廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃
曹新慧1, 車勇2, 司政3, 開賽江2, 周專2, 袁鐵江3
（1. 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 新疆 烏魯木齊，830000; 2. 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊，830000; 3. 大連理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 大連，116023）
摘要：針對(duì)儲(chǔ)能電站在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)中的容量和選址規(guī)劃問題，提出廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方法。首先，針對(duì)簡(jiǎn)單輻射網(wǎng)絡(luò)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，考慮儲(chǔ)能四象限運(yùn)行特性，基于PV曲線法，定量分析論證儲(chǔ)能電站容量與位置對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定和風(fēng)電消納能力的影響機(jī)理，提出儲(chǔ)能電站定容和選址思路；其次，綜合考慮系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定、風(fēng)電消納能力、網(wǎng)損及儲(chǔ)能投資4方面，以風(fēng)電消納年收益最大，以及系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率、網(wǎng)損成本、儲(chǔ)能電站等年值投資成本最小為目標(biāo)構(gòu)建廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃模型，提出嵌入潮流計(jì)算及粒子群算法的遺傳算法求解模型。以新疆準(zhǔn)東大型風(fēng)電基地為例，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
引文信息
曹新慧, 車勇, 司政, 等. 廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃[J]. 中國(guó)電力, 2022, 55(7): 110-120.
CAO Xinhui, CHE Yong, SI Zheng, et al. Integrated planning of optimal sizing and siting of energy storage plants across wide area[J]. Electric Power, 2022, 55(7): 110-120.
引言
風(fēng)電裝機(jī)容量的大幅提高使大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)面臨風(fēng)電消納能力不足、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行受阻等問題[1-2]，儲(chǔ)能特有的功率控制和能量吞吐能力為上述問題提供了解決途徑[3-4]。系統(tǒng)運(yùn)行性能受儲(chǔ)能定容及選址規(guī)劃影響，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者多聚焦于儲(chǔ)能定容規(guī)劃研究。文獻(xiàn)[5]基于不平衡功率離散型傅立葉變換分?jǐn)帱c(diǎn)的分?jǐn)嘣瓌t，完成孤島型微網(wǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置。文獻(xiàn)[6]通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率偏差頻譜分析，最終確定儲(chǔ)能系統(tǒng)容量和儲(chǔ)能補(bǔ)償后的系統(tǒng)備用需求。文獻(xiàn)[7]研究了風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化配置。文獻(xiàn)[5-7]分別將電源與負(fù)荷統(tǒng)一等效為單個(gè)節(jié)點(diǎn)，雖通過(guò)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置抑制了新能源出力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功率平衡，卻忽視了系統(tǒng)網(wǎng)架的影響，未將儲(chǔ)能選址規(guī)劃考慮在內(nèi)。儲(chǔ)能選址方案會(huì)通過(guò)線路潮流約束等因素影響系統(tǒng)新能源輸送能力，進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)能實(shí)際效益發(fā)揮程度受限，造成儲(chǔ)能資源浪費(fèi)。
文獻(xiàn)[8-9]針對(duì)儲(chǔ)能定容與選址規(guī)劃展開了研究，采用解析法進(jìn)行模型求解。文獻(xiàn)[8]同時(shí)計(jì)及有功功率與無(wú)功功率影響，基于改進(jìn)系統(tǒng)阻抗矩陣對(duì)電池儲(chǔ)能電站優(yōu)化選址與容量配置方案進(jìn)行仿真計(jì)算。文獻(xiàn)[9]通過(guò)系統(tǒng)矩陣特征值、靈敏度等參數(shù)計(jì)算，基于特征向量法和特征值靈敏度法完成了儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址容量?jī)?yōu)化。上述文獻(xiàn)只展開了單一儲(chǔ)能電站的規(guī)劃研究，且針對(duì)儲(chǔ)能定容與選址各自設(shè)置了不同目標(biāo)，對(duì)儲(chǔ)能定容和選址規(guī)劃做了解耦處理。然而一定程度上，儲(chǔ)能的定容或選址目標(biāo)會(huì)受到儲(chǔ)能定容與選址方案的雙重影響，解耦研究易造成儲(chǔ)能規(guī)劃結(jié)果偏差，影響儲(chǔ)能實(shí)際運(yùn)行效益。
