戴武昌，趙新飛，李軍徽，趙春璋，羅衛(wèi)華

（1.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林 132012;2.國網(wǎng)國際發(fā)展有限公司，北京 100120;3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧沈陽 110000）

考慮調(diào)度成本的風(fēng)電場群儲能容量優(yōu)化配置

戴武昌1，趙新飛1，李軍徽1，趙春璋2，羅衛(wèi)華3

（1.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林 132012;2.國網(wǎng)國際發(fā)展有限公司，北京 100120;3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧沈陽 110000）

含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度，經(jīng)常需要配置一定的備用容量來應(yīng)對風(fēng)電功率預(yù)測偏差，來確保系統(tǒng)運(yùn)行安全性，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。儲能系統(tǒng)具有對功率、能量的時間轉(zhuǎn)移和快速響應(yīng)的能力，為此，本文在考慮儲能充放電效率基礎(chǔ)上，建立風(fēng)電場群儲能系統(tǒng)容量配置數(shù)學(xué)模型，并以單位時間內(nèi)儲能系統(tǒng)成本和備用容量成本之和最小為目標(biāo)，優(yōu)化儲能容量配置，算例分析表明，利用儲能系統(tǒng)彌補(bǔ)風(fēng)電功率預(yù)測誤差較大時段的功率缺額，在滿足同樣系統(tǒng)安全的條件下，可有效的減少系統(tǒng)備用容量的增加。

風(fēng)電調(diào)度;功率預(yù)測;備用容量;儲能系統(tǒng);容量配置

0 引言

近年來，風(fēng)電發(fā)展迅猛，風(fēng)電規(guī)模不斷擴(kuò)大，在為電網(wǎng)輸送大量清潔能源的同時，對電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的影響不斷增加。在接入風(fēng)電的電網(wǎng)中，調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測曲線和風(fēng)力發(fā)電預(yù)測曲線安排發(fā)電計(jì)劃，目前負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確率可以達(dá)到98%以上，而風(fēng)電預(yù)測平均水平僅能達(dá)到80%左右。隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，直接利用風(fēng)電功率預(yù)測信息進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度決策，電力系統(tǒng)需增加相應(yīng)的備用容量來應(yīng)對因風(fēng)電功率預(yù)測誤差帶來的電網(wǎng)功率不平衡。因此，了解計(jì)及風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度原理和分析預(yù)測誤差規(guī)律，尋求減少備用容量的方法顯得尤為重要［1－2］。

目前，國內(nèi)外對風(fēng)電并網(wǎng)的研究較多。文獻(xiàn)［3］建立了包含風(fēng)電的系統(tǒng)調(diào)度模型及其求解方法，但并未對電力系統(tǒng)接納風(fēng)電后引起的相關(guān)問題提出解決方法;文獻(xiàn)［4］指出了因風(fēng)電接入系統(tǒng)引起系統(tǒng)備用容量增加的問題，提出了通過區(qū)域互聯(lián)來減少系統(tǒng)備用容量的增加，但未對造成系統(tǒng)備用增加的根本原因進(jìn)行闡述分析;文獻(xiàn)［5］建立了不同風(fēng)能水平下預(yù)測誤差的離散概率分布模型;文獻(xiàn)［6］介紹了系統(tǒng)備用的物理本質(zhì)，分析了由于電力需求、電力供給的不確定性引起的備用，但未對備用成本進(jìn)行有效的定量分析;文獻(xiàn)［7］建立了風(fēng)電功率預(yù)測誤差與備用需求變化之間的關(guān)聯(lián)模型，得到了風(fēng)電接入后的新備用容量。

