新能源接入下配电网储能容量优化配置方法

摘 要：由于现有配置方法时延高，SOC为58%，因此研究新能源接入下配电网储能容量优化配置方法。通过模型调整储能装置的输出功率，以达到最佳容量平衡分配。在不同的应用场景中，根据储能的初始荷电状态，计算额定容量，可以满足最小化储能装置的容量需求。试验结果表明，优化后比优化前的时延有所降低，平均为1.0s～1.1s，使优化后的系统平均能耗显著降低，提高新能源的利用率；测试小组荷电状态SOC从58%降至37%，储能装置有效地进行了放电操作，以满足电网的能量需求，显著提升了容量配置优化效果。

关键词：新能源；配电网；储能；容量；配置

中图分类号：TM 721" " 文献标志码：A

随着可再生能源大规模并网，储能装置能够在负荷低谷时储存电能，在高峰时段或新能源发电不足时释放电能，有效平抑电网波动，增强电网对可再生能源的消纳能力。研究配电网储能容量优化配置方法，对推动能源转型、促进电力可持续发展具有重要作用。在实际分析中，毛志宇等[1]根据风电功率的波动情况和储能装置的特性，确定复合储能装置的总功率需求。采用改进哈里斯算法求解模型，通过加强优势个体的信息共享，平衡各阶段搜索能力，避免限于局部最优。虽然该方法能够有效平抑风电功率波动，但复合储能装置的配置和功率分配策略可能相对固定，难以适应电网运行状态的快速变化。马兰等[2]根据综合能源设备的转换能力和负荷侧需求响应能力，制定针对不同场景的综合能源多级分配策略，确定各输出端的出力顺序。尽管多级分配策略可以提高系统的灵活性，但储能装置的配置和出力分配策略可能相对固定，难以完全适应电网运行状态的快速变化。因此，在新能源接入背景下，以配电网储能容量优化配置为研究对象，结合实际情况进行详细分析。

1 容量优化配置方法

1.1 新能源接入下电网储能模型构建

新能源发电的间歇性和随机性可能导致电网频率和电压的波动，影响电网的稳定性。储能系统可以通过快速充放电来响应这些波动，提高电网的稳定性和可靠性。因此，通过构建新能源接入下的电网储能模型，不仅明确了储能系统需求与作用，还提供了经济高效的运行策略与调度方案，旨在最大化储能效益，提升电网整体运行效率与可靠性，同时降低成本并优化性能。通过集中安装新能源电力储能电网结构，减少了储能装置的占地面积，便于实施统一管理和高效调度，从而提升了整个电网的运行效率。该创新结构的具体布局如图1所示。

在新能源广泛接入的电网环境中，为了优化资源配置，将发电机组集中部署于特定区域。通过升压变压器与高压输电线紧密相连，将风电产生的低压电能提升至适合长距离传输的高压水平，有效减少了传输过程中的能量损耗。这一布局策略不仅充分利用了自然资源，还通过采用先进的升压变压器技术，实现了从风电场直接产生的低压电能向高压电能的高效转换。这一转换过程对长距离、大容量的电力传输至关重要，它能显著降低因线路电阻导致的能量损耗，提高输电效率。

高压电能通过输电线输送至用户端，抵达用户端后，电能再通过降压变压器调整至安全电压，确保电能供应的安全。当风力发电或其他新能源发电出现不稳定时，储能装置能够迅速响应，填补发电不足的部分，确保电力供应稳定性[3]。因此，需要构建电网储能模型，通过确定最佳储能装置容量，以满足不同电压等级电网的实际需求。在电力储能装置储能容量模型中，其功率波动率需要控制在一定范围内，即不超过设定的最大限制值lim。通过分析波动率，得到在连续2个时间点内的储能装置功率变化。同时，还要添加有功功率平衡约束。当储能装置发出的总功率在满足负荷需求后，剩余部分应与电网的交互功率相等。通过这平衡关系，可以得到电网中储能元件的功率贡献，获取储能装置的运行损耗。这样通过添加约束能够使储能装置安全、稳定运行。其约束如公式（1）所示。