為避免儲(chǔ)能定容與選址規(guī)劃解耦研究可能帶來(lái)的不利影響，部分學(xué)者展開了儲(chǔ)能定容-選址一體規(guī)劃研究，采用優(yōu)化迭代算法進(jìn)行模型求解[10-14]。眾多技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性因素都將對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃結(jié)果產(chǎn)生影響[15]。技術(shù)性層面上，文獻(xiàn)[10]綜合考慮削峰填谷能力、電壓質(zhì)量及功率主動(dòng)調(diào)節(jié)能力，使用基于粒子群的帶權(quán)極小模理想點(diǎn)法求解模型。文獻(xiàn)[11]從系統(tǒng)電壓質(zhì)量及負(fù)荷波動(dòng)方面考慮，提出改進(jìn)多目標(biāo)粒子群算法(PSO)進(jìn)行模型求解。經(jīng)濟(jì)性層面上，部分學(xué)者從網(wǎng)損成本、年綜合費(fèi)用等方面展開研究[12-13]，其中文獻(xiàn)[12]利用遺傳算法(GA)求解儲(chǔ)能規(guī)劃方案，文獻(xiàn)[13]采用嵌入潮流計(jì)算的雙層迭代混合PSO算法求解模型。此外，文獻(xiàn)[14]綜合考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素，立足于電壓改善角度，構(gòu)建以投運(yùn)成本最小為目標(biāo)的儲(chǔ)能優(yōu)化規(guī)劃模型，采用GA算法求解。上述文獻(xiàn)從不同角度研究了儲(chǔ)能定容-選址一體規(guī)劃問題，有效提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)效益，但研究場(chǎng)景均集中于配電網(wǎng)，缺少針對(duì)廣域大電網(wǎng)的研究。面向配電網(wǎng)或大電網(wǎng)開展儲(chǔ)能定容選址規(guī)劃研究時(shí)，成本一般是兩者均需考慮的因素，但依舊存在某些應(yīng)用目標(biāo)方面的差異。配電網(wǎng)中新能源并網(wǎng)以分布式電源形式為主，儲(chǔ)能電站規(guī)劃時(shí)更多關(guān)注于用戶側(cè)，無(wú)論是削峰填谷或以提高電壓質(zhì)量為應(yīng)用目標(biāo)，均為改善負(fù)荷特性、平抑負(fù)荷波動(dòng)、提升用戶用電質(zhì)量[10-11]。此外，儲(chǔ)能應(yīng)用于配電網(wǎng)時(shí)賦予的功率主動(dòng)調(diào)節(jié)能力會(huì)受到自身容量小的限制，因此同樣是儲(chǔ)能電站在配電網(wǎng)展開定容選址規(guī)劃時(shí)的考慮因素之一[10]。針對(duì)大電網(wǎng)而言，并網(wǎng)新能源以大型新能源電站為主，儲(chǔ)能電站定容選址規(guī)劃時(shí)的關(guān)注重點(diǎn)將從用戶側(cè)轉(zhuǎn)為新能源發(fā)電側(cè)和輸電側(cè)，如考慮系統(tǒng)可接納新能源并網(wǎng)容量極限等因素[16-19]。儲(chǔ)能電站在配電網(wǎng)和大電網(wǎng)做定容選址規(guī)劃時(shí)應(yīng)用目標(biāo)不同，會(huì)導(dǎo)致規(guī)劃建模等方面的差異，將面向配電網(wǎng)時(shí)的儲(chǔ)能電站規(guī)劃方法套用于大電網(wǎng)的研究，適用性不強(qiáng)。
因此，本文面向大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)，探討儲(chǔ)能電站容量與位置對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定和風(fēng)電并網(wǎng)容量極限的影響機(jī)理，提出廣域儲(chǔ)能電站定容-選址的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃模型，設(shè)計(jì)嵌入潮流計(jì)算及PSO的GA算法求解模型。最后，以準(zhǔn)東大型風(fēng)電基地為例，對(duì)所提模型與方法有效性進(jìn)行驗(yàn)證。
1 儲(chǔ)能電站定容與選址機(jī)理
系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定與風(fēng)電消納能力，是大規(guī)模儲(chǔ)能電站在風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要影響因素[20-24]。PV曲線可判定系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)PV曲線鞍結(jié)分岔點(diǎn)可表征系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限。
1.1 簡(jiǎn)單輻射網(wǎng)絡(luò)
節(jié)點(diǎn)①、③的推導(dǎo)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)②相似，這里不再贅述。不失一般性，可得如下結(jié)論。
（1）儲(chǔ)能電站并網(wǎng)后，其不同的出力方式對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度有不同程度的影響，且立足于系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定層面存在最為惡劣的情況。
（2）儲(chǔ)能電站定容方案影響最惡劣情況下對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度。