上述研究表明，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)引起備用容量大量增加，但目前解決方案提出的較少。本文以風(fēng)電實(shí)際出力曲線與預(yù)測出力曲線相比較得到預(yù)測誤差，研究預(yù)測誤差分布發(fā)現(xiàn)誤差較大的時間段所占的比例較少，構(gòu)建以單位時間內(nèi)儲能系統(tǒng)成本和備用容量成本最小為目標(biāo)的風(fēng)電場儲能容量配置數(shù)學(xué)模型。利用東北某省某風(fēng)電場群風(fēng)電實(shí)際出力數(shù)據(jù)和預(yù)測出力數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行求解，分析結(jié)果表明利用儲能系統(tǒng)彌補(bǔ)風(fēng)電功率預(yù)測誤差較大時段的功率缺額，在滿足同樣系統(tǒng)安全的條件下，可有效的減少系統(tǒng)備用容量的增加。

1 全釩液流電池

儲能系統(tǒng)種類繁多，大致可分為能量型和功率型兩類。能量型儲能系統(tǒng)（如鉛蓄電池）具有能量密度高、低成本的特點(diǎn)，但也存在充放電電流有限、循環(huán)壽命短的問題;功率型儲能系統(tǒng)（如超級電容器）具有功率密度大，循環(huán)周期長的特點(diǎn)，但單位容量成本較高，不適合大容量配置。全釩液流電池具有功率大、壽命長、可靠性高、操作和維修費(fèi)用少、支持頻繁大電流充放電等顯著技術(shù)優(yōu)勢，成為大規(guī)模儲能的優(yōu)先選擇。目前，中國已在遼寧建成全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用示范工程。

1.1 全釩液流電池工作原理

全釩液流電池工作原理如圖1，將不同價態(tài)的釩離子溶液作為正負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自不同的電解液儲罐中，通過外接泵將電解液泵入到反應(yīng)罐內(nèi)，利用離子交換膜將反應(yīng)罐一分為二，使其不同極性的活性物質(zhì)在不同的閉合回路中循環(huán)流動，電解液在反應(yīng)罐內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，通過雙極板收集和傳導(dǎo)電流［8－9］。

圖1 全釩液流電池工作原理圖Fig.1Diagram of vanadium redox flow battery

1.2 全釩液流電池優(yōu)勢

由于負(fù)責(zé)電能轉(zhuǎn)換電解液儲存在電池反應(yīng)堆外，使得全釩液流電池做到了容量與功率相互獨(dú)立，即電池的功率由電堆的特性決定，容量由電解液儲罐中的活性物質(zhì)多少決定，使得電池功率與容量的配置更加的靈活。

2 計(jì)及風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度基本原理及目標(biāo)函數(shù)的確定

2.1 計(jì)及風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度基本原理

計(jì)及風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度是調(diào)度中心根據(jù)未來一天的負(fù)荷預(yù)測曲線和各個風(fēng)電場上報的風(fēng)電功率預(yù)測曲線分配各發(fā)電廠發(fā)電任務(wù)，安排發(fā)電機(jī)組的起停和備用［10－12］，如圖2所示。

未接入可再生能源（風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等）的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，為應(yīng)對負(fù)荷預(yù)測存在的誤差，保證電力系統(tǒng)有功平衡，系統(tǒng)配備了相應(yīng)容量AGC機(jī)組作為負(fù)荷備用;在接入可再生能源如風(fēng)電的電力系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)有功平衡，系統(tǒng)不僅需要應(yīng)對負(fù)荷。預(yù)測誤差，而且需要增加新的備用容量來應(yīng)對風(fēng)電功率預(yù)測誤差，把因應(yīng)對風(fēng)電功率預(yù)測誤差而增加的系統(tǒng)備用容量稱之為風(fēng)電備用。圖3為東北某省電網(wǎng)某天調(diào)度部門根據(jù)風(fēng)電場上報的風(fēng)電場出力預(yù)測和系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測曲線制定的電廠發(fā)電計(jì)劃曲線。其中，黑色曲線為發(fā)電計(jì)劃曲線，曲線兩側(cè)的淡灰色區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)的負(fù)荷備用容量區(qū)間，兩側(cè)的深灰色網(wǎng)格區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)為應(yīng)對風(fēng)電接入增加的備用容量區(qū)間，即風(fēng)電備用區(qū)間。由圖3可以看出，由于系統(tǒng)接納了出力不確定且預(yù)測精度不高的風(fēng)電，導(dǎo)致系統(tǒng)需要增配新的備用容量來應(yīng)對其預(yù)測誤差，造成電力系統(tǒng)運(yùn)行成本的增加。

