碳交易背景下发电系统复合储能优化调度研究

党佳伟

摘要：由于传统方法对发电系统的调度未充分考虑碳交易机制，且总偏差电量较大，导致复合储能优化调度效果不佳，为此，研究碳交易背景下发电系统复合储能优化调度。选取发电系统初始荷电状态，控制充放电能量的变化区间。将碳交易机制引入发电系统，就地消纳分布式能源。构建复合储能优化调度模型，约束系统功率及备用容量。经实验分析，研究方法在各调度周期的电量偏差值较小，与传统方法相比，碳排放量及系统运行成本更低，证明研究方法更具有效性。

关键词：碳交易机制;发电系统;荷电状态;复合储能;调度模型

引言

能源是社会持续发展的重要基础，也是人们日常生活中不可或缺的必要物质来源。在我国工业发展规模逐步扩大与发展的同时，能源日益紧缺的问题越来越凸显，同时为环境带来了严重的污染，因此对可再生能源开发与利用逐渐走入大众视野[1]。在碳交易背景下，风力发电与光伏发电等可再生能源技术在电力工业的应用比例越来越大，同时也为电力系统的平稳运行带来了一定的安全隐患[2]。为控制发电系统的碳排放量，并实现各区域能源的就地消纳，将多能源协同运行并增加储能电源，形成低碳化能源供应结构已成为我国电力工业可再生能源用电的发展方向，储能具有可充可放的运行特性，能够在一定程度上平衡可再生能源的不确定性，因此在发电系统中广泛应用，但由于单一的储能形式已不能满足多能源需求，因此需要综合分析多种储能技术特性，根据风电回电、水电风电等实际需求配置，研究复合储能优化调度方法。本文研究为促进多种可再生能源发电发展提供一定的参考依据，同时在碳交易背景下，对实现能源结构低碳化具有重要的现实意义。

1碳交易背景下发电系统复合储能优化调度研究

1.1选取发电系统初始荷电状态

由于各可再生能源在24小时的周期内存在着一定的波动，因此在发电系统的复合储能优化调度中，对低碳的初始和约束的荷电状态不限定会使次日的系统荷电状态过高或过低，无法提供平抑不平衡功率所需的功率[3]。系统初始荷电状态的选取直接与充放电能量的变化区间有关，因此在选取荷电初始状态时考虑在最小容量配置下，满足24小时周期内重放电量连续变化的需求，优化电池容量调度并设置初始值为Km，其实际初始能量为：

式中C和D分别为发电机组的实际碳排放量与分配额度， 为碳交易的市场价格，E和E 为价格在后续2、3阶段的涨幅，N为划分的碳排放量的不同阶段长度。发电系统的负荷储能包括能量储能和功率储能，考虑碳交易背景，以磷酸铁锂电池作为能量储能的媒介，该电池由磷酸铁锂和磷酸铁之间实现充放电动作，通过锂离子的嵌入，用于储能。采用超级电容作为功率储能媒介，利用超级电容吸收冲击负荷，平抑清洁能源发电的出力波动，针对具体清洁能源的处理特性和负载冲击特性，设置大功率小储能的超级电容[4]。将分布式能源在各区域内实现就地消纳，避免发电系统在各区域之间的功率流动所带来的功率损耗，考虑到储能系统的容量平衡，在除了用电高峰以外的其他时间段内，系统应保证为满充状态，为避免影响发电系统复合储能寿命，应避免用电量的过度投资。

1.3构建复合储能优化调度模型

由于可再生能源出力具有随机性的特点，因此在对发电系统进行复合

储能优化调度中，应控制其出力的影响。能量储能部分主要以电池储能实现，通过大容量功率，调节发电系统的运行。超级电容作为功率储能，使发电站的出力波动率满足发电系统的要求，控制各可再生能源的出力特性[5]。构建发电系统的复合储能优化调度模型，其发电系统的复合储能优化调度需要进行以下约束，首先是系统功率的约束，具体表达式为：

2实验分析

为验证本文提出的复合储能优化调度方法的有效性，本文以某发电场为例，从该发电场历史运行数据中，抽取一般情况下24小时的功率值作为发电场实际出力，进行仿真实验分析。其发电场的额定容量为180MW，时间分辨率为1min，数据总数为1200个，设定电池储能的最大充放电功率为25MW，额定容量为30MWh，允许放电深度为25-100%，初始荷电状态为50%，充放电效率为90%。本文假设该发电场的发电功率最大误差在该发电场额定容量的10%以内，将两种不同的优化调度方法应用于本文系统，对其功率特性进行分析。采用偏差电量作为发电系统优化调度计划的量化指标，设定系统实际出力偏离发电计划曲线±3%以上时，统计相应的偏差电量为：

由图1可知，对于不同优化调度方法下发电系统复合储能调度性能进行对比，本文方法的总偏差电量为54.76MWh，传统方法的总偏差电量为89.73MWh，未加储能的总偏差电量为266.39MWh，证明本文方法具有较好的储能调度性能。为验证本文引入碳交易机制的优化调度的合理性，将传统方法经济调度结果与本文方法低碳调度结果对比，得到的不同调度结果如表1所示。

由表1可知，本文方法充分考虑了碳排放因素，使清洁机组能够高效使用，碳交易成本相比于传统经济调度方法明显降低了碳排放量，碳交易成本系统运行总成本也得到了相应的减少，因此可以看出，本文优化调度方法能够使清洁能源在调度过程中更具有竞争力，对碳排放量具有更严格的约束，说明本文方法具有有效性。

3结束语

本文在碳交易背景下，选取发电系统初始荷电状态，充分考虑碳排放量及系统运行成本，建立复合储能优化调度模型，提出了本文的复合储能优化调度方法，实现了对发电系统用电量的控制，并对碳排放量进行了有效约束。同时，由于时间和条件的限制，本文研究还存在着诸多不足，有待于在日后的研究中进一步深入探讨，如未对电力系统的日内优化调度运行制定具体的方案，对电力系统的电压稳定性进行深刻总结未考虑电力系统优化调度的各种成本，在今后的研究中，应考虑对电力系统的电压进行稳定控制的方法进行优化，并对本文算法加以改进，使其具有更高的准确度，使电力系统实现复合储能优化调度的基础上更加安全稳定地运行。

参考文献：

[1]车泉辉，吴耀武，祝志刚，等.基于碳交易的含大规模光伏发电系统复合储能优化调度[J].电力系统自动化，2019，43（03）：76-82+154.

[2]谷万江，王飞，田小蕾，等.考虑储能及碳交易成本的电热联合系统

优化调度策略[J].电网与清洁能源，2020，36（07）：109-118.

[3]李志伟，赵书强，刘金山.基于相关机会目标规划的电力系统优化调度研究[J].中国电機工程学报，2019，39（10）：2803-2816.

[4]田德，陈忠雷.风光储微电网系统复合储能的网格式优化[J].农业工程学报，2019，35（21）：196-201.

[5]宋弦，姚刚，伍士红，等.含风电发电系统的负荷优化调度灵活性研究[J].计算机与数字工程，2019，47（09）：2130-2136.