因此，本文提出基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的儲(chǔ)能電站定容思路為：基于儲(chǔ)能電站定容方案，針對(duì)相應(yīng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定最惡劣情況下的儲(chǔ)能電站出力方式進(jìn)行搜索，對(duì)應(yīng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度越大，儲(chǔ)能電站定容方案效果越好。
1.1.2 基于PV曲線的儲(chǔ)能電站選址機(jī)理
由式(6)~(8)可知，儲(chǔ)能電站接入節(jié)點(diǎn)②在不同出力方式下的風(fēng)電并網(wǎng)容量極限表達(dá)式相互間存在差異，且與接入節(jié)點(diǎn)①相比，2種選址方案下的風(fēng)電并網(wǎng)容量極限推導(dǎo)結(jié)果同樣存在差異。
計(jì)及節(jié)點(diǎn)③時(shí)的推導(dǎo)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)①、②相似，這里不再贅述。不失一般性，可得如下結(jié)論。
（1）儲(chǔ)能電站以某選址方案并網(wǎng)后，其不同的出力方式對(duì)系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限有不同程度影響，且立足于風(fēng)電消納能力提升層面存在最優(yōu)情況。
（2）儲(chǔ)能電站選址方案影響最優(yōu)情況下對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限。
因此，本文提出基于風(fēng)電并網(wǎng)容量極限的儲(chǔ)能電站選址思路為：基于儲(chǔ)能電站選址方案，針對(duì)相應(yīng)風(fēng)電消納最優(yōu)情況下的儲(chǔ)能電站出力方式進(jìn)行搜索，對(duì)應(yīng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限越大，儲(chǔ)能電站選址方案效果越好。
1.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)
2 廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃數(shù)學(xué)建模
基于機(jī)理論證結(jié)果，儲(chǔ)能電站定容與選址規(guī)劃須考慮系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定和風(fēng)電消納能力。此外，出于規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性考量，計(jì)及網(wǎng)損及儲(chǔ)能電站投資的影響，將面向大電網(wǎng)的廣域儲(chǔ)能電站定容選址規(guī)劃歸納為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化模型。
以儲(chǔ)能電站并網(wǎng)后系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率表征系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，以風(fēng)電并網(wǎng)容量極限提升所帶來(lái)的風(fēng)電消納年收益表征系統(tǒng)風(fēng)電消納能力，以網(wǎng)損成本表征系統(tǒng)網(wǎng)損，以儲(chǔ)能電站等年值投資成本表征儲(chǔ)能電站投資。優(yōu)化模型以風(fēng)電消納年收益最大，以及系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率、網(wǎng)損成本、儲(chǔ)能電站等年值投資成本最小為目標(biāo)。具體模型如式(13)~(14)所示。
（2）風(fēng)電消納年收益可表示為
3 算法設(shè)計(jì)
3.1 基于GA的廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃算法
廣域儲(chǔ)能電站定容-選址問題為帶約束的非線性規(guī)劃問題，決策變量為儲(chǔ)能電站并網(wǎng)位置及容量。基于儲(chǔ)能電站選址規(guī)劃的0-1特性，本文采用遺傳算法進(jìn)行求解。為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量進(jìn)行二進(jìn)制編碼，將連續(xù)的儲(chǔ)能電站容量變量轉(zhuǎn)化成離散變量，從而將定容和選址統(tǒng)一為整數(shù)規(guī)劃問題。染色體編碼分為兩部分，結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2 嵌入潮流計(jì)算及PSO的GA優(yōu)化流程
嵌入潮流計(jì)算及PSO的GA優(yōu)化流程如圖3所示，具體實(shí)施步驟如下。
（1）步驟1，初始化。輸入待規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷、風(fēng)電等原始數(shù)據(jù)，設(shè)置GA及PSO算法參數(shù)，完成種群初始化，對(duì)染色體容量基因解碼。
（2）步驟2，初代種群適應(yīng)度計(jì)算。
①根據(jù)染色體對(duì)應(yīng)廣域儲(chǔ)能電站定容選址信息，以儲(chǔ)能電站出力方式為決策變量、最劣情況下系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)，基于PSO優(yōu)化完成最劣情況下的儲(chǔ)能電站出力方式搜索，并基于該出力方式計(jì)算靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)（靜態(tài)電壓穩(wěn)定水平系數(shù)）。