圖2 接入風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度原理示意圖Fig.2Schematic diagram of dispatching principle for power system accommodating wind power

圖3 某天調(diào)度制定的發(fā)電計(jì)劃曲線示意圖Fig.3Schematic diagram of generation scheme curve scheduled

風(fēng)電功率預(yù)測誤差可由風(fēng)電場預(yù)測值與實(shí)測值逐點(diǎn)比較求得，n時段的預(yù)測誤差為

其中:Pw（n）為n時段風(fēng)電出力的實(shí)測值;Pf（n）為n時段風(fēng)電出力的預(yù)測值。ΔPw（n）為正值時表示風(fēng)電功率實(shí)測值比預(yù)測值大，為負(fù)值時表示風(fēng)電功率實(shí)測值比預(yù)測值小。

誤差率η定義為

其中cap為風(fēng)電場開機(jī)容量。

未配置儲能裝置的電力系統(tǒng)，風(fēng)電功率預(yù)測誤差由電力系統(tǒng)的風(fēng)電備用獨(dú)自承擔(dān)。當(dāng)ΔPw（n）＞0時，系統(tǒng)中承擔(dān)風(fēng)電備用的調(diào)頻機(jī)組需要壓縮出力，當(dāng)ΔPw（n）＜0時，調(diào)頻機(jī)組需要增加出力來彌補(bǔ)由于預(yù)測誤差造成的系統(tǒng)功率缺額。調(diào)頻機(jī)組壓縮出力的能力稱之為向下備用;調(diào)頻機(jī)組增發(fā)出力的能力稱之為向上備用，即

其中:Punit－down為調(diào)頻機(jī)組壓縮的功率;Punit－on為調(diào)頻機(jī)組增發(fā)的功率。

配置儲能裝置的電力系統(tǒng)，風(fēng)電功率預(yù)測誤差由儲能裝置和電力系統(tǒng)的風(fēng)電備用共同承擔(dān)，即

其中:PB－down為儲能吸收的功率;PB－on為儲能釋放的功率。

2.2 風(fēng)電備用計(jì)算模型

為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，確保系統(tǒng)功率的供需平衡，要求在任意時刻都有足夠的風(fēng)電備用容量來彌補(bǔ)由于風(fēng)電預(yù)測誤差造成的系統(tǒng)功率差額，即風(fēng)電備用容量由風(fēng)電預(yù)測誤差最大值確定，未配置儲能的電力系統(tǒng)，當(dāng)向上的風(fēng)電備用等于預(yù)測誤差的最小值和向下的風(fēng)電備用等于預(yù)測誤差的最大值時，可以滿足系統(tǒng)的安全性需求，即:

其中PB為儲能系統(tǒng)的輸出功率。

2.3 儲能容量配置方法

由統(tǒng)計(jì)學(xué)可知，樣本數(shù)量越大，用樣本特性來表征總體特性的可信度越高，故預(yù)測的時間越長，以此確定的最大、最小預(yù)測誤差越接近長時間運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大、最小預(yù)測誤差。

其中:Pre－down為向下的風(fēng)電備用容量;Pre－on為向下的風(fēng)電備用容量。

由2.1節(jié)可知，配置儲能裝置的電力系統(tǒng)，風(fēng)電功率預(yù)測誤差由儲能裝置和電力系統(tǒng)的風(fēng)電備用共同承擔(dān)，當(dāng)向上的風(fēng)電備用與儲能系統(tǒng)輸出功率之和等于預(yù)測誤差的最小值和向下的風(fēng)電備用與儲能系統(tǒng)輸出功率之和等于預(yù)測誤差的最大值時，可以滿足系統(tǒng)的安全性需求，即:

某時間段的風(fēng)電功率預(yù)測誤差曲線如圖4所示，當(dāng)系統(tǒng)配置儲能輸出功率為PB時，根據(jù)公式（11），可確定風(fēng)電向上、向下的備用容量Pre－on和Pre－down。預(yù)測誤差在［－Pre－on，Pre－down］內(nèi)時，儲能不動作，超過［－Pre－on，Pre－down］范圍時，儲能系統(tǒng)動作。當(dāng)ΔPw（n）＞Pre－down時，如圖3中t1～t2、t5～t6時段，儲能吸收功率，吸收能量的大小為圖中E1和E3陰影部分的面積;當(dāng)ΔPw（n）＜－Pre－on時，如圖中t3～t4時段，儲能釋放功率，釋放能量的大小如圖中E2陰影部分的面積。

圖4 預(yù)測誤差曲線示意圖Fig.4Schematic diagram of prediction error curve

假設(shè)系統(tǒng)配置的儲能容量可以滿足運(yùn)行過程中的充放電需求，陰影部分的面積為

儲能系統(tǒng)充放了第k個陰影面積后，儲能系統(tǒng)的能量為:

式中E0為儲能系統(tǒng)的初始能量。

測定時間段內(nèi)，出現(xiàn)n次充放電，儲能系統(tǒng)需要配置的容量E由下式確定:

計(jì)算儲能容量方法的流程圖如圖5所示。

為了保障電網(wǎng)安全，通常在風(fēng)電功率的預(yù)測值基礎(chǔ)加上最大預(yù)測誤差得到一個風(fēng)電功率實(shí)際出力的波動上限，減去最小預(yù)測誤差得到風(fēng)電功率實(shí)際出力的波動下限，其波動上下限之間是置信度為100%風(fēng)電功率實(shí)際出力區(qū)間，并據(jù)此來確定風(fēng)電備用的大小。不同預(yù)測誤差區(qū)間的置信度α為:

研究統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，預(yù)測誤差較大時段在整個預(yù)測區(qū)間內(nèi)占的比重較少，若以最大預(yù)測誤差確定風(fēng)電備用容量，會造成風(fēng)電備用容量的極大浪費(fèi)。配置一定容量的儲能，在預(yù)測誤差較大的時段吞吐風(fēng)電，可有效減少風(fēng)電備用容量。

圖5 計(jì)算儲能容量的流程圖Fig.5The flow char of the energy storage capacity calculation

2.4 目標(biāo)函數(shù)的確定

以單位時間內(nèi)儲能系統(tǒng)成本和備用容量成本最小為目標(biāo)。其目標(biāo)函數(shù):

其中:PB為儲能系統(tǒng)配置的額定功率;F1（PB）為儲能系統(tǒng)配置額定功率為PB時，儲能系統(tǒng)全生命周期的成本，F(xiàn)2（PB）為儲能系統(tǒng)配置額定功率為PB時，備用容量成本;h為儲能系統(tǒng)的全生命周期;F為總成本。

其中:E（PB）為配置額定功率為PB的儲能系統(tǒng)的容量;C1為儲能系統(tǒng)單價;C2為運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù);

其中:Cr1為向上備用容量成本系數(shù);ΔPw－max為ΔPw的最大值;Cr2為向下備用容量成本系數(shù);ΔPw－min為ΔPw最小值的絕對值。

3 算例分析

3.1 算例條件

以東北某省某裝機(jī)容量為1 000MW的風(fēng)電場群實(shí)際風(fēng)電出力和預(yù)測出力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行算例分析，其中數(shù)據(jù)采樣間隔為15 min。風(fēng)電場群與所配儲能系統(tǒng)連接到電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分布示意圖如圖6所示。

圖6 風(fēng)儲聯(lián)合并網(wǎng)示意圖Fig.6Schematic diagram of wind power and energy storage combined system

為定量評估儲能系統(tǒng)對風(fēng)電接入系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行成本影響，給定算例的條件如下:

1）本文儲能系統(tǒng)所用電池為全釩液流電池，其單價為1 127$/kWh，按匯率6.2轉(zhuǎn)換成人民幣，全生命周期中可循環(huán)次數(shù)12 000次;

