2023利用儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可再生能源微電網(wǎng)靈活安全運(yùn)行的研究綜述

利用儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可再生能源微電網(wǎng)靈活安全運(yùn)行的研究綜述摘要

0 引言多時(shí)間尺度間歇性的可再生能源不僅深刻地影響著電力系統(tǒng)的預(yù)測(cè)和調(diào)度準(zhǔn)確性，還可能在與電網(wǎng)而導(dǎo)致傳統(tǒng)配電網(wǎng)的集中式平衡機(jī)制無(wú)法接納這些可再生能源[5-7]急需一種既考慮到發(fā)電容量充裕度又考慮到發(fā)電靈活性的調(diào)控技術(shù)，以便于對(duì)間歇性可再生能源進(jìn)行運(yùn)行控制和能量管理[8]21于含有可再生能源的多能源互補(bǔ)一體化系統(tǒng)的研究呈指數(shù)上升趨勢(shì)。微電網(wǎng)(microgrid)技術(shù)就是在這樣的需求背景之下逐漸成型，最早于1999年由美國(guó)電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)(theconsortiumforelectricreliabilitytechnologysolutions，CERTS)2002完整的定義[9]。微電網(wǎng)被認(rèn)為是促進(jìn)分布式能源友優(yōu)化的解決方案之一[10-12]。微電網(wǎng)從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)單一電力到偏遠(yuǎn)村落等不同區(qū)域的能源需求。國(guó)家能源局2015微電網(wǎng)是當(dāng)前重要的研究熱點(diǎn)之一，內(nèi)容涉及能光熱(CSP)以及蓄熱系統(tǒng)(TES)構(gòu)成的混合能源微PV源微電網(wǎng)安全運(yùn)行所取得的進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)性的介問題以及未來(lái)研究方向進(jìn)行綜合分析與展望。儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的作用可再生能源微電網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)微電網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是一種配電方法，是由分布式電

據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和經(jīng)濟(jì)要求對(duì)這些組成單元進(jìn)行組成部分[21-25]。1為可再生能源微電網(wǎng)的組成以及與外部公協(xié)同互補(bǔ)。由于微電網(wǎng)秉承靠近用戶側(cè)的構(gòu)造理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，常見微電網(wǎng)的容量規(guī)模和電壓等級(jí)可劃分為以下幾類[26-27]：1）單用戶級(jí)微電網(wǎng)，應(yīng)用于單幢建筑物，容量小于2MW，電壓為0.4kV；2）多用戶級(jí)微電網(wǎng)，應(yīng)用于包含了多種建筑物或多樣負(fù)荷的區(qū)域，容量在2~5MW之間，電壓為0.4kV10kV；3）饋線級(jí)微電網(wǎng)，適用于公共設(shè)510M10k；10MW35kV及以下，系統(tǒng)容量原則上不大于20MW[28]。此外，日本學(xué)者拓展了美國(guó)發(fā)電機(jī)組供能需求可檢測(cè)可控制可再生能源電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)公用電網(wǎng)圖1可再生能源微電網(wǎng)組成及公用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖Fig.1Topologicalstructureofamicrogridwithrenewableenergy,andaccessmethodtoautilitygrid電容量為1000MW級(jí)別的以石油和煤為燃料的工業(yè)區(qū)應(yīng)用電力系統(tǒng)[29]。20年來(lái)，人們對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的研究逐步深入，并圍繞微電網(wǎng)的控制保護(hù)經(jīng)濟(jì)性以及儲(chǔ)能優(yōu)化配置等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開隨著新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展可再生能源滲透比例的逐年攀升以及互聯(lián)網(wǎng)+和工業(yè)4.0等概念的推進(jìn)對(duì)微電網(wǎng)的優(yōu)化控制提出了更高的要求未來(lái)的微電網(wǎng)系統(tǒng)還應(yīng)具備適應(yīng)新設(shè)備接入和系統(tǒng)擴(kuò)展的能力，這意味著系統(tǒng)的通用性魯棒性以及智能化水平也還需要得到不斷的升級(jí)[30-31]微電網(wǎng)的保護(hù)策略與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)策略有著極大的不同，典型表現(xiàn)在[32]：1）潮流存在雙向流通微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島 運(yùn)行2種工作模式下短路電流存在較大差異； 微電網(wǎng)的容量和慣性相對(duì)較小，且含有分布式電源，需要更短的切除故障時(shí)間；4）微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的運(yùn)行控制和能量管理需求而發(fā)生變化因此如何在傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造優(yōu)化和升級(jí)使之具有更高度的故障識(shí)別技術(shù)更可靠的通信網(wǎng)絡(luò)更高速的信息傳輸速率是微電網(wǎng)保護(hù)研究的關(guān)鍵內(nèi)容此外也要考慮發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的容量發(fā)電機(jī)類型運(yùn)行方式以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等可變因素對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)所產(chǎn)生的影響經(jīng)濟(jì)效益是微電網(wǎng)在設(shè)計(jì)建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中都必須考慮的問題之一也是評(píng)估微電網(wǎng)發(fā)展可行性的關(guān)鍵指標(biāo)之一為了保證微電網(wǎng)的供電可靠性需要相應(yīng)地提高系統(tǒng)設(shè)備的安全性穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，而這又意味著經(jīng)濟(jì)成本投入的提高。所以微電網(wǎng)待解決的經(jīng)濟(jì)效益問題主要集中在系統(tǒng)的優(yōu)化配置和經(jīng)濟(jì)性調(diào)度上[33]。儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)可再生能源微電網(wǎng)的作用了微電網(wǎng)需要通過(guò)合理的規(guī)劃儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源之間的集成利用，以實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)的供電可靠功能包括[34-36]：1）維持微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。當(dāng)微電網(wǎng)中間歇性能源存在電能質(zhì)量問題或檢測(cè)到電網(wǎng)故障時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備可以為用戶提供短時(shí)備用能能源可作為可調(diào)度能源運(yùn)行；2）參與調(diào)頻。確?？稍偕茉次㈦娋W(wǎng)的能量輸出與需求之間達(dá)到平衡；3）參與調(diào)峰。當(dāng)微電網(wǎng)中分布式能源的總出