②根據(jù)染色體對(duì)應(yīng)廣域儲(chǔ)能電站定容選址信息，以儲(chǔ)能電站出力方式為決策變量、最優(yōu)情況下系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限最大為目標(biāo)，基于PSO優(yōu)化完成最優(yōu)情況下的儲(chǔ)能電站出力方式搜索，并基于該出力方式計(jì)算風(fēng)電消納能力指標(biāo)（風(fēng)電消納年收益）和網(wǎng)損指標(biāo)（系統(tǒng)網(wǎng)損成本）。
③根據(jù)染色體對(duì)應(yīng)廣域儲(chǔ)能電站定容選址信息，計(jì)算儲(chǔ)能成本指標(biāo)（儲(chǔ)能電站等年值投資成本），進(jìn)而結(jié)合①、②結(jié)果完成染色體適應(yīng)度計(jì)算。
（3）步驟3，最大迭代次數(shù)判斷。若滿足條件，則輸出最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方案；否則轉(zhuǎn)向步驟4。
（4）步驟4，GA優(yōu)化。
①對(duì)上代種群依次進(jìn)行選擇、交叉及變異操作，并針對(duì)染色體在交叉與變異過(guò)程中可能出現(xiàn)的選址與容量信息不匹配的問題（如選址基因位為1，而對(duì)應(yīng)容量基因位出現(xiàn)全0的情況），進(jìn)行染色體編碼修正。
②新一代種群適應(yīng)度計(jì)算（計(jì)算過(guò)程同步驟2）。
（5）步驟5，進(jìn)化中止條件判斷。若不滿足條件，則轉(zhuǎn)向步驟4；否則輸出最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站定容—選址一體規(guī)劃方案。
4 算例分析
以新疆準(zhǔn)東大型風(fēng)電基地作為算例進(jìn)行仿真分析。為方便研究，針對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)電壓等級(jí)110 kV及以上網(wǎng)架進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后系統(tǒng)包括7個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和9個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，其中包括3個(gè)750 kV節(jié)點(diǎn)，9個(gè)220 kV節(jié)點(diǎn)以及2個(gè)110 kV節(jié)點(diǎn)。老君廟和北塔山處有風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)，風(fēng)電裝機(jī)容量為400 MW。出于財(cái)政投資限制，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量極限為120 MW?？紤]到在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量的微小變化對(duì)規(guī)劃結(jié)果的影響較小，因此儲(chǔ)能電站容量變量以5 MW為單位進(jìn)行優(yōu)化。
4.1 儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量對(duì)規(guī)劃結(jié)果的影響分析
為滿足準(zhǔn)東地區(qū)廣域儲(chǔ)能電站多點(diǎn)規(guī)劃需求，本節(jié)探討當(dāng)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)總?cè)萘恳欢〞r(shí)，其并網(wǎng)數(shù)量對(duì)規(guī)劃結(jié)果的影響，將儲(chǔ)能電站并網(wǎng)總?cè)萘抗潭轱L(fēng)電裝機(jī)容量的20%，即80 MW。分別針對(duì)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量為1~4時(shí)的定容-選址一體規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化，得到不同情況下最優(yōu)方案及其適應(yīng)度如表1所示。
由表1可知，雖然儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量的不同導(dǎo)致了規(guī)劃結(jié)果的差異，且并網(wǎng)位置并不一定處于風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，但規(guī)劃結(jié)果傾向于儲(chǔ)能并網(wǎng)于風(fēng)電場(chǎng)附近，不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量對(duì)應(yīng)最優(yōu)規(guī)劃方案中均出現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)鄰近節(jié)點(diǎn)興盛。綜合比較之下，當(dāng)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量為2，并網(wǎng)點(diǎn)選在老君廟和興盛，并網(wǎng)容量分別為10 MW和70 MW時(shí)，規(guī)劃效果最優(yōu)。此外通過(guò)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量為4時(shí)的仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，該方案下風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)老君廟和興盛總計(jì)有70 MW儲(chǔ)能電站并網(wǎng)，然而與風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)總計(jì)并網(wǎng)儲(chǔ)能電站10 MW的最優(yōu)方案相比，適應(yīng)度只達(dá)到后者的45%，即將儲(chǔ)能電站集中規(guī)劃于風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)并不一定是理想的選擇。為進(jìn)一步探究上述仿真結(jié)果的出現(xiàn)原因，圖4給出了不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量對(duì)應(yīng)最優(yōu)規(guī)劃方案的評(píng)估指標(biāo)對(duì)比結(jié)果。
