考慮風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型

考慮風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型

0電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃能源能源是目前最具潛力的可支配能源之一。在自然環(huán)境日益惡化的形勢(shì)下,大力發(fā)展風(fēng)電可以減少傳統(tǒng)化石燃料能源的消耗和污染物排放。在中國,風(fēng)電建設(shè)和電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電消納能力不足,再加上調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)波動(dòng)性電力的調(diào)度能力約束,使得當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)情況較為嚴(yán)重。風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性,以及其所呈現(xiàn)出的“逆調(diào)峰”特性給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)要求系統(tǒng)能夠提供足夠快的調(diào)峰/調(diào)頻速率和足夠大的調(diào)峰/調(diào)頻容量。另一方面,儲(chǔ)能系統(tǒng)(energystoragesystem,ESS)具有快速功率“吞吐”能力和靈活調(diào)節(jié)能力。這樣,通過風(fēng)電場(chǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng))聯(lián)合運(yùn)行,可以有效平抑風(fēng)電波動(dòng),使風(fēng)電變得“可調(diào)和可控”,從而提高風(fēng)電的利用水平。從某種意義上講,大容量?jī)?chǔ)能與大規(guī)模風(fēng)電的配合發(fā)展已經(jīng)成為一種受推崇的模式。由于風(fēng)電的能量密度較低,如果在進(jìn)行輸電系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃時(shí)風(fēng)電場(chǎng)按其最大出力進(jìn)行計(jì)算,就有可能造成輸電容量過度配置,浪費(fèi)輸電系統(tǒng)投資成本。另一方面,如果輸電容量配置過低,則可能在風(fēng)電場(chǎng)出力較大時(shí)段因輸電容量不足而造成棄風(fēng)損失。國內(nèi)外已有一些學(xué)者研究過計(jì)及風(fēng)電場(chǎng)的輸電系統(tǒng)規(guī)劃。文獻(xiàn)在輸電系統(tǒng)規(guī)劃中考慮了風(fēng)電的不確定性,將線路的過負(fù)荷概率控制在一定的置信水平之下,從而降低輸電系統(tǒng)投資;文獻(xiàn)定義了風(fēng)電利用指標(biāo),在輸電系統(tǒng)規(guī)劃中統(tǒng)籌考慮了風(fēng)電利用水平和輸電投資成本2個(gè)因素,在合理控制成本的前提下提高風(fēng)電利用率;文獻(xiàn)在輸電系統(tǒng)規(guī)劃中考慮了需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制,以改善風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)輸電系統(tǒng)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。此外,也有一些學(xué)者研究了將儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)中,以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的平滑輸出。例如:文獻(xiàn)建立了基于鈉硫電池的儲(chǔ)能電站動(dòng)態(tài)性能分析與評(píng)價(jià)模型,研究了以相鄰時(shí)段的可再生能源輸出功率波動(dòng)最小和以可再生能源輸出功率與發(fā)電計(jì)劃之間偏差最小這2個(gè)目標(biāo)下,通過儲(chǔ)能系統(tǒng)來平抑可再生能源輸出功率的波動(dòng)問題;文獻(xiàn)提出了評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行性能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),發(fā)展了利用儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的控制策略;文獻(xiàn)[10-12]分別采用飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器平滑風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率,提高風(fēng)電場(chǎng)輸出功率質(zhì)量;文獻(xiàn)討論了鋰電池、鈉硫電池和液流電池這3種電池儲(chǔ)能電站對(duì)可再生能源發(fā)電功率波動(dòng)的平抑效果,并給出了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著并網(wǎng)風(fēng)電容量的不斷增加,對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量、快速響應(yīng)能力以及功率調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求。飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器及超導(dǎo)儲(chǔ)能由于容量等限制而不適合需要大容量?jī)?chǔ)能的場(chǎng)合。鉛酸蓄電池雖具有技術(shù)成熟、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn),但存在循環(huán)壽命較短、不可深度放電等缺點(diǎn),也難以滿足需要大容量?jī)?chǔ)能的場(chǎng)合。鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅具有能量高、安裝地點(diǎn)靈活的特點(diǎn),且功率高、充放電速度快、可深度放電(其瞬時(shí)放電功率可達(dá)到額定功率的5倍),不僅可用于平抑小時(shí)級(jí)的負(fù)荷波動(dòng),也可用于秒級(jí)的應(yīng)急救援,能夠同時(shí)滿足能量和功率需求,適于與大型風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行。因此,本文選擇以鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)為研究對(duì)象。隨著并網(wǎng)風(fēng)電容量和儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的不斷增加,輸電系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)就需要適當(dāng)考慮風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行所產(chǎn)生的影響。在上述背景下,本文建立了計(jì)及風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的輸電系統(tǒng)兩層規(guī)劃模型。通過儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng),增加系統(tǒng)備用容量,使風(fēng)電資源得到充分利用,同時(shí)可以減少輸電系統(tǒng)投資成本。在此過程中,優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置容量以及運(yùn)行策略,降低運(yùn)行成本。所發(fā)展的模型兼顧了輸電投資和系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,并用2個(gè)算例系統(tǒng)分析了風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行策略對(duì)輸電系統(tǒng)規(guī)劃的影響。1風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)營1.1風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行風(fēng)速的頻繁變化導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)輸出功率劇烈波動(dòng)。配置儲(chǔ)能系統(tǒng)是平抑功率波動(dòng)的有效途徑之一,通過儲(chǔ)能系統(tǒng)可以快速吸收“剩余功率”或補(bǔ)充“功率缺額”,實(shí)現(xiàn)功率的平穩(wěn)輸出。這里考慮通過在風(fēng)電場(chǎng)出口并網(wǎng)母線位置(以下簡(jiǎn)稱風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn))配置儲(chǔ)能系統(tǒng)來平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的隨機(jī)波動(dòng),如圖1所示。鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)目前價(jià)格較高,投資成本大,頻繁的充放電以及高倍數(shù)放電會(huì)縮短其循環(huán)壽命,從而增加成本。因此,在制定風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行策略時(shí)既要盡可能提高風(fēng)電的利用水平,也要考慮平抑波動(dòng)所需的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。本文提出的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行策略為:采用儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行,在保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下,優(yōu)化配置儲(chǔ)能系統(tǒng)容量,允許風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)的輸出功率在某個(gè)給定區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。