用于提高风电场运行效益的电池储能配置优化模型

何鹏 李岩

【摘要】伴随着我国能源不断呈现出减少的危机状态，一些可再生能源的发展不断地加快步伐，其中风电规模就是扩大的一项。风电场进行配置电池储能系统能够更加有效地将风电接纳能力进行增强，并提升风电场运行效益，本文形成一种考虑网架结构的电池储能系统配置双层优化模型，并建立在改进帝国竞争算法的数值优化算法基础上对此模型展开求解，分析出电池储能系统以及并网电价对效益增加量等关键指标。

【关键词】风电场；运行效益；电池储能配置；优化模型

一、双层优化模型

首先，在模型说明的问题上。储能系统的规划问题密切地关联于运行问题，当前具有较为突出的储能系统较高投资以及维护费用现象，所以进行规划储能系统期间需要重点的认识建成以后运行问题，以运行对于规划展开指导，进而实现得到更好的储能系统规划成效。此次研究采取分层优化的模式，形成同时考虑到储能规划与运行的双层优化模型的方式。也就是外层模型重视分析电池储能系统规划问题，明确好配置节点以及功率容量几项指标，内层模型就是对涵盖储能的风电场进行求解以及电池储能系统最为理想的处理计划。

其次，在外层优化模型、内层优化模型上。考虑到电池储能系统已经具有了模块化生产的效果，所以本文中进行假设是通过基础模块进行构建起储能系统，因此简化了外层优化模型，调整为整数规划问题。其中，各基础模块个数与配置节点就是决策变量。并且应用改进帝国竞争算法实施求解。另外，内层优化模型Ⅰ和Ⅱ都是只涵盖了功率分配简化机组组合情况，同时两模型都具有线性形式的目标函数以及约束条件，所以能够采取线性规划展开及时地求解。

二、模型求解算法分析

改进帝国竞争算法（ICA）中，种群个体称之为国家，适应度值称之为国家权力。依照权力的大小，可以把国家进行分类，即帝国、殖民地。所以涉及到的算法过程就是帝国的形成、帝国的竞争、殖民地的移动以及帝国的灭亡等等过程。在改进帝国竞争算法中的殖民地移动环节方面上，如果国家维数在增大，则也会相应的提升殖民地移动后位置的计算时间。也就是在偏移夹角θ期间殖民地向帝国移动距离不变的约束太紧，就会将计算的时间以及困难性进行增加。所以对于新殖民地移动方法进行定义，也就是殖民地超棱锥体移动的过程。

对于双层决策的问题，将改进帝国竞争算法应用到求解外层模型中，内层实施MATLAB的linprog函数方式展开求解。同时改进帝国竞争算法中国家位置是提供给电池储能系统每一基础模块的个数以及配置节点，同时外层优化模型目标函数值就是国家权力。考虑外层模型就是一种整数规划问题，所以本文采取内存表以减少调用双层模型计算相同国家权力值问题，可以大大的节约计算的时间。算法就是：第一，算法初始化，得到系统网络参数以及系统参数等内容；第二，外层模型构建起Ncnt个国家，配置电池储能系统节点以及每一基础模块个数都进行实施整数编码；第三，科学的可行性检测随机生成的初始个体，把不可行个体进行排除以后继续进行形成等量初始个体，一直到Ncnt个国家都是可行个体结果；第四，判断传输功率限制的线路潮流有无越限问题；第五，实施国家权力的计算，严格的遵循内存表信息、可行个体运行优化解或者次优解展开计算；第六，以改进帝国竞争算法殖民地超棱锥体移动构建起新殖民地，展开帝国竞争；第七，评价有无获得收敛条件状态。

三、算例仿真分析

（一）算例说明

算例实施改进IEEE118节点系统，节点9和节点10之间传输线输送的容量最大值是550MW。同时算例以一典型日来作为全年，尽管选择典型日具有随机性的特点，全年日间变化中，不能充分地展示风电出力以及负荷数据情况，但是具有容易得到数据资料以及较小的计算量优势。电网分时电价是：高峰负荷时段，时间在[7，11]∪[17，21]，电价是1000元·（MW·h）-1；中间时段在[11，17]∪[21，23]，电价是650元·（MW·h）-1；低谷時段在[0，7]∪[23，24]，电价是400元·（MW·h）-1。

（二）仿真结果

最理想的配置电池储能配置方案就是：配置节点10，功率以及容量分别是43.25MW、86.5MW·h，增加典型年效益是0.101亿元。分析仿真结果显示，风储联合运行效益增加量密切的关联于电池储能系统配置前后的风电场运行效益、电池储能系统的运行效益和维护以及投资成本；同时电池储能系统并网电价以及投资成本，能够对增加效益量产生较明显的敏感性，即投资成本降低以及负荷高峰时段，增加电价可导致风储联合运行效益增加量提升。另外，接入电池储能系统以后，增加的风电并网容量在初始屏风容量中所占据比重，如果此值较大，则就会具有越显著的改善电池储电系统屏风效果。

四、结语

此次研究通过构建电池储能配置优化模型的方式，探究风储联合运行效益增加量的效益构成，以及讨论投资成本和并网电价对效益增加量以及改善屏风的影响等方面。结果充分表明，最优的配置电池储能系统的方案能够将风电接纳能力进行增强，并提升风电场的运行效益。

参考文献

[1]徐国栋，程浩忠，方斯顿，马则良，张建平，朱忠烈.用于提高风电场运行效益的电池储能配置优化模型[J].电力系统自动化，2016（05）：62～70.

[2]李丹丹，苏小林，阎晓霞，谭逸雪.储能优化配置关键问题分析[J].电力建设，2016（09）：70～78.