b∈{emin≤e≤emax} （1）

式中：e为储能元件的能量。

通过给出储能元件容量的上下限，有效地预防储能装置发生过充或过放的现象，确保储能装置安全、稳定运行[4]。储能元件的容量约束不仅限定了其能够存储的最大电能，也设定了其在放电过程中不应低于的最低阈值，延长储能元件的使用寿命，同时保护系统免受因极端操作条件可能引发的损害。在确定了容量约束后，构建电力储能装置的优化模型。该优化模型是一个综合性的数学框架，通过优化储能装置的运行策略来最大化系统的经济效益。通过计算分析，找出在给定约束条件下最优的储能装置输出功率分配方案。其模型如公式（2）所示。

（2）

式中：pi为实时功率；po为额定功率；b为储能元件容量变化范围。

通过模型调整储能装置的输出功率，以达到最佳容量平衡分配。

综上所述，构建新能源接入下的电网储能模型，并实施容量优化配置方法，是应对新能源发电间歇性与随机性挑战、提升电网稳定性与可靠性的关键举措。该模型不仅精确刻画了储能系统在电网中的需求与作用，还通过综合考量储能技术经济性、电网运行需求及新能源发电特性，制定了经济高效的运行策略与调度方案。同时，对储能装置容量进行合理设定与动态调整，并添加必要的约束条件，例如储能元件的容量约束与有功功率平衡约束，确保了储能装置在保障电网安全稳定运行的同时，实现经济效益的最大化。未来，随着新能源技术不断进步与储能技术持续优化，电网储能模型将更智能化、更精细化，为构建绿色、高效、可靠的现代电力系统提供有力支撑。

1.2 混合储能容量优化配置

风电和光伏发电具有间歇性和随机性，传统的单一储能技术难以同时满足调频和调峰的需求。而混合储能系统可以整合高速功率型的储能设备和高能量型的储能设备，实现短时波动平抑和长时间尺度调峰的综合功能。混合储能系统是指采用2种或2种以上具有不同性能特点的储能技术组合而成的系统，以充分利用各自的优势，弥补单一储能技术的不足。

即在配电网中，配电网储能装置通常由能量型储能和功率型储能组成，以充分利用不同类型储能技术的优势，实现能量的高效存储与快速响应[5]。其具有充放电灵活、响应速度快的特点，能够在电网出现供需失衡时迅速调整储能输出，帮助电网维持频率和电压的稳定。为了最大化配电网储能装置的性能并降低其全寿命周期成本，需要针对混合储能容量的优化配置。通过合理配置混合储能系统的容量，可以有效平抑风电功率波动。在配电网储能装置中，额定功率的配置需要综合考虑能量型储能和功率型储能的特性，在不同的应用场景中，针对能量型储能，其额定功率prate的确定需要考虑用电设备的能量转换效率，其功率如公式（3）所示。

（3）

式中：t为起始时间；η为能量转换效率。

这些效率因素直接影响储能装置在实际应用中能够提供的有效功率[6]。具体来说，当系统需要输出或吸收一定功率时，需要通过效率系数调整计算得到的功率值prate，以确保储能装置能够满足实际需求。功率型储能的额定功率配置适用于需要瞬时大功率支撑的场景。同时，还需要进行额定容量配置，使储能装置在整个运行周期内需要满足的能量需求[7]。以能量型储能为例，其额定容量soc的计算需要考虑储能的初始荷电状态，其额定容量如公式（4）所示。