這樣,就可避免儲(chǔ)能系統(tǒng)頻繁啟動(dòng),減少儲(chǔ)能系統(tǒng)放電深度,從而降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。1.2鈉硫儲(chǔ)備系統(tǒng)的特點(diǎn)鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)由若干個(gè)儲(chǔ)能單元組成,通過快速“吞吐”功率來平抑風(fēng)電波動(dòng)。1浮充狀態(tài)t鈉硫儲(chǔ)能單元在第t時(shí)段的功率ps(t)可描述為:式中:pc(t)和pd(t)分別為儲(chǔ)能單元在時(shí)段t的充電和放電功率;uc(t)和ud(t)分別為儲(chǔ)能單元在時(shí)段t的充電和放電標(biāo)志,充/放電時(shí)uc(t)和ud(t)的取值分別為1/0和0/1,uc(t)和ud(t)同為0說明儲(chǔ)能單元在浮充狀態(tài);ηc和ηd分別為儲(chǔ)能單元的充電和放電效率;σ為儲(chǔ)能單元的自放電率;Δt為時(shí)間間隔;pcR和pdR分別為儲(chǔ)能單元的額定充電和額定放電功率;E(t-1)為儲(chǔ)能單元在第t-1時(shí)段末的剩余電量;Emax和Emin分別為儲(chǔ)能單元最大和最小允許剩余電量;Mc(t)和Md(t)分別為儲(chǔ)能單元在第t時(shí)段的充電和放電功率倍數(shù)。鈉硫儲(chǔ)能單元在第t時(shí)段末的存儲(chǔ)電量E(t)為:式中:El(t)為鈉硫儲(chǔ)能單元在時(shí)段t放電時(shí)的損耗電量;Tsd(t)為最大持續(xù)放電時(shí)間長度,與放電深度有關(guān),二者的關(guān)系見文獻(xiàn)。2鈉硫儲(chǔ)能單元循環(huán)壽命和放電深度關(guān)系鈉硫儲(chǔ)能單元可以高倍數(shù)放電,其循環(huán)壽命(即可放電次數(shù))與放電深度密切相關(guān)。日本NGK公司曾對(duì)鈉硫儲(chǔ)能單元的循環(huán)壽命與放電深度之間的關(guān)系作了深入研究,結(jié)果如附錄A的圖A1所示?？芍?鈉硫儲(chǔ)能單元的循環(huán)壽命與放電深度成反比關(guān)系;放電深度越大,儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命越短。因此,在儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行中,要盡量避免深度放電。根據(jù)圖A1所示曲線可擬合出鈉硫儲(chǔ)能單元在時(shí)段t的循環(huán)壽命和放電深度關(guān)系的表達(dá)式為:式中:Dp(t)為鈉硫儲(chǔ)能單元在第t時(shí)段的放電深度;Nnp(t)為Dp(t)所對(duì)應(yīng)的可放電次數(shù);ER為鈉硫儲(chǔ)能單元的額定電量。分析式(1)、式(4)和式(6)可知,鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命與放電倍數(shù)密切相關(guān),因此在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡量控制放電倍數(shù),以免縮短鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命。2輸電投資的經(jīng)濟(jì)性分考慮風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的輸電系統(tǒng)規(guī)劃涉及投資和運(yùn)行2個(gè)不同層面的問題,既要注重輸電投資的經(jīng)濟(jì)性,又要考慮運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)思想,可將這種具有層次結(jié)構(gòu)的決策問題分解為投資主問題和運(yùn)行子問題,建立兩層規(guī)劃模型。2.1儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本上層規(guī)劃模型以總成本最小化為目標(biāo),其中包括輸電系統(tǒng)投資成本和系統(tǒng)運(yùn)行成本:約束條件為:式中:f(ws,ew)為下層模型返回的目標(biāo)值;ws為儲(chǔ)能系統(tǒng)所配置的單元數(shù)量;ew為風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)電量;CLl為候選線路l的投資成本;NB為系統(tǒng)中支路集合;zl和zlmax分別為線路l所在走廊的新增候選線路條數(shù)和最大允許新增線路條數(shù)。2.2下層規(guī)劃模型2.2.1風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)成本的決策模型下層規(guī)劃模型在上層所得到的輸電網(wǎng)架方案基礎(chǔ)上,考慮各種運(yùn)行約束,對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量和充放電策略進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化目標(biāo)為:儲(chǔ)能系統(tǒng)放電成本和風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)成本之和最小。前已述及,鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命可以用可放電次數(shù)來表示,即將每次放電所需要的成本進(jìn)行累加就可得到總的放電成本。