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【摘 要】现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，为延长缓和甚至取消输配电设施改造升级的需求，构建面向综合能源配电网的储能系统模型，将储能配置与系统运行优化结合起来。基于模型预测控制思想，结合内燃机、余热锅炉和燃气锅炉，通过滚动优化和反馈校正，实现配电网台区侧热系统的经济运行。以储能设备生命全周期总投资成本最低作为优化的目标函数，发挥储能设备削峰填谷、平滑负荷的作用，协调优化以获取更好的经济效益和配电网稳定性。通过对不同季节典型日调度优化情况的分析及与无储能系统的比较，验证该配置策略的有效性。
【关键词】综合能源;高密度光伏;储能系统;模型预测控制;优化配置
引言
经济在迅猛发展，社会在不断进步，针对在综合能源系统背景下储能规划问题研究不足的现状，从提高可再生能源消纳角度考虑储能规划，建立了在综合能源系统下储能设备规划模型，对在三种不同典型日下可再生能源消纳率进行分析归纳。采用双层规划模型，上层模型目标函数考虑储能投资成本及综合能源系统运行成本，下层目标函数考虑提高可再生能源消纳率。最后算例表明，降低了储能配置成本，同时可提高再生能源消纳率。
1配电网联合运行规划综合概念体系
为了实现配电网联合运行规划，采用空间自适应规划和混合组网调度模式进行配电网联合运行规划的综合体系结构设计。假设将配电网联合运行规划的动态约束参数模型描述为：Xn={x1，x2，...，xn}，在动态空间内的采用自适应寻优方法进行配电网联合运行规划的模板匹配，建立空间网络的自适应寻优模型，采用Levenberg-Marquardt方程构建配电网联合运行规划的储能分布模型。根据配电网的随机性、互动性和耦合性的特点，进行配电网联合运行规划和自动选线，输入自适应参量调节系数，为：其中，G表示自适应寻优函数，当a在G存在有限稳定解时，表示寻优过程是收敛的，此时配电网联合运行规划中的目标函数为G（xn），提取配电网联合运行规划模糊特征量，在归一化的线性子空间中，得到配电网联合运行规划的概念集：其中，?表示归一化系数。假设该概念集的输出结果在实域上具有连续泛函，随着配电网联合运行规划参与实体的增多，则可采用网格空间规划方法，现实配电网联合运行规划的运行体系的构造和智能调度模型的设计。
2面向综合能源配电网的储能系统优化配置方法
2.1热系统运行优化
综合能源配电网系统中，热负荷及市场燃料价格波动等多方面不确定因素在很大程度上影响用户侧电能的使用，尤其是电制热技术造成了负荷极大波动，对配电网中储能设备的配置造成极大影响;因此，综合能源配电网亟须获取将热能的规划调度方案与储能配置相结合的配置方案。
2.2考虑GIS系统的网格化协调规划策略
网格定义是将某个区域按照一定规则，划分成若干个网格状的小单元，便于对区域进行更精细化的管理。所谓“格”是指管理区域或对象被划分后的空间单位，类似地块、责任区等，可大可小;所谓“网”指的是若干个格组成的适当区域。本文将网格化概念引入配电网规划，根据网架现状、负荷分布、地理分界等实际情况，将复杂的配电网划分为多个相对独立的网格，分析网格现状与存在问题，结合典型负荷预测模型，对近中远三期做出负荷预测，制定网格化的目标，按照差异化的规划标准，结合区域综合能源分布情况，分区域开展配电网一次网架规划和综合能源设施协调规划。具体方法为采用“大而化小，分而治之”的规划思路，基于区域地理信息系统，将配电网划分为3个供电层级和多个供电分区，依据多种边界条件将供电分区再细分为多个供电网格。网格化分层思路为第一层网格以3～5个110kV变电站为组成一个网格，主要开展变电站的建设需求、变电站间隔利用率分析;第二层网格为不超过3组的典型接线组组成一个网格，主要开展网架接线、线路资源调配、负荷需求管理、综合能源接入和消纳利用能力管理和分析;第三层网格以低压配变台区为单位组成网格，主要为加强对用户供电质量和可靠性进行跟踪和分析。通过网格化规划提出电力和能源通道方案，预留出道路所需的架空和电缆通道，预留出综合能源输送通道分布路径，结合城市道路建设，避免建而复拆，进一步优化资源利用，达到区域能源协调规划，制定精细化的协调规划策略。
2.3综合能源协同发展规划方案
