复合储能在主动配电网中的容量配置
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
沈阳工业大学电气工程学院、国网沈阳市于洪区供电公司的研究人员颜宁、厉伟等，在2017年第19期《电工技术学报》上撰文，根据主动配电网中储能系统作用不同,提出了一种基于复合储能的主动配电网容量配置方法。
以兼顾复合储能系统加入后分布式能源的波动率最小及整个主动配电系统负荷缺电率最小为目标函数,实现主动配电网系统的供电可靠性和经济性。
首先,对比分析复合储能和单一储能对平抑新能源波动的效果;其次,选取不同滤波时间常数在满足优化目标的前提下配置系统容量,对比两种储能形式容量需求;最后,采用自适应遗传算法进行多目标优化,设置不同的权重系数,在抑制分布式能源波动的情况下合理地减小负荷的缺电率。
目前，全球配电网的发展面临着分布式可再生能源渗透率不断提高、并网可靠性要求逐步增加等问题; 我国配电网的特点为负荷仍处于持续快速发展期，配电网发展空间资源有限、网络规模较难扩展，很难满足负荷增长需求。传统配电网已不能满足电网的要求，正逐步向着主动配电网转变。
主动配电网通过调控具有随机性和间歇性出力的可再生能源电源、储能单元、负荷以及其他可控、可调电源组合在一起构建微网及微网群，可互动的需求侧资源和发电侧资源被调度和控制，从而提高可再生能源利用率，充分展现分布式发电并网后为用户和电网带来的效益和经济价值。
根据复合储能中不同类型的储能形式在主动配电网中所起的作用不同，如功率型储能单元(超级电容)以及能量型储能单元(磷酸铁锂电池)各自的特点，按照以下原则进行相应的功率分配: 超级电容等功率型储能单元主要平滑主动配电网中波动幅值大、频率高的功率，将其具有的较大的功率输出密度、快速的响应速度及较多次数的循环优势得到充分展现; 磷酸铁锂电池等能量型储能单元主要平滑主动配电中所需功率，采用复合储能系统有效地减少系统的充放电次数，降低蓄电池充放电深度，延长蓄电池的使用寿命。
复合储能系统合理地优化配置使得主动配电网区域经济可靠地运行。若储能系统的输出功率或系统的容量不足，会导致分布式能源发电存储量不够，不能很好地满足负荷需求; 但若以扩大容量为解决问题的途径，又会增大初始和运维成本; 若未进行合理地容量配置，也会存在新能源供给不足或浮充的情况，严重影响储能电池的寿命。
对储能装置进行合理地配置时，通常采用的方法为建立模型及通过算法求取最优解两个步骤。前者主要是为了确定目标函数及一系列的等式或不等式约束条件。文献［11］对储能装置进行容量配置时，以平衡分布式发电及负荷需求为约束进行优化配置，以经济性为优化目标; 文献［12］中考虑微网孤岛运行模式，以极限离网状态为目标函数容量配置。
对储能装置进行容量配置中，多在满足供电可靠性的同时考虑储能系统运行的经济性，利用优化算法得到各微源和储能单元的容量配置组合。文献［13］针对孤网下的风光储微电网系统进行了研究，在满足供电可靠性的同时考虑系统的总投资成本最低。
然而针对复合储能的容量配置方法尚处于初步阶段，合理优化配置复合储能装置，并在此基础上进行能量管理，发挥其特定的优势是需要解决的关键问题。特别是在主动配电网中高渗透率的可再生能源波动较大、负荷突变乃至运行模式频繁切换，对复合储能系统进行合理地优化配置是需要解决的关键问题之一。
本文在以上研究基础上对主动配电网中复合储能系统的容量配置进行研究，提及了一种基于复合储能的主动配电网容量配置方法，充分地考虑了对分布式能源的功率波动抑制和最大限度地满足负荷的需求，提出了为减小分布式能源波动和负荷缺电率的多目标函数，并且采用自适应遗传算法进行求解，充分分析了复合储能较单一储能的优点，并且分析了需求等级不同情况下，超级电容和蓄电池配置方案，有效地实现供电可靠性和系统的经济运行。
图1 复合储能系统示意图
结论
本文针对接入多微网集群的主动配电网进行研究，选取合适的复合储能容量配比方法，在有效抑制风电波动基础上，降低了母线上负荷的缺电率，进而减少了购电量，实现了主动配网系统的供电可靠性和经济性。
通过工程算例分析，得出结论如下:
1)本文选取了调节后的功率变化差值的绝对值最小为优化目标，合理地配置了蓄电池和超级电容的容量，与单一储能形式相比，较为明显地平了抑分布式能源的波动，减少了蓄电池的充放电次数及深度，延长了其使用寿命。
2)本文依据分布式能源或各微网不同功率等级合理配置复合储能系统的容量，以负荷缺电率最小为优化目标，根据不同的滤波时间常数来配置功率型和能量型储能容量，有效地实现供电可靠性和系统的经济运行。
3)本文采用自适应遗传算法进行多目标优化，设置不同的权重系数，在使用抑制分布式能源波动的情况下合理地减小负荷的缺电率。