（4）

式中：ks为时刻；p（t）为充放电功率。

通过计算可以得到在给定时间段内储能装置需要满足的最小容量，以确保系统能够在任何时刻都保持足够的能量储备。当初始荷电状态soc满足实际条件时，能量型储能的额定容量达到最小。这样在初始荷电状态合理设置的情况下，可以最小化储能装置的容量需求，从而降低投资成本[8]。储能的额定容量配置在实际应用中需要考虑能量需求和响应速度，由于其主要用于平衡短期内的功率波动，因此其容量配置相对灵活，可以根据具体应用场景进行调整。在完成配电网储能装置的额定功率和额定容量配置后，可以有效降低系统的全寿命周期成本，提高装置的可行性。同时，配电网储能装置的应用还能够提高电力系统的稳定性，为可再生能源的大规模并网提供有力支持。

2 试验测试与分析

2.1 搭建试验环境

为分析新能源接入配网储能配置多目标优化方法在实际应用中的效果，选定配网作为主要的测试目标。对测试结果进行全面统计与分析，搭建测试组。该测试网络采用拓扑结构，其中融入了分布式新能源发电系统，初始预设的额定容量为3.4MW，实时功率为1.5MW。整个测试区域分为3个部分，并为每个部分分配了编号。确定各配置区域的实际边界，部署了一定数量的监测节点。能够全面覆盖测试区域，确保数据采集的完整性。通过拓扑处理的方式，这些节点负责实时采集新能源配置数据。在配网中接入了储能电池A、B、C。针对每种电池，其基础参数与控制指标见表1。

在试验中，采用了容量均衡分配的方法，根据储能装置的健康状态和充电状况合理地将储能装置的总容量分配给各个站点。在每个调度周期内，中央控制器会综合这些信息，精确计算每个站点所需的功率，并据此将总功率需求有效地分配给各个储能装置，以确保能源分配的高效与均衡。

2.2 结果与分析

在测试环境中，根据储能配置多目标优化需求进行测试分析。测试中，新能源的储能位置接入3种电池中，对配网储能配置进行目标容量优化处理，所得的优化结果如图2所示。

由图2可知，优化后比优化前的时延有所降低，平均为1.0s～1.1s。说明运用本文配置方法极大地缩短了高峰时段的平均响应延时。使优化后的系统平均能耗显著降低，充分证明了本文所提优化方法的有效性。通过合理配置储能容量，可以更好地匹配新能源发电与负荷需求，减少因新能源发电过剩而导致的弃风弃光现象，提高新能源的利用率。

为了进一步细化分析，将新能源的配置阶段细分为峰时段、平时段和谷时段，并根据实际情况设定了各时段的具体时间范围。在此基础上，针对新能源在设定时间段内的荷电状态进行测试，并将测试结果以图3的形式直观呈现。

由图3可知，测试小组的荷电状态SOC在经历不同测试时段后从58%降至37%，储能装置有效地进行了放电操作，以满足电网的能量需求。说明运用本文容量配置方法能够在虑新能源接入的配网储能配置中对多目标进行优化，显著提升了容量配置优化效果。通过先进的储能容量优化配置方法，可以实现储能装置的智能调度和控制，根据电网的实际需求和储能装置的状态自动调整充放电策略，提高电网的智能化水平。

综上所述，针对新能源接入下的配电网储能容量优化配置问题，考虑了新能源发电的不确定性，通过精细化的容量分配策略，实现了储能装置在不同时段内的最优充放电控制。显著提升储能装置的容量配置优化效果，有效缩短高峰时段的平均响应延时，并大幅降低系统能耗。这一成果不仅验证了新能源接入配电网储能容量优化配置的可行性与有效性，也为智能电网的可持续发展提供了有力的技术支撑。

3 结语

本文从容量优化配置入手，深入分析新能源相关问题，探究了新能源接入下配电网储能容量优化配置方法。确保储能容量的配置能够维持电网在新能源接入后的稳定运行，减少新能源出力波动对电网的影响。合理配置储能容量，降低投资成本，提高储能装置的利用率和经济效益。但是本文方法中还存在不足，例如储能装置的充放电策略等。对电网负荷进行预测，分析负荷峰谷差和负荷特性，确定储能装置在电网调峰、调频等方面的作用。结合需求响应机制，优化储能装置的充放电计划，提高电网的调节能力和灵活性。

参考文献

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