微電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)投資與長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)也具有重要的2所示為儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)可再生能能設(shè)備時(shí)直接供電曲線指的是公用電網(wǎng)與可再生能源機(jī)組輸出功率直接用于供電的部分。非高峰時(shí)段儲(chǔ)存的可再生能量非高峰時(shí)段儲(chǔ)存的可再生能量從公用電網(wǎng)中儲(chǔ)存的能量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)釋放的能量配置儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)直接供電曲線無(wú)儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)供電曲線可再生能源出力尺寸優(yōu)化降低投資與運(yùn)營(yíng)成本儲(chǔ)能系統(tǒng)在非高峰時(shí)段將可用能量轉(zhuǎn)移到需求高峰時(shí)段平衡供需、維持頻率與電壓負(fù)荷需求1:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00時(shí)刻負(fù)荷需求1:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00圖2儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)微電網(wǎng)整體靈活運(yùn)行的平衡作用Fig.2Keyrolesofenergystoragesystemsontheflexibleoperationofthemicrogrid標(biāo)和約束條件上，有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確靈活控效率。微電網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀2005年提出了“SmartPowerNetworks”的概念，

863與實(shí)施，28個(gè)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目獲批。截至201879個(gè)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)，另有8個(gè)項(xiàng)目在建[39]。表1為微電網(wǎng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合的典型項(xiàng)目情表1含有儲(chǔ)能系統(tǒng)的已建及在建微電網(wǎng)項(xiàng)目表1含有儲(chǔ)能系統(tǒng)的已建及在建微電網(wǎng)項(xiàng)目Tab.1Existingandunderconstructionmicrogridprojectsthatareequippedwithenergystoragesystem儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能儲(chǔ)能設(shè)備相同/相似項(xiàng)目項(xiàng)目/位置/機(jī)構(gòu) 儲(chǔ)能設(shè)備 電源組成能量調(diào)峰電網(wǎng) 清潔能儲(chǔ)能容量規(guī)模類型微電網(wǎng)No. 低碳平衡調(diào)頻可靠 源利用量級(jí)/(kWh) (參考文獻(xiàn))Mannheim-Wallstadt/ 熱電聯(lián)產(chǎn)、光伏、 居民1 飛輪儲(chǔ)能 √德國(guó)/歐洲FP6[40] 燃料電池√√√1.2kW [40]生態(tài)莊園Milford微電網(wǎng)/美國(guó)/ 光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、2 蓄電池 √√√30kW 示范項(xiàng)目 [42]BaikampadyMangalore微電3 蓄電池 光伏 √網(wǎng)/印度/SELCO基金會(huì)[43]√√社區(qū)200Ah×8 [44-46]示范項(xiàng)目微電網(wǎng)中試裝置/韓國(guó)/韓 光伏風(fēng)電風(fēng)–光混4 蓄電池 √√√10 中試裝置 [48-53]集成微電網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)/ 風(fēng)電、光伏、雙饋感蓄電池、5 中國(guó)浙江/浙江省電力 應(yīng)發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電√飛輪儲(chǔ)能√√√100 試驗(yàn)項(xiàng)目 —全釩液流電池、飛輪光伏、風(fēng)電、質(zhì)子天津大學(xué)微電網(wǎng)試驗(yàn)臺(tái)/6 儲(chǔ)能、超級(jí)電容、壓交換膜燃料電池、 √縮空氣儲(chǔ)能 冷熱電聯(lián)合循環(huán)√√√100 試驗(yàn)平臺(tái) —SantaRita監(jiān)獄微電網(wǎng)/San 光伏、燃料電池、柴7 鋰電池 √Francisco/美國(guó)能源部[56] 油發(fā)電機(jī)√大型1000 [57-59]示范項(xiàng)目