由圖4 a)可知，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)后，系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限由原始的1008.33 MW明顯提升，并網(wǎng)數(shù)量為2時(shí)提升至1109.03 MW，提升幅度最大。然而，不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量下的風(fēng)電并網(wǎng)容量極限相差并不明顯。事實(shí)上，固定容量的儲(chǔ)能電站分布在風(fēng)電場(chǎng)附近時(shí)，不同并網(wǎng)數(shù)量的儲(chǔ)能電站對(duì)系統(tǒng)風(fēng)電傳輸容量的支撐作用相差不多。這也使得立足于風(fēng)電消納層面，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量一定時(shí)，并網(wǎng)數(shù)量并非影響其規(guī)劃效果的關(guān)鍵因素。
由圖4 b)可知，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定水平造成了一定影響。當(dāng)并網(wǎng)數(shù)量在2以內(nèi)時(shí)，最優(yōu)方案的系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率幾乎一致。而隨著儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量繼續(xù)增加，該指標(biāo)值持續(xù)上升，在并網(wǎng)數(shù)量為4時(shí)達(dá)到75.65%，對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定造成的影響最為嚴(yán)重。網(wǎng)損成本方面，由圖4 c)可知不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)數(shù)量下的最優(yōu)方案對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)損的影響相對(duì)較小。另外儲(chǔ)能電站等年值成本如圖4 d)所示，由于并網(wǎng)容量一定，故均為1505.63萬(wàn)元。
綜上，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量一定時(shí)，其數(shù)量的變化對(duì)于準(zhǔn)東地區(qū)風(fēng)電消納能力、網(wǎng)損及儲(chǔ)能成本的影響不大，但會(huì)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定水平造成重大影響。
4.2 儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量對(duì)規(guī)劃結(jié)果的影響分析
通過(guò)改變儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量進(jìn)一步探究其規(guī)劃結(jié)果。不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量下的最優(yōu)定容-選址一體規(guī)劃方案及其適應(yīng)度如表2所示。
由表2可知，不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量下的最優(yōu)選址方案均為老君廟和興盛兩處。隨著儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量增加，規(guī)劃方案適應(yīng)度呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。表2所列方案中，當(dāng)儲(chǔ)能電站于老君廟和興盛處并網(wǎng)容量分別為10 MW和70 MW，總計(jì)80 MW時(shí)，規(guī)劃效果最優(yōu)。為進(jìn)一步探究上述仿真結(jié)果的出現(xiàn)原因，圖5給出了不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量對(duì)應(yīng)最優(yōu)規(guī)劃方案的評(píng)估指標(biāo)對(duì)比結(jié)果。
由圖5可知，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)投運(yùn)使系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限上升明顯，風(fēng)電消納能力得到顯著提升，且隨著儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量的增加，提升幅度也隨之增大。然而，系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率及年等值成本也隨之增加，相應(yīng)規(guī)劃方案在系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性層面均失去了優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)損方面，不同儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量下的最優(yōu)方案對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)損的影響相對(duì)較小。上述分析也對(duì)表2中的規(guī)劃結(jié)果做出了解釋，即當(dāng)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量增長(zhǎng)超出一定范圍后，其提升系統(tǒng)風(fēng)電消納能力所帶來(lái)的積極效應(yīng)將不足以再抵消因系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性下降及儲(chǔ)能成本增加而導(dǎo)致的不利影響。
