基于储能的电力系统潮流协调优化控制策略

基于储能的电力系统潮流协调优化控制策略

张莉萍 牛元化

硕维科技（杭州）有限公司  浙江省杭州市  310000

摘要：我国能源体量大，但能源结构复杂且具有一定的特殊性，智慧能源加快储能产业的发展，推动经济发展。针对高比例新能源电力系统因源荷波动或元件故障引起的局部输变电设备短时潮流越限问题，提出一种基于规模化储能的电力系统潮流分散协调优化控制策略。首先，基于储能技术概述；其次，构建基于储能的电网潮流控制优化模型。

关键词：新能源；储能；分散协调；控制策略

引言

在电力需求日益增长的背景下，充分挖掘架空线路潜在的输电能力，提高现有电网的利用效率，缓解电力供求矛盾，减少或推迟新建输电走廊，对于践行节能减排、推进电网结构优化具有特别的意义，也是学术界和工程界共同关注的焦点。电热协调理论作为电力运行调度中的最新理论，可在本质上体现输电导线的热载荷能力，得到了广泛关注。

1储能技术概述

1.1储能技术的基本原理

储能技术是一种将能量储存在电池或其他设备中，以备将来使用时释放的能源存储方式。其基本原理是通过电化学反应或物理过程将能量转换成其他形式进行储存，然后将其转化为可用的电能。目前，常见的储能技术包括锂离子电池、超级电容器、燃料电池等。其中，锂离子电池是最为流行的一种储能技术之一。锂离子电池具有高能量密度、快速充电速度以及长寿命等优点。因此，锂离子电池被广泛应用于电动汽车、智能手机等领域。超级电容器可以实现非常大的电荷容量和极快的充放电速率，但寿命较短且成本较高。燃料电池可以在没有外部电源的情况下直接产生电能，但是需要消耗氢气或者其他燃料来维持运行。

1.2储能技术的分类

储能技术主要分物理形式和化学形式转换为电能，不同类型储能技术各有优缺点，需要针对不同的需求进行选择和优化。物理形式可以转换为机械能和电磁场能，如风力发电、太阳能光伏发电；化学形式包括电池、蓄电池、超级电容器等。储能技术的分类主要有三种：静态储能技术、动态储能技术和混合型储能技术。静态储能技术是指将能量储存在一个固定的位置上，比如锂离子电池、铅酸蓄电池等；动态储能技术是指通过某种方式将能源转化为其他形式，然后将其储存下来，再利用时释放出来；混合型储能技术是将前两者结合在一起的一种新型储能技术。静态储能技术具有稳定性好、容量大、可重复充电等优点，但同时也存在成本高、维护难度大等问题；动态储能技术相比静态储能技术更加灵活多样，但是也存在着能量转化率低、可靠性差等问题。在实际应用中应该综合考虑各种因素来选取最适合的储能技术。

2电热协调理论

根据上文分析可知：传统意义上，电力系统中的潮流计算和优化调度模型仅关注系统电气量之间的耦合关系以及限制约束，并将系统中的非电气量约束转化为电气量进行约束，这必然导致约束条件准确性的下降。以线路温度参数为例，传统潮流计算中不考虑线路温度的变化特性及其对系统电气参数的实时影响。实际上，导线温度变化时会直接导致线路交流电阻的变化，进而影响潮流计算结果。另外，传统优化调度模型中，通常以静态热定值或动态热定值进行系统线路输送容量约束，即将线路温度约束转化为载流量限制，然而，线路温度与其加载电流之间存在较大的不同步性，当线路加载电流突然变化时，其运行温度需经历一个相对缓慢的动态过程（热惯性过程）才会最终达到稳态，且由于线路热惯性的存在，可允许线路在短时间内过载运行，若能在调度决策中有预见性的计及线路热惯性，将会进一步加强电网资源利用程度，提高系统运行的经济性。在此背景下，电热协调概念由加拿大学者FDGaliana于2005年提出电热协调理论综合考虑电力系统电气量与线路温度模型之间的物理耦合关系，根据潮流解算结果进行线路温度计算，并以线路运行温度限制取代支路潮流限制进行决策控制，计及输电导线载流与温度变化不同步性，由此提高系统运行经济性，扩大电网运行和调度控制的决策空间。电热协调理论一经提出即得到了广泛关注。现针对电热协调的线路温度计算模型、潮流计算模型和优化调度模型进行回顾与综述。

3基于储能的电网潮流控制优化模型

3.1目标函数

基于储能的支路潮流优化控制目标是在各控制措施中选择使系统稳定且控制代价最小的控制组合。潮流控制采取储能的有功功率出力调节，发电机机组平衡出力，最终实现系统功率平衡，进而阻断支路潮流越限。采用大Ｍ法转化后的多目标线性优化模型为minF＝∑ni＝lCSΔPSi.ΔtIi＋CSKI{ｉ}＋m∑mj＝lCGΔPGj.ΔtIj其中，Ii＝1，表示储能ｉ参与过载控制{０，表示储能ｉ不参与过载控制Ij＝１，表示发电机ｊ参与过载控制{０，表示发电机ｊ不参与过载控制公式中：Ｆ为过载控制的总控制代价；ｎ和ｍ分别为参与控制的储能电站数和发电机机组数；CS为储能单位容量控制成本；CG为发电机单位容量控制成本；ΔPSi为储能节点i参与控制的调整量；ΔPGj为发电机节点j参与控制的调整量；Δt为储能参与控制的时间，可根据潮流越限的场景需要确定；Ii和Ij为状态变量，分别表示储能和发电机的启停状态；M为发电机参与控制的惩罚系数，当M为一个极大的正数时，储能出力的优先级高于发电机出力的优先级。其中，CSK表示为储能参与控制的惩罚系数，代表了调用储能电站的通信成本、寿命损耗以及运行维护成本、回收价值等，惩罚系数的大小制约了参与控制的储能电站的数量。

3.2约束条件

为了避免在调节过程中可控节点控制量不足、产生新的支路越限等情况，优化规划需要考虑保证系统稳定运行的各类约束条件。

3.2.1节点注入功率约束

储能的充放电约束－Pess_i_max≤Pess_ｉ≤Pess_i_max SOCmin≤SOC0＋P（ｔ）·ΔtE≤SOCmaxP(t)＞０时为储能的充电功率{P(t)＜０时为储能的放电功率公式中：Pess＿i为储能机组ｉ的功率值；Pess＿i＿max为储能机组ｉ的最大充放电功率；SOCO为储能初始荷电状态；Δt为持续时间；Ｅ为储能存储的总能量；SOCmin一般取0.1～0.2，SOCmax一般取0.8～0.9。发电机出力约束PGj＿min－PGj＜ΔPGj＜PGj＿max－max公式中：PGj为发电机j当前的有功功率出力值；PGj＿max为发电机ｊ的最大有功功率出力值；PGj＿min为发电机j的最小有功功率出力值；

2.2.2支路最大传输功率约束

对于系统中的任意支路Ｌ，满足约束PL＋ΔPL≤ηPLmax公式中：PL为支路Ｌ的有功功率初始值；ΔPL为控制后支路Ｌ有功功率的变化量；η为支路安全阈值。

结束语

本文针对高比例新能源电力系统因源荷波动或元件故障引起的局部输变电设备短时潮流越限问题，以储能作为主要的潮流控制手段，提出一种基于规模化储能和发电机相结合的潮流越限控制分散协调优化方法。

参考文献

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