柴油發(fā)電機(jī)國(guó)電子技術(shù)研究所[47]

合系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)試驗(yàn)研究院[54] 機(jī)中國(guó)天津/天津大學(xué)[55]Hachinoe項(xiàng)目/日本青森縣8八戶市/日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)[40]LollandHydrogenCommunity/丹麥/Lolland市政府、IRD

鉛酸蓄電池

生物質(zhì)(樹木)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)、光伏、風(fēng)電、燃木鍋爐、燃?xì)忮仩t

√ √

市政示范項(xiàng)目社區(qū)

[40]9燃料電池公司以及波羅的海解決方案公司[60]SPIDERS/美國(guó)/美國(guó)國(guó)防部、10能源部、國(guó)土安全部[61]仙臺(tái)微電網(wǎng)示范工程/日本

儲(chǔ)氫 熱電聯(lián)產(chǎn)、燃料電池 √ √ 雙向電動(dòng)光伏、柴油發(fā)電機(jī) √ √ √ —汽車充電器—

—示范項(xiàng)目軍方—示范項(xiàng)目仙臺(tái)/綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)[62]TB-MMEG/中國(guó)合肥/

天然氣(儲(chǔ)存或輸送)

燃?xì)廨啓C(jī)、√ √燃料電池、光伏光伏、風(fēng)電、燃料電

(天然氣管道)

示范項(xiàng)目 [58,63]12合肥工業(yè)大學(xué)[64]13 √√√10中試裝置13 √√√10中試裝置[66]天津生態(tài)城動(dòng)漫公園/中國(guó)天蓄電池、蓄熱蓄冷、冷熱電聯(lián)產(chǎn)、光伏、14 √√ √√ 10-100示范項(xiàng)目—西班牙Derio[65]

飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、蓄電池

池、模擬火電、模擬水電

√ √ √ √ — 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) —津/中國(guó)政府[67]ElHierro微電網(wǎng)/15西班牙/ABB[68]

電動(dòng)汽車充電器抽水蓄能

地源熱泵柴油發(fā)電機(jī)

√ √ 581

島嶼示范—項(xiàng)目5況，發(fā)展趨勢(shì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）微電網(wǎng)仍處于研發(fā)–示范項(xiàng)目階段；2）儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)示范項(xiàng)目中還沒有得到100%的覆蓋率，具有較大的上升空間；3）微電網(wǎng)示范項(xiàng)目中可再生能源部分的設(shè)計(jì)主要以風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏和水電為主，其他多種可再生資源的優(yōu)化整合還未進(jìn)入示范階段；4）微電網(wǎng)示范項(xiàng)目中傳統(tǒng)能源部分主要依靠熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)，其中柴油發(fā)電機(jī)作為微電網(wǎng)的緊急備用電源；5）微電網(wǎng)項(xiàng)目中儲(chǔ)能設(shè)備大多采用蓄電池，其中又以鉛酸蓄電池和鋰電池為主要被選類型，其他儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)理論研究盡管已有很多，但在項(xiàng)目建設(shè)方面被采用的還很少。儲(chǔ)能系統(tǒng)及其容量?jī)?yōu)化方法儲(chǔ)能技術(shù)分類儲(chǔ)能技術(shù)作為微電網(wǎng)的一個(gè)重要的功能單元可以有效地解決可再生能源高比例應(yīng)用時(shí)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響，不僅可以用來(lái)削減或者消除發(fā)電和需求之間的不匹配，解決需求預(yù)測(cè)的不確定性，

