- 頭條湖南大學科研人員提出綜合能源系統儲能事故備用優化利用的新方法2022-01-14 作者：劉小龍 李欣然 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語湖南大學電氣與信息工程學院、國網湖南省電力有限公司長沙供電分公司的研究人員劉小龍、李欣然、劉志譜、盧穎華、羅真，在2021年第9期《電工技術學報》上撰文，針對綜合能源系統并網運行中如何提高儲能事故備用容量利用效率的問題，提出一種基于風險量化與需求側響應的儲能事故備用優化利用方法。仿真驗證表明，所提方法能夠在承擔較小風險的情況下提高綜合能源系統運行的經濟性，具有很好的實用性和經濟性。
目前，傳統化石能源短缺問題越來越受到關注，為了能夠高效、可持續地利用多種能源，綜合能源系統（Integrated Energy System, IES）成為研究熱點之一。絕大部分時間IES處于并網狀態，考慮到重要負荷的特殊地位，系統會為重要負荷預留足夠的事故備用容量，以應對非計劃脫網風險。目前已有較多針對事故備用或旋轉備用方面的研究。
但是這些文獻的備用容量研究主要是針對電力系統而言，且關注的焦點在備用容量的配置及分配方面，針對不同狀態動態優化利用事故備用容量的研究較少。與大電網不同，IES對重要負荷的事故備用具有更強的針對性，需根據系統負荷特性進行備用配置。與柴油機、燃氣機等備用電源相比，具有快速響應能力以及短時高倍率放電等優點的電儲能是IES理想的備用電源。
然而，與之矛盾的是，受益于目前大電網極高的安全性和穩定性，IES在實際運行過程中，配置的儲能事故備用基本處于閑置狀態，在一定程度上造成資源浪費。在承擔一定風險的情況下，可考慮以下幾個因素優化利用儲能備用，進一步提高系統運行的經濟性：①考慮系統各時段重要負荷需求差異；②考慮系統所處區域不同狀態（特別是天氣狀態、負載狀態等）下發生事故的概率差異；③考慮不同事故發生后損失的差異。
另一方面，柔性負荷的調節是緩解供需側矛盾的重要手段之一。隨著手機、智能無線設備和電動汽車的快速發展，電池的需求越來越廣。電池生產過程中的分容測試逐漸采用能量回饋的形式以實現節能環保。目前，廠商對分容工序充放電參數設置過于簡單，通過需求響應手段優化分容工序，不僅可以提高并網運行的經濟性，同時，還可以滿足脫網情況下部分重要負荷的供電需求，以進一步優化利用儲能事故備用容量。系統中若含有溫控負荷，可利用其柔性特征，在許可范圍內降低舒適度，起到短時緩沖供能不足的作用。
為兼顧脫網風險與并網收益，并考慮分容電池與溫控負荷的柔性特征，湖南大學、國網湖南省電力公司長沙供電分公司的研究人員提出一種基于風險量化與需求側響應的儲能事故備用容量優化利用方法。
所提方法總體算法步驟如圖1所示。首先，構建某電池生產園區綜合能源系統（IES）設備能量模型；然后，綜合考慮非計劃脫網概率以及重要負荷損失將脫網風險進行量化；在此基礎上，兼顧脫網風險與并網收益，同時考慮園區需求側響應，構建基于風險量化與需求側響應的IES優化調度模型，通過線性化處理將其轉換為混合整數線性規劃模型進行求解，考慮到預測偏差，通過模型預測控制（Model Predictive Control, MPC）滾動修正，實時跟蹤求解出的聯絡線功率與電儲能備用日前計劃值，消除預測誤差，最終確定最優方案。
圖1 總體算法步驟
該研究成果可歸納如下3點：
1）提出了一種考慮天氣狀態、負載率水平及脫網類型多種因素的脫網概率計算方法，并結合重要負荷損失計算方法將脫網風險進行量化。所提計算方法同時考慮了多種因素，能夠較為準確地預判脫網風險。
2）兼顧脫網風險與并網收益，并利用分容電池與溫控負荷的柔性特征，構建了基于風險量化與需求側響應的IES經濟優化調度模型，通過線性化處理將其轉換為混合整數線性規劃模型進行求解。該方法能夠實現不同狀態下儲能事故備用容量的最優化利用以及電池分容工序的最優化安排，可在承擔較小風險的情況下提高IES運行的經濟性，具有較好的實用性和經濟性。
3）通過MPC滾動優化，減少并網運行中的不確定性因素，實時跟蹤求解出的聯絡線功率與電儲能備用日前計劃值。該方法可提高IES的穩定性與可控性，同時避免過多或過少地利用電儲能備用。
以上研究成果發表在2021年第9期《電工技術學報》，論文標題為“基于風險量化與需求側響應的綜合能源系統儲能事故備用優化利用”，作者為劉小龍、李欣然 等。