綜上，儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量的變化對(duì)于準(zhǔn)東地區(qū)網(wǎng)損影響不大，但隨著并網(wǎng)容量的增加，系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力將不斷提升，而儲(chǔ)能成本也將隨之升高，系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定受到的不利影響會(huì)更為嚴(yán)重。因此，在進(jìn)行儲(chǔ)能電站定容選址規(guī)劃時(shí)，規(guī)劃效果的優(yōu)劣與儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量的大小并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。
4.3 最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方案
根據(jù)表2中不同儲(chǔ)能并網(wǎng)容量下的方案適應(yīng)度變化趨勢(shì)，進(jìn)一步探究準(zhǔn)東地區(qū)最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站選址-定容一體規(guī)劃方案，結(jié)果如表3所示。
表3中方案1給出了準(zhǔn)東地區(qū)最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方案，即于老君廟和興盛處分別并網(wǎng)10 MW和75 MW。此外表3中方案2給出了當(dāng)前業(yè)界常見的一種儲(chǔ)能電站規(guī)劃方案，即并網(wǎng)于風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，并網(wǎng)容量總計(jì)145 MW。然而與方案1相比，方案2的適應(yīng)度下降了42.5%，且超出了準(zhǔn)東地區(qū)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量極限。上述2種方案評(píng)估指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表4所示。
由表4中方案1可知，準(zhǔn)東地區(qū)最優(yōu)廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方案使系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)容量極限增加107.33 MW，風(fēng)電消納能力顯著提升。表4中方案2由于儲(chǔ)能電站并網(wǎng)容量更大，風(fēng)電并網(wǎng)容量極限提升效果更為明顯。然而，大量的儲(chǔ)能電站并網(wǎng)使系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定受到嚴(yán)重影響，系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度變化率超過(guò)90%，且儲(chǔ)能成本相比于方案1增加了70.59%。相較之下，2種方案在網(wǎng)損方面差別不大。上述情況導(dǎo)致方案2的規(guī)劃效果遠(yuǎn)遜色于方案1。因此，進(jìn)行儲(chǔ)能電站規(guī)劃時(shí)直接將并網(wǎng)點(diǎn)選在風(fēng)電場(chǎng)處并非一定是理想的選擇，需要綜合考量多方面因素決定最終的規(guī)劃方案。
5 結(jié)語(yǔ)
（1）基于儲(chǔ)能四象限運(yùn)行特性，論證了儲(chǔ)能電站容量與位置對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定和風(fēng)電消納能力的影響機(jī)理，分別基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度和風(fēng)電并網(wǎng)容量極限提出了儲(chǔ)能電站的定容與選址思路。
（2）針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)提出廣域儲(chǔ)能電站定容-選址一體規(guī)劃方法，設(shè)計(jì)了嵌入潮流計(jì)算及PSO的GA算法求解模型，通過(guò)準(zhǔn)東大型風(fēng)電基地的仿真分析驗(yàn)證了所提方法的有效性，在保證系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的同時(shí)提升了系統(tǒng)風(fēng)電消納能力。
（3）開展儲(chǔ)能電站定容選址規(guī)劃工作時(shí)同樣需要關(guān)注系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、儲(chǔ)能控制策略等問題，將上述因素納入儲(chǔ)能規(guī)劃體系，對(duì)儲(chǔ)能電站規(guī)劃方案進(jìn)行修正，是需要進(jìn)一步解決的問題。