空間。主要應(yīng)用于可再生能源系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)裝()電化學(xué)儲(chǔ)能()機(jī)械儲(chǔ)能()電磁儲(chǔ)能()以及蓄熱(如熔)等[69-75]2種在功能上形成互補(bǔ)的儲(chǔ)能裝置組[78]2綜表2儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀Tab.2Technicalcharacteristicsandthecurrentsituationsofenergystoragesystems儲(chǔ)能技術(shù)系統(tǒng)

超級(jí)電容

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能 抽水蓄

壓縮空氣蓄熱儲(chǔ)能

鉛酸蓄電池

鋰離子電池

鈉硫電池 液流電池 氫氣 甲烷功率型儲(chǔ)能 能量型儲(chǔ)能功能儲(chǔ)存時(shí)間 s-min hr-weeks weeks-month容量范圍 Wh-kWh MWh-GWh kWh-GWh MWh-TWh能量密度(Wh/l)功率密度

2.5-15[80],

200-500[70]

(W/l)

100000+[79]

40-60[70],30-60[80],50-90,

— —循環(huán)效率/%響應(yīng)

時(shí)間量級(jí)

— 壽命(年)

cycles[81]

2-200[79],

cycles[81]

5-15[79],15-20[81]5-15[76],20-30[79]5-15[76],30[79]單位能量成本($/kWh)單位功率成本

3-50

273

1-10[70],

1-10($/kW)

1900-6300[70]3500-5000[70]運(yùn)維成本

20$/kW/yr[70],13.3$//kW[89],高

— —7.5-8$/kW/yr[88]

0.005$/kWh[91]發(fā)展階段

示范–

示范–

商業(yè)成熟

研發(fā)–示范,研發(fā)–商業(yè)[70],

成熟商業(yè)商業(yè)示范–商業(yè)

研發(fā)–商業(yè)前

研發(fā)–示范[79]商業(yè)前

商業(yè)前

商業(yè)

研發(fā)–成熟[79]

前多數(shù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性還需得到進(jìn)一步的有一定的距離。儲(chǔ)能系統(tǒng)容量?jī)?yōu)化方法容量規(guī)劃儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量對(duì)微電網(wǎng)的整體經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)儲(chǔ)能系統(tǒng)則對(duì)微電網(wǎng)施加更高的投資和維護(hù)成本運(yùn)行策略。微電網(wǎng)具有并網(wǎng)和離網(wǎng)2種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并且不同供能需求的微電網(wǎng)運(yùn)行策略也將有所差異。①并網(wǎng)型微電網(wǎng)運(yùn)行策略。在并網(wǎng)模式下的微電網(wǎng)通常采取可再生能源優(yōu)先發(fā)電(或提供其他形式的能量)給用戶，當(dāng)可再生能源無(wú)法滿足用戶的負(fù)荷需求時(shí)，再根據(jù)實(shí)際情()用電網(wǎng)進(jìn)行售電或者向儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)能[93-94]。[96]中所提到的并網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)中，//熱裝置能夠?qū)ζ渲g的解耦以及提升微電網(wǎng)系統(tǒng)

②離網(wǎng)型微電網(wǎng)運(yùn)行策略。和可靠性[98-99]。以負(fù)荷跟隨策略為例[100]，在可再生能源總輸釋放能量提供；當(dāng)可再生能源出力大于負(fù)荷需求混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用滿足了功率和響應(yīng)時(shí)間的需求[101]，當(dāng)系統(tǒng)中電源設(shè)備的輸出功率與計(jì)劃出力正表示電源設(shè)備出力富余，需要儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電，此時(shí)富余電量?jī)?yōu)先儲(chǔ)存在功率型儲(chǔ)能設(shè)備當(dāng)電時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸切換到能量型儲(chǔ)能設(shè)備的供電Flinders大部分負(fù)荷需求由柴油發(fā)電機(jī)提供[102]。當(dāng)風(fēng)、柴機(jī)來(lái)彌補(bǔ)風(fēng)電(或其他可再生能源)以滿足功率需儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電運(yùn)行過(guò)程。①功率缺額。功率缺額即為微電網(wǎng)系統(tǒng)中電源設(shè)備的輸出統(tǒng)的運(yùn)行情況[104]。因此，功率缺額可表述如下：n[97]