2）假設(shè)風(fēng)電備用與常規(guī)負(fù)荷備用互不影響，風(fēng)電備用的確定只與風(fēng)電預(yù)測誤差有關(guān);

3）備用容量成本與實(shí)際情況有很大的關(guān)系，為方便計(jì)算，備用容量電價一般取基本電價的5%～10%，本文取6%;

4）火電上網(wǎng)電價取0.44元/kWh。

圖7為該風(fēng)電場群在2011年3月到5月的風(fēng)電預(yù)測出力曲線和實(shí)際出力曲線，圖8為該風(fēng)電場群的預(yù)測誤差曲線。

圖7 某風(fēng)電場群預(yù)測出力曲線和實(shí)際出力曲線Fig.7Prediction curve and actual curve of wind farm group output

圖8 某風(fēng)電場群的預(yù)測誤差曲線Fig.8Prediction error curve of wind farm group

由圖8可知，預(yù)測誤差最大值為225.8 MW，此時的誤差率為22.6%，根據(jù)第2節(jié)中風(fēng)電備用確定原則，系統(tǒng)需配置向下備用為225.8 MW;預(yù)測誤差的最小值為－133 MW，此時的誤差率為13.3%，系統(tǒng)需配置向上備用為133 MW。但由圖不難發(fā)現(xiàn)，若配置如此的多的風(fēng)電備用，在統(tǒng)計(jì)的三個月數(shù)據(jù)中，只有極個別的時段對風(fēng)電備用的利用程度較高，絕大多數(shù)時段風(fēng)電備用的利用率不高。

以誤差絕對值的最大值為基準(zhǔn)，分別求出預(yù)測誤差小于其10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的置信度，如表1。

表1 不同區(qū)間內(nèi)預(yù)測誤差置信度Table 1Confidence error prediction interval

由表1可以看到，預(yù)測誤差小于50%的max|ΔPw|所占的比重為79.58%，而大于50%的max|ΔPw|所占的比重僅為20.42%，如此少的比重占卻使得風(fēng)電備用容量增加了一半，若以最大、最小誤差來確定向上、向下風(fēng)電備用容量，必將造成了風(fēng)電備用的利用率不高，增加系統(tǒng)調(diào)度成本。為此，在風(fēng)電場群并網(wǎng)點(diǎn)處增設(shè)儲能裝置，利用儲能系統(tǒng)對能量的時空轉(zhuǎn)移特性，來彌補(bǔ)預(yù)測誤差較大時段的預(yù)測精度，減少預(yù)測誤差幅值，以此來減少風(fēng)電備用容量。但目前儲能系統(tǒng)單價較高，配置儲能容量過少，達(dá)不到減少系統(tǒng)風(fēng)電備用成本的目的，配置過多，又會增加儲能系統(tǒng)的投資成本。

3.2 儲能系統(tǒng)容量配置

根據(jù)2.3小結(jié)儲能容量配置方法配置儲能系統(tǒng)容量。先確定儲能系統(tǒng)配置的額定功率大小，以一個調(diào)度日作為計(jì)算周期，對每個調(diào)度日進(jìn)行儲能容量配置，選取進(jìn)行計(jì)算的調(diào)度日中容量最大值作為最終需要配置的儲能容量，配合相應(yīng)的儲能系統(tǒng)控制策略，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)要求，由于篇幅所限本文不在此敘述控制策略相關(guān)內(nèi)容。圖9為儲能額定功率配置為100 MW（占風(fēng)電場群總?cè)萘康?0%）時統(tǒng)計(jì)的三個月中某天的儲能系統(tǒng)充放電功率曲線，圖10為儲能額定功率配置為100 MW時統(tǒng)計(jì)的三個月中某天的儲能系統(tǒng)能量變化曲線，圖11為儲能額定功率配置為100 MW時統(tǒng)計(jì)的三個月中每一天的儲能系統(tǒng)容量配置柱狀圖。