通过综合能源协调规划和储能装置的削峰填谷作用，根据电网公司规划技术原则要求，在考虑容载比1.9～2.1需求情况下，远景年相比常规园区规划方案，至远景年新区共有110kV变电站5座，相比传统规划方案减少了2座110kV变电站;远景年增容378MVA，相比传统方案主变容量共减少了378MVA，至2030年新区范围110kV主变容量为837MVA;考虑区域综合能源供需能力，将整个片区划分为48个网格，形成53组10kV典型接线组进行供电，远景年需增加69回中压线路，共153回线路供电的方案，每个网格中压供电线路更加清晰有序，比传统方案约减少了43回中压线路;园区新能源消纳远景年约占35%，相比传统规划方案提高了约25%的比例。同时，构建了以区域能源为中心，充分发挥了冷热电三联供技术、溴化锂制冷技术、风光互补供电技术、港口供电技术，电动汽车充电技术等，实现了能源高效梯级利用。相比传统方案，达到了综合能源协同发展、能源结构绿色低碳安全、能源利用效率大大提高的目标。
结语
储能系统能够有效存储和转移能量，解决了不少传统难题，配电网运行的灵活性、稳定性以及可靠性都得到很大提升。在综合能源配电网中，通过引入光伏储能设备，可以平滑光伏电站出力，削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求，提高供电可靠性。储能设备经过合理配置，可以为综合能源配电网实现多能互补提供有效保障。本文基于MPC的思想，实现配电网台区侧热系统的经济运行，然后利用储能的平衡作用，将生命全周期总投资成本最低作为目标函数，优化求解获取最佳容量，量化该模型的经济效益，充分肯定了储能系统在综合能源配电网中的应用价值和发展必要性。目前光伏电站和储能产业都在蓬勃发展，政府持续调整光伏及電网电价，储能费用逐渐降低，不断冲击着传统电力系统模式，无储能系统低建造成本的优势慢慢淡化，面向综合能源配电网的储能系统的使用将会变成我国分布式能源发展的重要形式。
参考文献：
[1]吴俊勇，裴丛仙子，边国潮.光伏并网配电网中柔性环网开关的优化运行控制策略研究[J].电工电能新技术，2017，36（9）：20-28.
[2]黄伟，李宁坤，李玟萱，等.考虑多利益主体参与的主动配电网双层联合优化调度[J].中国电机工程学报，2017，37（12）：3418-3428.
[3]马丽，王宗礼，刘伟，等.考虑运行灵活性的智能配电网多层优化规划[J].电力建设，2018，39（6）：71-79.
[4]刘源，杨军，杨丙权，等.考虑“风-光-荷-储”联合运行的配电网双层规划方法[J].电力建设，2017，38（11）：87-96.
[5]张涛，章佳莹，王凌云，等.计及用户电价响应的微网和配电网联合调度运行模型[J].电力自动化设备，2018，38（5）：184-190.
（作者单位：特变电工新疆新能源股份有限公司）
【关键词】综合能源;高密度光伏;储能系统;模型预测控制;优化配置
引言
经济在迅猛发展，社会在不断进步，针对在综合能源系统背景下储能规划问题研究不足的现状，从提高可再生能源消纳角度考虑储能规划，建立了在综合能源系统下储能设备规划模型，对在三种不同典型日下可再生能源消纳率进行分析归纳。采用双层规划模型，上层模型目标函数考虑储能投资成本及综合能源系统运行成本，下层目标函数考虑提高可再生能源消纳率。最后算例表明，降低了储能配置成本，同时可提高再生能源消纳率。
1配电网联合运行规划综合概念体系
为了实现配电网联合运行规划，采用空间自适应规划和混合组网调度模式进行配电网联合运行规划的综合体系结构设计。假设将配电网联合运行规划的动态约束参数模型描述为：Xn={x1，x2，...，xn}，在动态空间内的采用自适应寻优方法进行配电网联合运行规划的模板匹配，建立空间网络的自适应寻优模型，采用Levenberg-Marquardt方程构建配电网联合运行规划的储能分布模型。根据配电网的随机性、互动性和耦合性的特点，进行配电网联合运行规划和自动选线，输入自适应参量调节系数，为：其中，G表示自适应寻优函数，当a在G存在有限稳定解时，表示寻优过程是收敛的，此时配电网联合运行规划中的目标函数为G（xn），提取配电网联合运行规划模糊特征量，在归一化的线性子空间中，得到配电网联合运行规划的概念集：其中，?表示归一化系数。假设该概念集的输出结果在实域上具有连续泛函，随着配电网联合运行规划参与实体的增多，则可采用网格空间规划方法，现实配电网联合运行规划的运行体系的构造和智能调度模型的设计。
2面向综合能源配电网的储能系统优化配置方法
2.1热系统运行优化