Pt)[it]ft)，nm

(1)內(nèi)靈活性具有積極作用 。

i17優(yōu)化目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)可靠性目標(biāo)利用率目標(biāo)微電網(wǎng)全壽命周期成本平抑能源功率波動(dòng)利用率總收益失負(fù)荷率能量供需平衡儲(chǔ)能設(shè)備成本燃料消耗量式中Pi(優(yōu)化目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)可靠性目標(biāo)利用率目標(biāo)微電網(wǎng)全壽命周期成本平抑能源功率波動(dòng)利用率總收益失負(fù)荷率能量供需平衡儲(chǔ)能設(shè)備成本燃料消耗量P(t)>0P(t)<0時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)考慮是否釋放能量。②儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電荷電狀態(tài)(以蓄電池為例)[105]。充電：SOC(t)SOC(t1)(t)ct

(2)放電：

EES

(t1)

圖3儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)SOC(t)SOC(t

PES(t)tdEES(t

(3)

Fig.3Optimizationparametersofenergystoragesystem低了30%以上。此外，一些研究也通過(guò)多目標(biāo)來(lái)進(jìn)式中：PES(t)t時(shí)刻的運(yùn)行(充放電)功率；SOC(t)t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；t電(或放電)時(shí)間；c為儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能效率；d儲(chǔ)能設(shè)備的自放電率。③儲(chǔ)能容量。系統(tǒng)中電源設(shè)備的輸出功率與計(jì)劃出力之間的差值?P(t)決定了儲(chǔ)能系統(tǒng)的充、放電運(yùn)行模式，Pt與坐標(biāo)軸之間所圍成的面積記為參數(shù)EtT內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)需要儲(chǔ)存(或釋放)的電E(T)，E(T)的表達(dá)式為：

。響優(yōu)化的結(jié)果。tTET)t EttT

(4)

系統(tǒng)的投資及運(yùn)營(yíng)成本最小化是當(dāng)前儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要目標(biāo)之一，該優(yōu)化目標(biāo)包括前期儲(chǔ)存的能量形式除了電之外還包括儲(chǔ)冷/熱和儲(chǔ)氣，其中冷/熱和氣體儲(chǔ)量可分別根據(jù)使用情況進(jìn)行功率到體積的換算。目標(biāo)函數(shù)考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和 可極作用儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置目標(biāo)一般可分為經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)可靠性目標(biāo)和能源利用率目標(biāo)等[27,106-111]，見圖3。營(yíng)效益最大化為優(yōu)化目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型[107-108]。文

C1C2兩個(gè)主網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各組成部分的運(yùn)行和維護(hù)成本、燃料成化來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能及其他分布式設(shè)備在調(diào)度期間內(nèi)提供可控負(fù)載，并能夠符合運(yùn)行約束[114-115]。目標(biāo)函數(shù)：獻(xiàn)[109]中選取微電網(wǎng)運(yùn)行成本最小化作為優(yōu)化目

式中：

minCmin(C1C2)C1CINI

(5)(6)獻(xiàn)

C2COMCFUELCREPCEMCGRIDCPEN

(7)了一種遵循儲(chǔ)能單元荷電狀態(tài)日前計(jì)劃的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度方法，有效將微電網(wǎng)的日供電成本降

CINICFUELCREPCEMCGRID和CPEN則分別表示微電網(wǎng)的運(yùn)維成本、燃料成本、替換成本、環(huán)境補(bǔ)償成本、與公用電網(wǎng)的交易成本以及懲罰成本，計(jì)算式分別為：

上下限。儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率約束：CINI

NCii1N

(8)

(t),min(t),max

(16)(17)COM

Cii1iN

(9)

式中Pc,max、Pc,min、Pd,max和Pd,min分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充、放電功率上下限。CLii1N

(10)

儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電容量約束：EES,minEES(t)EES,max

(18)CREPi,ti1

(11)

