网出现的问题。

3.2 优化调度效果预期收益分析

本文对一个风电场、光电场和蓄能电场组成的电源进行分时段的协调调度。其中，正备用价格Ptup设置为0.75元/(kW﹒h)，负备用价格ptdown设置为0.18元/(kW﹒h)。假设风电场的装机量为200 MW，光电场的装机量为50 MW。调度模式：1.不考虑不确定性，风光和抽蓄独立运行；2.不考虑不确定性，风光和抽蓄协调运行；3.考虑不确定性，风光和抽蓄独立运行；4.考虑不确定性，风光和抽蓄协调运行。

如表1所示，在都不考虑不确定性条件下，风光蓄协调运行系统的总预期收益远大于各自独立运行；在考虑风光出力的不确定性条件下，风光蓄独立运行收益有所上升；而在考虑风光出力的不确定性条件下，能发现风光蓄协调运行，比较明显的增加电网收益，证明三者协调运行对风电波动方面具有显著的效果。

3.3 优化调度效果评估

通过场景预测方法考虑风力、光电出力的随机性，具体的优化调度效果如图1所示。从图中可以看出：风力、光力、抽水蓄能三种发电模式之间存在不同时间段的互补关系。白天用电高峰，风力蓄发电明显小于计划发电，而这时抽水蓄能可以启动水轮机进行发电来弥补风光发电的不足；夜间用电低谷，为避免弃风光现象，这时抽水蓄能可以启动水轮机况进行抽水来进行蓄能，这样会使其风光蓄独立电源发电与计划发电保持一致。

图.1 A. 风光蓄独立电源优化调度结果;B.风光蓄与计划出力优化调度结果4.结论

本文通过改变原有风电场、光伏电场和蓄能电场的独立运行模式，将三种发电形式捆绑成独立的电源来参与全电网的调度，通过考虑风、光发电的不确定性条件，利用场景预测的方法，以协调预期收益最大化为目标，分析具体的算例，得出风光蓄独立电源优化调度的结果。

结果表明：在考虑不确定性条件下，风光蓄协调运行系统的总预期收益远明显大于各自独立运行；风力、光力、抽水蓄能三种发电模式之间存在不同时间段的互补关系。风光蓄独立电源能够解决新能源电网的波动性问题，紧跟计划发电的水平，近而可以有效降低采购备用容量所需的成本，积极改善风电、光电的进入全电网的特性，提高整体电网的质量和预期收益。

参考文献

1. 高翔, 郑成航. 大气污染治理助推绿色发展 [J]. 浙江大学学报, 2018, 19(1), pp. 4-7.

2. Lu M S, Chang C L, Lee W J, Coo L. Combining the Wind Power Generation System With Energy Storage Equipment. Industry Applications, IEEE Transactions On, 2010, 45(1), pp. 2109-2115.

3. 郭莉, 薛贵元, 吴晨, 谢珍建, 刘国静, 李冰洁. 储能系统应用于削峰填谷的经济效益分析研究 [J]. 电力需求侧管理, 2019, 5(1), pp. 31-34.

4. Solomon A A, Kammen D M, Callaway D. The role of large-scale energy storage design and dispatch in the power grid: A study of very high grid penetration of variable renewable resources. Applied Energy, 2014, 134(1), pp. 75-89.

5. 李建林. 分布式可再生能源领域中储能的应用现状及发展趋势 [J]. 电气应用, 2018, (1), pp. 6-9.

6. Lei X, Tseng M C. “Wait-and-see” monetary policy. Macroeconomic Dynamics, 2019, 23(5), pp. 1793-1814.

项目编号：JSGG20180507183525619，项目名称：重20180005 分布式-储能电站联合运行调度管理系统的关键技术研发

论文作者:孙瑞1,,李雪峰1,, 石毅2

论文发表刊物:《中国电业》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/24

标签：风光论文;  电网论文;  独立论文;  不确定性论文;  新能源论文;  电源论文;  风力论文;  《中国电业》2020年第1期论文;