基于时序模拟的新能源电站储能优化配置

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为了响应国家碳达峰的战略决策,大力发展“新能源+储能”成为重要任务,新能源接入电网改善了能源结构,但新能源出力具有随机性和波动性,对出力的长时间尺度准确模拟影响到调度指令的制定;此外,储能由于能最大可能消纳可再生能源、提供调频辅助服务等优点,被应用于配置到新能源场站中,但如何通过储能配置来解决不同场景下的需求是亟待解决的问题。本文基于时序生产模拟,对新能源电站出力进行全年8760小时级模拟,并在得到新能源全年出力数据的基础上分别针对新能源消纳、一次调频以及二者协同运行的场景,提出储能的运行策略及配置方法。主要工作如下:首先构建了基于马尔可夫链的新能源全年出力的时序模拟模型。建立了风电和光伏的物理出力模型,并将其转化为出力的数学统计模型;接着考虑全年相邻日之间的出力联系,基于马尔可夫链建立天气转移矩阵,根据天气特性和季节特性建立状态转移概率矩阵,构建全年时序出力模型;最后以光伏出力为例,以15min级模拟了全年8760小时的出力情况,验证了所提方法的有效性,为后续储能配置研究提供新能源时序出力数据基础。其次,针对新能源消纳场景提出储能配置方法。首先构建了储能的数学模型,并提出了该场景下储能的充放电运行策略;接着建立储能的成本模型,并计及新能源弃用惩罚成本得到运行成本模型,采用改进的粒子群算法基于时序生产模拟对容量配置进行优化求解。算例基于对新能源场站配置储能的时序运行情况,分别对典型日及全年进行模拟,生成储能容量配置方案,结果表明了所提方法能够促进新能源消纳,提高运行经济性。最后针对新能源出力会带来的频率波动问题,分别提出储能在参与一次调频时以及参与新能源消纳和一次调频协同运行时的配置方法。首先设置一次调频死区,根据调频需求将储能运行模式分为工作模式、待机模式和调节模式;接着建立以储能成本最小和调频收益最大化为目标的优化函数,基于储能参与一次调频策略进行优化配置。针对储能参与协同运行场景,制定两种场景中储能叠加出力策略,以经济性最优为目标得到储能容量配置方案。最后算例分别验证了一次调频场景下储能配置方案对调频的有效性,以及储能参与多场景协同运行时的高效性。
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