EttE,axEES,min分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)所儲(chǔ)存能量的上下限。CEM

j0Q

emj jgrid

(12)(13)

設(shè)備出力變化約束[118]：(t(t)

(19)CGRIDk0QC Q

kEkE

(14)

PRi,maxi在相鄰時(shí)刻內(nèi)輸出功率的最大變化量。PEN

k kk0

2.2.4 優(yōu)化算法式中：N表示微電網(wǎng)中設(shè)備數(shù)量；Cini、Com分別

在分布式能源系統(tǒng)及其儲(chǔ)能單元容量的優(yōu)化過(guò)i ijiFiiRii需要更換的次數(shù)；M代表污染物的數(shù)量，j和CemjjEgridk

程中，常見的優(yōu)化算法包括粒子群優(yōu)化算法(particleswarmoptimization，PSO)[95,106](geneticII，NSGA-II)[121]等，按照算例的實(shí)際情況以及算法的k kj電或棄電量。項(xiàng)可取值為零。在已有的優(yōu)化研究中，時(shí)間成以及系統(tǒng)壽命等影響因素進(jìn)行綜合考核。文獻(xiàn)[116]中選擇調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)總發(fā)電成本最小獻(xiàn)獻(xiàn)[101]中選擇微電網(wǎng)全壽命周期作為系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)的時(shí)間尺度。優(yōu)化時(shí)間尺度也將影響著目標(biāo)函數(shù)中各部分成本的計(jì)算。約束條件1）分布式能源系統(tǒng)輸出功率約束：

過(guò)程中能夠根據(jù)多維約束條件通過(guò)迭代來(lái)尋優(yōu)求解，已被廣泛應(yīng)用于求解電力系統(tǒng)的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配、電網(wǎng)規(guī)劃等優(yōu)化問題當(dāng)中。儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷需求響應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化負(fù)荷需求響應(yīng)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用[122]。全穩(wěn)定運(yùn)行之外，在需求端通過(guò)需求響應(yīng)(demand來(lái)引導(dǎo)和改變用戶側(cè)的固有電力消費(fèi)被認(rèn)為在某段時(shí)間范圍內(nèi)是靈活或可轉(zhuǎn)移的[123]。2005年制定的能源政策，需求(t)

(15)

響應(yīng)是通過(guò)諸如財(cái)務(wù)激勵(lì)或教育等方法和手段，促Pi,maxPi,mini輸出容量的

使用戶改變對(duì)能源的需求的一種服務(wù)機(jī)制[124]。實(shí)9達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化微電網(wǎng)的用能模式的目的。2來(lái)主動(dòng)增加或減少負(fù)荷，以獲取一定的用電經(jīng)濟(jì)性，被稱作價(jià)格型需求響應(yīng)(price-baseddemandresponse)；另外一種則是根據(jù)用戶對(duì)負(fù)荷轉(zhuǎn)移激勵(lì)轉(zhuǎn)移補(bǔ)償，被稱作激勵(lì)型需求響應(yīng)(incentive-baseddemandresponse)3(timeofusepricing，TOU)、實(shí)時(shí)電價(jià)(realtimepricing，和尖峰電價(jià)(criticalpeakpricing，CPP)。其中用戶在一定的提前時(shí)間段里可獲取由信息采集系統(tǒng)所反饋的電價(jià)信息；尖峰電價(jià)是分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)制定[104]。激勵(lì)型需求響應(yīng)策略通常以用戶與需求約定需求響應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容，包括削減用電負(fù)荷大應(yīng)次數(shù)等，以及提前通知用戶執(zhí)行響應(yīng)措施的時(shí)型需求響應(yīng)政策包括直接負(fù)荷控制(directloadcontrol)、可中斷負(fù)荷(interruptibleload)、需求側(cè)競(jìng)價(jià)(demandsidebidding)、緊急需求響應(yīng)(emergencydemandresponse)(capacitymarket)和輔助服務(wù)等(ancillaryservicesmarket)[125]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)價(jià)格型需求響應(yīng)和激勵(lì)型需求響[122][126]