圖9 儲能額定功率配置為100 MW時統(tǒng)計(jì)的三個月中某天的儲能系統(tǒng)充放電功率曲線Fig.9The charging and discharging power of the energy storage system for one day

圖10 儲能額定功率配置為100MW時統(tǒng)計(jì)的三個月中某天的儲能系統(tǒng)能量變化曲線Fig.10Energy changing curve of the energy storage system for one day with rated power of 100 MW

從圖11中可以看出，在統(tǒng)計(jì)的第22天需要配置的儲能容量為763 MWh，是整個統(tǒng)計(jì)期間單天需要配置容量最高的一天，以此容量值作為儲能系統(tǒng)額定功率為100 MW時的儲能容量配置值。

圖11 儲能額定功率配置為100 MW時統(tǒng)計(jì)的三個月中每一天的儲能系統(tǒng)容量配置柱狀圖Fig.11Energy bar chart of the energy storage system for every day with rated power of 100 MW

3.3 風(fēng)儲聯(lián)合出力的系統(tǒng)調(diào)度經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)本文目標(biāo)函數(shù)、儲能系統(tǒng)和備用容量成本計(jì)算方法，在配置不同額定功率時，計(jì)算單位時間儲能系統(tǒng)和備用容量的總成本和需要配置的儲能容量，如圖12、13所示。

圖12 配置不同額定功率時總成本變化曲線Fig.12The relationship curve of total cost and energy storage system rated power

圖13 儲能系統(tǒng)配置不同額定功率時其需要配置的容量關(guān)系曲線Fig.13The relationship curve of energy storage system rated capacity and power

由圖12可以看出，在未配置儲能時，此時的成本中只含有風(fēng)電備用成本，一天費(fèi)用為23.1萬元;隨著配置儲能額定功率的增加儲能系統(tǒng)和風(fēng)電備用總成本呈下降趨勢;當(dāng)儲能系統(tǒng)配置可輸出功率107 MW時，總成本最低為13.2萬元，相比于未配儲能，每天節(jié)約成本9.9萬元，成本下降42.9%，效果顯著，若風(fēng)儲聯(lián)合運(yùn)行20年，可節(jié)約風(fēng)電備用成本7.2億元。當(dāng)儲能系統(tǒng)配置額定功率繼續(xù)增加時，總成本將迅速上升，主要是因?yàn)殡S著誤差帶范圍的減小，預(yù)測誤差超過誤差帶的比率增大，儲能系統(tǒng)需要配置更多的容量來彌補(bǔ)功率差額。

由圖13可以看出，當(dāng)配置額定功率為107 MWh時，需要配置的儲能系統(tǒng)容量為682.5 MWh，儲能系統(tǒng)隨著配置額定功率值的增加，需要配置的儲能系統(tǒng)容量逐漸增加，且增加速率越來越快，這表明隨著額定功率的增加，儲能系統(tǒng)需要吞吐能量劇增，即圖3中陰影的面積急劇增加。目前，全釩液流電池單價較高，以文本中1 127$/kWh計(jì)算，配置容量為682.5 MWh的全釩液流電池儲能系統(tǒng)需要投資7.69億美元，投資巨大，現(xiàn)在看來實(shí)現(xiàn)困難較大，隨著時間的推移、技術(shù)的革新，全釩液流電池單價將呈現(xiàn)下降趨勢，表2為當(dāng)全釩液流電池單價下降到某值時，需要配置的最優(yōu)儲能容量和需要的投資金額。

表2 儲能系統(tǒng)價格對容量優(yōu)化配置的影響Table 2Impact of the energy storage system'price on the optimal capacity

由表2可以看出，隨著儲能系統(tǒng)價格的下降，其最優(yōu)配置容量大小不斷增加，每天可減少的風(fēng)電備用成本幅度不斷增大，當(dāng)儲能系統(tǒng)價格下降到300 $/kWh時，風(fēng)電備用成本幅度可下降63.8%，降幅顯著，且儲能系統(tǒng)一次投資成本也有明顯下降。圖14為儲能系統(tǒng)配置不同的額定容量時其在三個月內(nèi)全充全放總次數(shù)示意圖。

