电池储能技术在风电系统调峰优化中的应用

1、电池储能技术在风电系统调峰优化中的应用摘要：针对电网调峰优化还未实现大规模场景的应用的问题，本文对电池储 能系统参与风电调峰和优化方法进行了研究，通过建立电池储能参与含风电系统 的调峰优化模型，使用粒子群算法对优化模型进行求解，并通过算例分析验证了 电池储能参与含风电系统调峰和优化调度的有效性。关键词：电池储能技术；风电系统；调峰1优化调度建模1.1目标函数本文设定调度周期为24h，选取1h作为时间间隔建立目标函数。1）最小化日负荷曲线的标准差：sj沁二严*式中：F表示日负荷曲线的标准差；PtL表示t时刻的系统负荷；PvL表示系 统的平均负荷；Ptw表示t时刻的风电预测出力；PtE表示t时刻电

2、池储能与系统 的交换电量；Ptgw表示t时刻的弃风电量；k表示t时刻电池储能状态。2）运行成本最小化：布氏二勇（命+4十饵）!=式中：CtG，CtW，CtE分别为火电机组、风电和电池储能的运行成本。其中，q机昭）+&珞+勺+与3）式中：PtGi t时刻i火电机组功率，a,b,c为i火电机组燃料费用系数; i i iS.为i火电机组启停费用，本文除火电调峰时调峰机组有启停外，其他时刻不进行机组启停，故在后续计算中忽略此部分。媚=胪二“&式中：I表示充电成本系数；h示放电成本系数；PtEL表示t时刻的充电功率;PtEH表示t时刻的放电功率。3）火电机组出力相邻点差的平方和最小值：2）、3）项目标函

3、数可根据主观赋权理想点法转化为如下的统一表达式：rninF - 4旦+为冬C6）式中：入、入为权重系数，且入+入二1。1.2相关约束条件1.2.1系统运行约束整个系统功率平衡约束：足+4+螭-瑞-片-是=0（7）式中：PtG表示t时刻的火电机组功率，PtK表示t时刻系统网损。整个系统的备用约束：gw 、分别表示t时刻系统正负旋转备用容量；Rtu、Rtd分别为风电并网前系统所需正负旋转备用容量，一般取固定值为系统负荷的2%-5%。1.2.2火电机组可考虑的约束火电机组出力：心min & 咯 口。)火电机组爬坡速率：旷-厅壬小瑶式中：为i机组向上爬坡速率；rid为i机组向下爬坡速率；T60为一个

4、时段即1h=60min。风电场运行约束：。成玦顽(13)其中：P total为风电场装机总和。1.2.3电池储能可考虑的约束条件 荷电状态约束：母0、(14)式中：S表示t时刻的电池荷电状态，S 和S分别表示电池荷电状态SOCtSOCminSOCmax的最小值和最大值。功率方面约束：倜林E15)径尊作_皿16)容量相关约束条件：J-。必垸n(IS)式中：n表示电池储能系统转换效率；PtEH表示电池储能系统t时刻放电量; Pe表示电池储能系统最大功率； 表示电池储能系统最大容量；N表示电池储 能连续充放电时间。连续工作约束有：3424江电全瑁前9)r= 心2求解相关模型2.1粒子群算法移动的快慢

5、一速度矿和移动的方向一位置X是粒子群算法的两个主要属性。凡C20)(2D式中：d为空间维数。各粒子独立求解最优解为个体极值(pB t)，全局最优解(gB t)则根据每个粒子 的最优个体极值得到，各粒子可根据当前的个体极值(pb t)以及粒子群全局最优解 (gB t)来改变自己的位置和速度。些=成十33-NJ + sSs-无)22)式中：3表示惯性因子；c和c表示学习因子，c=c e0, 4； r和r表示1212120, 1之间的任意数。粒子群算法流程为：设定开始时的算法参数，主要包括学习因子c1和匕、粒 子位置和速度初始化、搜索空间范围设定、最大迭代次数和粒子的速度范围；考 察粒子的适应度，若

6、适应度值优于当前个体最优值，则更新个体最优值。若所有 粒子的个体最优值优于全局最优值，则更新全局最优值；根据式(22)和(23)对粒 子位置和速度进行实时计算；当迭代次数达到预设的规定次数或者已经寻找到预 设的最优结果，结束寻优过程。2.2求解模型的流程录入相关数据；考虑相关约束，对电池储能系统充放电状态和电量进行优化; 进行迭代搜索过程；进行优化要求的判断，若达到优化要求进入下一步流程，否 则返回上一步循环；基于最优目标函数值和组合解的优化方法，对火电机组的负 荷总量进行求解；优化计算火电机组负荷分配；进行优化要求的判断；得到当前 目标函数值的最优解后进行输出；终止优化求解过程。2.3调峰效

7、果相关分析系统可调峰容量：治ok =知cal 一卷1而(24)式中，Pg广P .分别表示全网机组实际最小出力和技术出力下限。日负荷标准差：- LrllLii(25)式中：P表示调峰后系统的最大负荷；P.表示调峰后系统的最小负荷。3实际计算及仿真3.1机组情况相关计算系统的机组设置情况见表1。 I火电吼坦具许敷TflDle-1 Specific 炳rar旧I改& m ch如m凯 power unlnHWlllfl 1R.1Hi *hMIQH速辜JIM* ram 31号Wnpionfl TO|T. Jgs洲ioaIT.ls：i网QiriQal#.43倾J Ml1“734ISAOHQIM5丽通150

8、Id*e3 SO心做Bvwat心6g地仍g3.2算例系统的负荷由表2可知，最高负荷：2288MW，最低负荷：1340MW，日负荷标准差:950MW，峰谷差率：41.48%。2最荷功率朴显Table 2 LanO pomrW?日1W 功率,时神面明间皓* 时时功利呻”怦,hMWhMWhiMWhMWhMWhM*11 J76-S12 Ilf173 W212 I4Q21 J5JgIE101I7WHMNIN224C2224115I琲T1侦iiW LX*1$11 |fi1。加|哪41 J40ti m122H5U3157SO2 2461 7SJ3.3选取工作参数权重系数入0.6，入2=0.4，当进行储能充电

9、时，设定低谷电价：0.275元 /kWh，高峰电价：0.55 元/kW-h。3.4电池储能参与调峰调度3.4.1火电机组调峰9台火电机组中，2台为200MW火电机组（1号、2号），4台为300MW火电机 组（3号-6号），3台为350MW火电机组（7号-9号），风电机组装机300MW，系统 的总装机容量为2950MW。以1号机组作为调峰机组，2-9号火电机组设置为基荷 机组，1号机组在启停以后进行调峰。对弃风进行计算，则有：|#-低-气）3於寸吊,_聃（26）KI.式中：PiG_min为i火电机组的最小功率。火电机组的调峰结果为：发生弃风现象，弃风量：117MWh，弃风率： 5.69%。系统的可调峰容量为25MW。日负荷峰谷差为810MW，相比调峰之前下降 140MW,日负荷峰谷差率由41.48%下降到37.7%，系统的总运行成本为99.58万 元。3.4.2电池储能参与调峰调度电池储能参与调峰调度后，电池储能系统充电1081MWh，放电640MWh。 系统可调峰容量为153kW。日负荷峰谷差为673MW，其数值下降了 277kW，峰谷率 由41.48%降低到30.82%，其系统的运行总成本为93