[127]中考慮了采用需求響應(yīng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)含有可再生能源的獨(dú)立電力系統(tǒng)的靈活節(jié)性用能高峰和可再生能源難以跟隨負(fù)荷曲線而[128]中以用戶收益率最大削減策略，并通過(guò)求解用戶實(shí)際負(fù)荷削減量和頻3勵(lì)型需求響應(yīng)能夠有效實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的削峰填谷目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷需求響應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化策略生能源滲透率以及微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[124]。本文法進(jìn)行介紹。首先，假設(shè)微電網(wǎng)已經(jīng)配備了相關(guān)的智能電網(wǎng)技術(shù)，具備實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)計(jì)劃所必須的基礎(chǔ)設(shè)施，如具有波動(dòng)和不確定特性的可再生能源機(jī)組、儲(chǔ)能設(shè)備、需求響應(yīng)服務(wù)器、需求響應(yīng)運(yùn)行管理系統(tǒng)、需求響應(yīng)聚合系統(tǒng)以及響應(yīng)負(fù)載等，主要可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷需求和需求響應(yīng)事件進(jìn)行發(fā)布、監(jiān)測(cè)、聚合、調(diào)度等工作環(huán)節(jié)[129]。理制定電價(jià)的定價(jià)策略以及微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)單位與公用電網(wǎng)、用戶、政府補(bǔ)貼之間的交易結(jié)算關(guān)系。實(shí)時(shí)電價(jià)模式的需求響應(yīng)是將用戶高價(jià)時(shí)段的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低價(jià)時(shí)段，最大化地減少用能成本[130]。聯(lián)合優(yōu)化機(jī)制下，t時(shí)刻的負(fù)荷情況為(t)(t)(t)

(20)

年來(lái)的技術(shù)革新與發(fā)展密切相關(guān)，例如通過(guò)對(duì)鉛酸式中Pload(t)Ps,in(t)和Ps,out(t)分別代表t時(shí)刻的負(fù)荷、負(fù)荷轉(zhuǎn)入功率和負(fù)荷轉(zhuǎn)出功率。在考慮需求響應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化過(guò)程中，優(yōu)化模型的建立仍可以微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，也可采用多目標(biāo)函數(shù)。結(jié)合2.2節(jié)中所介紹的微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化，形成單優(yōu)化目標(biāo)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷需求響應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化方法，在微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化的基礎(chǔ)之上，還需滿足以下2個(gè)關(guān)鍵約束調(diào)條件：負(fù)荷轉(zhuǎn)移約束：tT tT

電池進(jìn)行改性而獲得的鉛炭電池也稱鉛碳電池)[131-132]具有較好的應(yīng)用前景。液流電池與傳統(tǒng)電池不同，靈活，能夠滿足特定能量和功率的設(shè)計(jì)要求[133]。超級(jí)電容飛輪飛輪儲(chǔ)能鈉硫電池蓄熱液流電池抽水蓄能 壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能超級(jí)電容鉛酸蓄電池超導(dǎo)磁儲(chǔ)能儲(chǔ)能超級(jí)電容鋰離子電池超級(jí)電容飛輪飛輪儲(chǔ)能鈉硫電池蓄熱液流電池抽水蓄能 壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能超級(jí)電容鉛酸蓄電池超導(dǎo)磁儲(chǔ)能儲(chǔ)能超級(jí)電容鋰離子電池

(t)dt

(21)式(21)TPs(t)表示系統(tǒng)允許的最大負(fù)荷轉(zhuǎn)移功率。負(fù)荷轉(zhuǎn)移總量約束：tt

t(t)d

(t)dt

(22)式(22)在時(shí)間周期內(nèi)，總的負(fù)荷轉(zhuǎn)入量與總的負(fù)荷轉(zhuǎn)出量保持一致。儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用性評(píng)價(jià)儲(chǔ)能裝置的優(yōu)化配置將對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境影響等方面均產(chǎn)生重要影響，因此本文根據(jù)儲(chǔ)能對(duì)可再生能源微電網(wǎng)負(fù)荷響應(yīng)、安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性等影響，分析并綜述了不同儲(chǔ)能技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)的應(yīng)用性評(píng)價(jià)。4率和能量密度越大，系統(tǒng)的體積就越小。因此在4需要高能量輸出的應(yīng)用系統(tǒng)，如圖所示鋰離子電率密度都偏低，基本上屬于專用的能量型儲(chǔ)能電

4儲(chǔ)能技術(shù)的功率與能量密度圖Fig.4Powerandenergydensitymapofenergystoragetechnologies抽水蓄能技術(shù)盡管已在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了廣泛的不高的技術(shù)特性