這樣,下層模型的目標(biāo)函數(shù)為:式中:NS和NW分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)的集合;T為研究的運(yùn)行時(shí)段集合;CSi為儲(chǔ)能系統(tǒng)i的單元投資成本;Kj為風(fēng)電場(chǎng)j的棄風(fēng)懲罰系數(shù);wsi為儲(chǔ)能系統(tǒng)i所配置的單元數(shù)量;Nnpi(t)為鈉硫儲(chǔ)能單元在第t時(shí)段的放電深度所對(duì)應(yīng)的可放電次數(shù)。2.2.2合同規(guī)定1基態(tài)及“n-1”安全狀態(tài)下系統(tǒng)功率向量式中:B為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣;θ為節(jié)點(diǎn)電壓相角向量;PG為常規(guī)電廠輸出功率向量;PW為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率向量;PS為儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率向量;PL為負(fù)荷功率向量?；鶓B(tài)和“N-1”安全狀態(tài)下的支路潮流約束為:式中:pl(t)為支路l的有功功率;plmax和plmin分別為pl(t)上、下限值;plh(t)為元件h(h≠l)停運(yùn)情況下支路l的有功功率。2負(fù)荷m在時(shí)段t的功率式中:NG為常規(guī)電廠集合;NL為負(fù)荷集合;pWj(t)為風(fēng)電場(chǎng)j在時(shí)段t的輸出功率;pLm(t)為負(fù)荷m在時(shí)段t的功率;Ru(t)和Rd(t)分別為時(shí)段t內(nèi)需預(yù)留的正旋轉(zhuǎn)備用和負(fù)旋轉(zhuǎn)備用的容量下限值;pGkup(t)和pGkdown(t)分別為在時(shí)段t內(nèi)常規(guī)電廠k在10min內(nèi)所能提供的最大和最小功率;pSiup(t)和pSidown(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)i在時(shí)段t內(nèi)能響應(yīng)的最大放電和充電功率。3儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電式中:Mci(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)i在時(shí)段t的充電功率倍數(shù);Mcimax和Mcimin分別為Mci(t)的上、下限值;Mdi(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)i在時(shí)段t的放電功率倍數(shù);Mdimax和Mdimin分別為Mdi(t)的上、下限值;Ei(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)i在時(shí)段t的電量;Eimax和Eimin分別為Ei(t)的上、下限值;Ei0和EiT分別為研究階段始末儲(chǔ)能系統(tǒng)i的電量。式(18)表示儲(chǔ)能系統(tǒng)在T個(gè)研究時(shí)段結(jié)束時(shí)的電量應(yīng)該不小于其初始值,這樣可以在一定程度上保證不論選多長的研究時(shí)段,在該時(shí)段結(jié)束后儲(chǔ)能系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槠涫Ｓ嚯娏窟^高或過低而無法充放電。4風(fēng)電場(chǎng)i和pwsi的功率分配算法根據(jù)1.1節(jié)中所述的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行策略,設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)的輸出功率波動(dòng)率限值為:式中:pwsi(t)和pwsi(t-1)分別為風(fēng)電場(chǎng)i的接入點(diǎn)在時(shí)段t和時(shí)段t-1末的輸出功率;pwi(t)和psi(t)分別為風(fēng)電場(chǎng)i和所配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率;Vwimax為波動(dòng)限值,采用風(fēng)電場(chǎng)額定輸出功率的百分比值表示。5傳統(tǒng)工廠的產(chǎn)量受到限制式中:pGk(t)為常規(guī)電廠k在時(shí)段t的發(fā)電功率;pGkmax和pGkmin分別為常規(guī)電廠k的出力上、下限值。61傳統(tǒng)水庫滑動(dòng)和傾斜限制式中:ωUk和ωDk分別為常規(guī)電廠k的爬坡和滑坡速率。2.3下層模型圖4在上述兩層規(guī)劃模型中,上層模型進(jìn)行輸電規(guī)劃投資決策,之后將輸電網(wǎng)架規(guī)劃方案?jìng)鬟f給下層;下層模型則基于輸電規(guī)劃方案,考慮系統(tǒng)運(yùn)行中的各種約束,優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量和充放電策略,并將下層所得到的目標(biāo)值反饋給上層。上、下層相互作用和影響,最終由上層決策,得到兼顧投資經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)性的規(guī)劃方案。