圖14可以看出，當(dāng)儲能系統(tǒng)配置額定功率為468 MW時，三個月內(nèi)儲能系統(tǒng)全充全放次數(shù)僅為8.73次，按照這個計(jì)算，一年內(nèi)儲能系統(tǒng)全充全放次數(shù)僅為34.92次。以此可以看出利用儲能系統(tǒng)彌補(bǔ)風(fēng)電功率預(yù)測誤差，從而減少風(fēng)電備用容量達(dá)到經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)方式來利用儲能，不僅可以大幅減少系統(tǒng)因風(fēng)電接入導(dǎo)致增配的風(fēng)電備用容量，而且儲能系統(tǒng)動作次數(shù)較少，在實(shí)現(xiàn)本文提到的目標(biāo)的同時，還可以兼顧其他目標(biāo)，多層次、多種應(yīng)用相結(jié)合，充分合理的利用儲能系統(tǒng)。

圖14 儲能系統(tǒng)配置不同的額定容量時其在三個月內(nèi)全充全放總次數(shù)Fig.14The total number of full charge and discharge with different rated capacity

4 結(jié)論

本文以單位時間內(nèi)內(nèi)儲能系統(tǒng)成本和備用容量成本之和最小為目標(biāo)，建立了風(fēng)電場儲能容量配置模型，利用風(fēng)電場群實(shí)際數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行分析求解，分析結(jié)果表明了該方法的有效性。主要結(jié)論如下:

1）預(yù)測誤差絕對值較大的時段所占的預(yù)測總時段的比例較少。

2）本文算例中，當(dāng)儲能系統(tǒng)配置可輸出功率107 MW、容量為682 MWh時，總成本最低為13.2萬元，相比于未配儲能時的23.1萬元，每天節(jié)約成本9.9萬元，成本下降42.9%，效果顯著。故在計(jì)及風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行中，配置一定容量的儲能，可有效較少備用容量的增加。

3）在預(yù)計(jì)儲能價格下降的趨勢下，儲能的大規(guī)模應(yīng)用將成為可能。

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（編輯:張?jiān)婇w）

Optimization configuration of wind farm group storage capacity considering cost of power system dispatchability

DAI Wu-chang1，ZHAO Xin-fei1，LI Jun-hui1，ZHAO Chun-zhang2，LUO Wei-hua3

（1.School of Electrical Engineering，Northeast Dianli University，Jilin 132012，China;2.State Grid International Development Company，Beijing 100120，China;3.State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.Ltd.，Shenyang 110000，China）

Power system containing large scale wind power often need configure some reserve capacity to cope with the wind power prediction error，to ensure the safety operation of the system，reducing the system economical operation.The energy storage system has the ability of energy transfer and fast response time.In addition，storage capacity configuration of a wind farm group was built，the sum of energy storage systems cost and spare capacity cost in unit time as the goal were minimized，to optimize the energy storage capacity configuration.The example analysis shows that，using energy storage power system to make up wind power prediction error with same safety conditions of the system effectively reduces the increase of reserve capacity.

wind power scheduling decision;power forecast;reserve capacity;energy storage system;capacity allocation

10.15938/j.emc.2015.03.014

TM 614

A

1007－449X（2015）03－0088－08

2014－04－24

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2011AA05A112）;吉林省教育廳"十二五"科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（吉教科合字［2012］第89號）;吉林市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（201464038）

戴武昌（1963—），男，高級工程師，研究方向?yàn)殡姍C(jī)控制、電力系統(tǒng)及其自動化;

趙新飛（1988—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姍C(jī)控制、儲能技術(shù);

李軍徽（1976—），男，博士，研究方向?yàn)閮δ芗夹g(shù)應(yīng)用;

趙春璋（1989—），男，碩士，研究方向?yàn)樾履茉醇夹g(shù);

羅衛(wèi)華（1977—），男，博士，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行。

李軍徽