湖南大学科研人员提出综合能源系统储能事故备用优化利用的新方法

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湖南大学电气与信息工程学院、国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司的研究人员刘小龙、李欣然、刘志谱、卢颖华、罗真，在2021年第9期《电工技术学报》上撰文，针对综合能源系统并网运行中如何提高储能事故备用容量利用效率的问题，提出一种基于风险量化与需求侧响应的储能事故备用优化利用方法。仿真验证表明，所提方法能够在承担较小风险的情况下提高综合能源系统运行的经济性，具有很好的实用性和经济性。

目前，传统化石能源短缺问题越来越受到关注，为了能够高效、可持续地利用多种能源，综合能源系统（Integrated Energy System, IES）成为研究热点之一。绝大部分时间IES处于并网状态，考虑到重要负荷的特殊地位，系统会为重要负荷预留足够的事故备用容量，以应对非计划脱网风险。目前已有较多针对事故备用或旋转备用方面的研究。

但是这些文献的备用容量研究主要是针对电力系统而言，且关注的焦点在备用容量的配置及分配方面，针对不同状态动态优化利用事故备用容量的研究较少。与大电网不同，IES对重要负荷的事故备用具有更强的针对性，需根据系统负荷特性进行备用配置。与柴油机、燃气机等备用电源相比，具有快速响应能力以及短时高倍率放电等优点的电储能是IES理想的备用电源。

然而，与之矛盾的是，受益于目前大电网极高的安全性和稳定性，IES在实际运行过程中，配置的储能事故备用基本处于闲置状态，在一定程度上造成资源浪费。在承担一定风险的情况下，可考虑以下几个因素优化利用储能备用，进一步提高系统运行的经济性：①考虑系统各时段重要负荷需求差异；②考虑系统所处区域不同状态（特别是天气状态、负载状态等）下发生事故的概率差异；③考虑不同事故发生后损失的差异。

另一方面，柔性负荷的调节是缓解供需侧矛盾的重要手段之一。随着手机、智能无线设备和电动汽车的快速发展，电池的需求越来越广。电池生产过程中的分容测试逐渐采用能量回馈的形式以实现节能环保。目前，厂商对分容工序充放电参数设置过于简单，通过需求响应手段优化分容工序，不仅可以提高并网运行的经济性，同时，还可以满足脱网情况下部分重要负荷的供电需求，以进一步优化利用储能事故备用容量。系统中若含有温控负荷，可利用其柔性特征，在许可范围内降低舒适度，起到短时缓冲供能不足的作用。

为兼顾脱网风险与并网收益，并考虑分容电池与温控负荷的柔性特征，湖南大学、国网湖南省电力公司长沙供电分公司的研究人员提出一种基于风险量化与需求侧响应的储能事故备用容量优化利用方法。

所提方法总体算法步骤如图1所示。首先，构建某电池生产园区综合能源系统（IES）设备能量模型；然后，综合考虑非计划脱网概率以及重要负荷损失将脱网风险进行量化；在此基础上，兼顾脱网风险与并网收益，同时考虑园区需求侧响应，构建基于风险量化与需求侧响应的IES优化调度模型，通过线性化处理将其转换为混合整数线性规划模型进行求解，考虑到预测偏差，通过模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）滚动修正，实时跟踪求解出的联络线功率与电储能备用日前计划值，消除预测误差，最终确定最优方案。

图1 总体算法步骤

该研究成果可归纳如下3点：

1）提出了一种考虑天气状态、负载率水平及脱网类型多种因素的脱网概率计算方法，并结合重要负荷损失计算方法将脱网风险进行量化。所提计算方法同时考虑了多种因素，能够较为准确地预判脱网风险。

2）兼顾脱网风险与并网收益，并利用分容电池与温控负荷的柔性特征，构建了基于风险量化与需求侧响应的IES经济优化调度模型，通过线性化处理将其转换为混合整数线性规划模型进行求解。该方法能够实现不同状态下储能事故备用容量的最优化利用以及电池分容工序的最优化安排，可在承担较小风险的情况下提高IES运行的经济性，具有较好的实用性和经济性。

3）通过MPC滚动优化，减少并网运行中的不确定性因素，实时跟踪求解出的联络线功率与电储能备用日前计划值。该方法可提高IES的稳定性与可控性，同时避免过多或过少地利用电储能备用。

以上研究成果发表在2021年第9期《电工技术学报》，论文标题为“基于风险量化与需求侧响应的综合能源系统储能事故备用优化利用”，作者为刘小龙、李欣然 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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