综合能源配电网系统中，热负荷及市场燃料价格波动等多方面不确定因素在很大程度上影响用户侧电能的使用，尤其是电制热技术造成了负荷极大波动，对配电网中储能设备的配置造成极大影响;因此，综合能源配电网亟须获取将热能的规划调度方案与储能配置相结合的配置方案。
2.2考虑GIS系统的网格化协调规划策略
网格定义是将某个区域按照一定规则，划分成若干个网格状的小单元，便于对区域进行更精细化的管理。所谓“格”是指管理区域或对象被划分后的空间单位，类似地块、责任区等，可大可小;所谓“网”指的是若干个格组成的适当区域。本文将网格化概念引入配电网规划，根据网架现状、负荷分布、地理分界等实际情况，将复杂的配电网划分为多个相对独立的网格，分析网格现状与存在问题，结合典型负荷预测模型，对近中远三期做出负荷预测，制定网格化的目标，按照差异化的规划标准，结合区域综合能源分布情况，分区域开展配电网一次网架规划和综合能源设施协调规划。具体方法为采用“大而化小，分而治之”的规划思路，基于区域地理信息系统，将配电网划分为3个供电层级和多个供电分区，依据多种边界条件将供电分区再细分为多个供电网格。网格化分层思路为第一层网格以3～5个110kV变电站为组成一个网格，主要开展变电站的建设需求、变电站间隔利用率分析;第二层网格为不超过3组的典型接线组组成一个网格，主要开展网架接线、线路资源调配、负荷需求管理、综合能源接入和消纳利用能力管理和分析;第三层网格以低压配变台区为单位组成网格，主要为加强对用户供电质量和可靠性进行跟踪和分析。通过网格化规划提出电力和能源通道方案，预留出道路所需的架空和电缆通道，预留出综合能源输送通道分布路径，结合城市道路建设，避免建而复拆，进一步优化资源利用，达到区域能源协调规划，制定精细化的协调规划策略。
2.3综合能源协同发展规划方案
通过综合能源协调规划和储能装置的削峰填谷作用，根据电网公司规划技术原则要求，在考虑容载比1.9～2.1需求情况下，远景年相比常规园区规划方案，至远景年新区共有110kV变电站5座，相比传统规划方案减少了2座110kV变电站;远景年增容378MVA，相比传统方案主变容量共减少了378MVA，至2030年新区范围110kV主变容量为837MVA;考虑区域综合能源供需能力，将整个片区划分为48个网格，形成53组10kV典型接线组进行供电，远景年需增加69回中压线路，共153回线路供电的方案，每个网格中压供电线路更加清晰有序，比传统方案约减少了43回中压线路;园区新能源消纳远景年约占35%，相比传统规划方案提高了约25%的比例。同时，构建了以区域能源为中心，充分发挥了冷热电三联供技术、溴化锂制冷技术、风光互补供电技术、港口供电技术，电动汽车充电技术等，实现了能源高效梯级利用。相比传统方案，达到了综合能源协同发展、能源结构绿色低碳安全、能源利用效率大大提高的目标。
结语
储能系统能够有效存储和转移能量，解决了不少传统难题，配电网运行的灵活性、稳定性以及可靠性都得到很大提升。在综合能源配电网中，通过引入光伏储能设备，可以平滑光伏电站出力，削峰填谷，延长缓和甚至取消输配电设施改造升级需求，提高供电可靠性。储能设备经过合理配置，可以为综合能源配电网实现多能互补提供有效保障。本文基于MPC的思想，实现配电网台区侧热系统的经济运行，然后利用储能的平衡作用，将生命全周期总投资成本最低作为目标函数，优化求解获取最佳容量，量化该模型的经济效益，充分肯定了储能系统在综合能源配电网中的应用价值和发展必要性。目前光伏电站和储能产业都在蓬勃发展，政府持续调整光伏及電网电价，储能费用逐渐降低，不断冲击着传统电力系统模式，无储能系统低建造成本的优势慢慢淡化，面向综合能源配电网的储能系统的使用将会变成我国分布式能源发展的重要形式。
参考文献：
[1]吴俊勇，裴丛仙子，边国潮.光伏并网配电网中柔性环网开关的优化运行控制策略研究[J].电工电能新技术，2017，36（9）：20-28.
[2]黄伟，李宁坤，李玟萱，等.考虑多利益主体参与的主动配电网双层联合优化调度[J].中国电机工程学报，2017，37（12）：3418-3428.
[3]马丽，王宗礼，刘伟，等.考虑运行灵活性的智能配电网多层优化规划[J].电力建设，2018，39（6）：71-79.
[4]刘源，杨军，杨丙权，等.考虑“风-光-荷-储”联合运行的配电网双层规划方法[J].电力建设，2017，38（11）：87-96.
[5]张涛，章佳莹，王凌云，等.计及用户电价响应的微网和配电网联合调度运行模型[J].电力自动化设备，2018，38（5）：184-190.
（作者单位：特变电工新疆新能源股份有限公司）