新能源电力系统复合储能多目标优化分析

新能源电力系统复合储能多目标优化分析

翁羽丰

杭州市电力设计院有限公司临安恒益分公司 浙江省 311300

摘要：现如今，随着科学技术水平的不断提升，新能源逐渐受到整个社会的高度重视。但是，现有的新能源电力系统复合储能单元，在性能方面还无法满足电力行业发展要求。因此，需要对目前新能源电力系统运行中的相关需求进行深入分析，在此基础上对复合储能优化目标函数进行明确。在对机会约束规划技术应用的基础上，可以对目标函数进行准确求解。本文主要针对新能源电力系统复合储能多目标优化进行了深入分析，并结合实际情况提出了一些有效的优化策略，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：新能源；电力系统；复合储能；多目标优化

目前，基于新时期发展背景下，人们生活水平与生活质量也在原来的基础上实现了明显提升，这也对能源使用提出了更高的需求，能源危机已经成为整个社会所面临的重点问题。结合目前的实际情况来看，在现代社会经济发展中，不可再生能源在其中占据着非常重要的地位，如果过分加大开采力度，最终将会引发非常严重的能源危机以及环境污染问题，因此，加强新能源电力系统建设，对于未来经济发展有着非常重要的作用。在分布式新能源电力系统发展过程中，为了能有效提升最终的控制效果，储能单元应运而生。结合目前的实际情况来看，在对储能单元容量进行选择的过程中，通常都是参照电力系统中的设备个数配置储能配件来信息，在参考依据上不能满足一定的合理性。根据相关的调查结果来看，将储能装置与电容器之间进行有效结合，从而形成相应的复合储能系统，可以将两者之间的优势共同发挥出来，对于提升电力系统蓄电池使用效果有着非常重要的作用。

1. 复合储能多目标优化设计

1. 1. 发电单元结构特点

对于新能源而言，主要指的是通过对新技术的合理应用，能够在此进行开发与利用的能源。结合目前的实际情况来看，比较常见的新能源主要体现在了太阳能、生物质能、风能、光能以及地热能等几个方面。本文主要是针对光能与风能开展了相应的研究工作。

在对风力发电机进行应用的过程中，完成对固定输出功率的设置工作，其中，关于发电功率与风速之间的关系，如下图1所示。

图1 风力发电机功率与风速之间的关系

结合上图1中的相关内容可以了解到，在风力发电阶段中，其风力发电功率与风速之间有着非常密切的联系。如果是在发电机输出功率与风速之间相差比较大的情况下，那么风机当中的保护装置将会停止相应的工作。

对于光伏发电而言，主要指的是半导体的光电效应，在对太阳电池板、控制器以及电气元器件充分利用的基础上，可以组合成相应的发电装置，具体如下图2所示。

图2 光伏发电实景

1. 2. 数学模型构建

在对风能光能发电原理充分利用的基础上，可以完成对电力系统复合能源容量数学模型的构建工作。通过对数学模型的有效分析，可以对风机输出功率进行明确，从而才能对风力发电机的使用质量进行准确判定。

2. 基于机会约束规划的优化

2.1 复合储能目标函数设定

本文在具体的研究过程中，主要是将复合储能单元运行成本与电量流失部分等进行深入分析。通常情况下，在对储能单元运行成本进行优化时，主要是采取成本函数的方法来进行，在具体的计算过程中，可以及时获取到控制器、逆变器、卸荷载以及运行成本等相关数据。设定出电量流失目标函数，假定在新能源电力系统运行过程中，所产生的电量已经无法满足其他设备使用要求，在新能源电力系统当中，通常在储能部分会产生电荷量流失，那么可以将前一天的储能单元剩余电量与光能风能电池发电量之间进行相加，然后在将当日的电能需求量进行去除，最终就可以计算得出电荷量流失。在电荷量流失大于0的情况下，那么就可以判定储能单元能够满足能源供给要求，如果是在电荷量等于或者是小于0的情况下，那么则表明储能单元不能满足能源供给要求。本文在对目标函数进行设定时，主要是将约束条件设定为电力系统各设备使用数量，从而可以为后期目标函数构建奠定非常重要的基础条件。

2.2 复合储能优化函数机会约束规划求解

为了能完成对目标函数的求解工作，在具体的求解过程中，主要是应用到了机会约束规划技术。根据实际情况将目标函数进行合理划分，主要分为期望值、机会约束条件以及相关机会规划等。在对机会约束规划技术应用的基础上，完成对本次目标函数的求解过程，具体如下图3所示。

图3 机会约束规划目标函数的约束示意图

3. 实例分析

3.1 实验参数与环境

将机会约束规划技术应用于研究过程中，在此基础上完成对新能源电力系统复合储能多目标优化方式的构建工作，为了将该方法的价值作用充分发挥出来，选择了当地电力能源企业新能源改进方案进行了深入分析，在该方案中一共涉及到了十五台光能发电机，两个风力发电厂，在对风电场的负荷曲线数据进行明确时，主要是结合以往研究过程中的相关数据来进行，根据原本的数据进行有效处理，从而可以为本次实验工作开展提供非常重要的数据支撑，具体如下表1所示。

表1 分离发电实验数据

3.2 算例结果分析

3.2.1 成本优化结果分析

在对电力系统运行成本计算公式明确的基础上，关于电力系统全部设备运行成本之和，就可以对电力系统运行成本进行明确。因此，最终可以对电力系统最小运行成本进行明确，具体如下图4所示。

图4 电力系统最小运行成本优化结果

3.2.2 电量流失率优化结果分析

通常情况下，在对电力系统电量流失率进行优化的过程中，在对复合储能单元充放电功率波动明确的基础上，可以将表1当中的数据传输到复合能源容量数学模型当中，从而可以对电力系统电量流失率相关数据进行明确。另外，在实际的优化过程中，应该将电力系统最小运行成本与电力系统电量流失等引起高度重视，并将其作为其中的重点内容，在对复合储能优化目标函数结果明确的基础上，可以对复合储能单元最优配置进行明确，关于电力系统电量流失率优化结果，如下图6所示。

图6 电力系统电量流失率优化结果

结合以上实验结果进行分析，通过采取机会约束优化方法之后，在电力系统运行过程中，不但可以有效减少成本方面的投入，同时还能对电力系统电量流失率起到非常好的控制效果。在对机会约束规划技术应用的基础上，可以促进复合储能单元多目标的实现，并且在今后的新能源电力系统管理工作开展时，可以对储能单元起到非常重要的控制作用。

结语：
综上所述，现如今，在我国新能源电力系统水平不断提升的背景下，复合储能系统逐渐受到相关领域的高度重视。因此，一定要加强对复合储能单元优化方法的研究工作，对目前应用过程中存在的问题进行合理解决，从而才能促进新能源电力系统在未来实现更加长远的发展。

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