提升配电网新能源消纳能力的分布式储能集群优化控制策略

郑昌益

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211100）

0 引 言

我国分布式电源并网装机总容量呈现大幅度提升，预计到2030年可达到130 GW。值得注意的是，出力间歇性问题数量显著增加，电网负荷时空匹配性差的现象也有所增多，严重影响配电网新能源的转化及消纳能力。若在严重限制分布式电源出力的情况下，会直接影响分布式电源的功能发挥。综合上述问题，分布式储能技术进一步发展，为解决分布式电源消纳问题提供可行思路。基于此，本文结合配电网区域自治能力，针对各种问题采取积极的应对措施及控制策略。

1 储能参与分布式电源消纳运行机理

基于出力较大的条件下，分布式电源与配电网相互作用时存在一定的不匹配性，促使分布式电源倒送现象发生。这种现象的发生不仅会造成线路损耗显著提高，还会影响电压质量，并相应引起其他问题。同时，因配电网倒送功率不足，导致电网的稳定性及安全性受到严重威胁。基于此，我国电力部门对分布式电源总容量原则进行规定，对一级变压器的负荷供电进行明确，在现代技术的背景下，其使用比例逐渐上升，但仍会出现功率倒送的情况。例如，出力较大的分布式电源中连接的配电网负荷较小，进而诱发倒送功率的现象发生，严重影响电能质量。针对此种情况可以采用分布式储能方式对倒送期间产生的电力进行储存，当电价处于高位时，会释放出其储存的电能，获取更多的收益[1]。

2 配电网储能集群控制结构

2.1 配电网结构

将分布式电源与配电网进行连接时，分布式电源会对配电网造成一定影响，配电网传统结构及未来结构如图1、图2所示。

图1 传统配电网结构

图2 未来配电网结构

2.2 配电网储能集群控制

分布式储能集群控制具有一定的分散性及不确定性，基于上述功能特点可显著增强配电分布式电源消纳比例。除此之外，在结合配电网集群规划的优势，还可进一步提升分布式电源储能的时序出力，同时提高消纳比例。而储能集群控制具体分为配电网集群储能控制、配电网集群划分、节点储能控制等3个部分。通过上述3个部分内容，对配电网进行集群划分。集群划分需要以指标构建与求解为划分基础，然后联合网络功能及资源合理选择合适的指标进行划分，同时利用对应的求解方法对构建的指标进行优化，从而达到控制储能的效果[2]。

3 配电网集群控制划分

3.1 配电网集群划分指标

集群划分指标需要综合性地将配电网及分布式电源的结构与功能进行明确，在构建指标时需要衡量网络结构强度，而在常规情况下配电网会使用电气距离进行指标衡量。此外，集群内部有功功率平衡度也是需要思考的指标。本文基于上述两个指标的控制调整与划分，为科学提升新能源消纳比例的策略奠定了基础。

3.1.1 基于电气距离的模块度指标

电气距离模块指标需要以电气距离权重为基础，并联合采用牛顿－拉夫逊法进行具体数值计算，从而了解各节点电压灵敏度。公式如下：

基于上述公式，最终可有效计算出各节点电压的灵敏度。

计算模块指标是指计算网络中随机选择两个节点落入计算模块区域的概率，表达式如下：

式中：m表示网络中所有边权之和；ki表示与节点i相连的边权之和；kj表示和节点k相连的边权之和；f1表示计算获得的模块度指标。

3.1.2 有功功率平衡度指标

有功功率平衡度指标计算公式如下：

式中：PCk为第Ck个集群的有功功率平衡度指标；T为场景的时间尺度（本文取96为时间尺度）；Pclu,Ck(t)为第Ck个集群在t时刻的京功率值；f2为有功功率平衡度指标；c为集群总数。

3.2 集群划分方法

集群划分方法包括整体模块度及有功功率平衡度，并将系统划分方式作为变量，最大限度考虑各集群区域实现自治调控，并通过下述计算方式构建模型。

基于上述公式进行分析，其中λ1和λ2代表不同指标权重系数，λ1+λ2=1。为了便于计算，本次研究按照λ1=λ2=0.5进行计算。

4 分布式储能集群控制策略

从优化储能时序角度思考是提升消纳比例的有效思路[3]。本文基于配电网层面进行研究，首先构建指标，然后集群划分降低能源消纳比例，从而为后续策略提出奠定基础[4]。

4.1 储能控制策略设计

对现有的运行模式进行优化的基础目标便是在现有配置条件下实现储能日运行最优局面，即：

式中：FP为储能运行收益；FDG为额外消纳储能收益；Floss为运行损失收益。

其中储能额外消纳新能源产生的带损失收益及售电收益可通过下述计算方式得出。

在计算过程中约束指标包括节点电压约束、储能荷电状态约束、潮流约束等，其计算方式如下。

潮流方程约束表述如下：

4.2 评价指标

基于上述设计，为了更为全面反映本文提出的策略的有效性，构建如下指标。

分布式电源消纳比例：

基于上文的阐述，针对当前分布式电源接入配电网造成的问题，从新能源消纳能力角度入手，综合分析配电网运行状态，以模块度与功率平衡度为基础构建指标体系，对集群进行划分。基于模块度指标和功率平衡度指标进行深入思考，提出强化配电网中各个控制系统的运行能力，帮助集群划分策略持续性优化，同时根据集群净负荷功率比例等方式调整储能功率及工作效率[5]。

5 结 论

综上所述，分布式电源运行中各种问题的出现降低了电力资源的高效利用率，其中资源浪费极为常见。针对当前广泛存在的资源浪费问题，对配电网进行优化，同时针对储能集群控制结构进行了研究。综合模块度及有功功率平衡度这2个电气指标可对配电网进行集群划分，从而大幅度提高配电网区域负荷与电源供需的平衡性，通过这2个指标可最大化发挥分布式储能与电网调节相配合的优势，从而支持区域内部能源消纳能力提升。综合考虑不同区域的负荷以及与新能源时空匹配关系，基于综合分析提出优化各集群与节点储能功率的方法，应用效果符合预期。