3混合個(gè)數(shù)規(guī)劃模型采用粒子群優(yōu)化(particleswarmoptimization,PSO)算法求解所建立的輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型。PSO算法是一種基于“群體”和“進(jìn)化”的現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化方法,其通過群體之間的信息共享和個(gè)體自身經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來修正個(gè)體行動(dòng)策略,最終求取優(yōu)化問題的解。PSO算法具有個(gè)體數(shù)目少、計(jì)算速度快、依賴的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)少、魯棒性好等特點(diǎn),可以靈活而方便地處理包含非線性約束且具有連續(xù)和離散變量的混合整數(shù)規(guī)劃問題。為提高PSO算法的收斂精度和全局收斂能力,通過動(dòng)態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重、相似性控制以及引入高斯算子等措施對(duì)傳統(tǒng)的PSO算法進(jìn)行改進(jìn)。在所構(gòu)造的兩層規(guī)劃模型中,上層模型將每個(gè)候選線路走廊的新增線路回?cái)?shù)作為決策變量,屬于離散優(yōu)化問題;下層模型則將常規(guī)電廠出力、儲(chǔ)能單元配置數(shù)目和充放電次數(shù)等運(yùn)行中的一些變量作為決策變量,屬于混合整數(shù)規(guī)劃問題。上、下層分別用PSO算法進(jìn)行求解。上、下層的粒子位置分別用向量表示:式中:XU和XD分別為上、下層粒子位置向量;xi為從0到線路走廊所能架設(shè)線路回?cái)?shù)上限之間的整數(shù);m為系統(tǒng)中可增線路的走廊數(shù);xj為下層模型中的決策變量;s為下層模型的變量總數(shù)。所構(gòu)造的規(guī)劃模型中新建線路回?cái)?shù)和儲(chǔ)能單元數(shù)目均為離散變量,這可通過對(duì)粒子位置進(jìn)行取整來求得。儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電標(biāo)志為0-1變量,粒子位置和速度采用概率方法確定。上、下層的不等式約束體現(xiàn)在對(duì)相應(yīng)的優(yōu)化變量(即粒子位置)的限制。粒子位置越限時(shí),取其限值。詳細(xì)求解流程見附錄A圖A2。4風(fēng)電場(chǎng)分析結(jié)果下面用18節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和46節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)來說明所建立的輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型與方法的可行性與有效性。2個(gè)系統(tǒng)的單線圖分別見附錄A圖A3和圖A4。以某實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)一星期的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算分析,數(shù)據(jù)涵蓋了風(fēng)電波動(dòng)較大和平緩的情況,以及工作日和周末的負(fù)荷,具有一定的代表性。鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)的參數(shù)見附錄A表A1。常規(guī)電廠的爬坡和滑坡速率均給定為每分鐘1%的機(jī)組額定容量;正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量均給定為用電負(fù)荷的10%;資金貼現(xiàn)率為10%;輸電系統(tǒng)規(guī)劃的資金周期為20a;為充分利用風(fēng)電資源,給定風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)懲罰系數(shù)為0.61萬元/(MW·h);給定粒子群數(shù)目為50,迭代次數(shù)為300。4.11風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行方案對(duì)比該系統(tǒng)現(xiàn)有10個(gè)節(jié)點(diǎn),9條線路。在未來某規(guī)劃水平年,系統(tǒng)擴(kuò)展為18個(gè)節(jié)點(diǎn),包括7個(gè)電源節(jié)點(diǎn),17個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn),最大負(fù)荷為35870MW,常規(guī)電廠出力的上、下限值見附錄A表A2,關(guān)于該系統(tǒng)詳細(xì)的數(shù)據(jù)和說明可參見文獻(xiàn)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)2為風(fēng)電場(chǎng)所在節(jié)點(diǎn),風(fēng)電場(chǎng)額定容量為3600MW。風(fēng)電場(chǎng)輸出功率和用電負(fù)荷的負(fù)荷率時(shí)序數(shù)據(jù)見附錄A圖A5。給定式(19)中風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)輸出功率的波動(dòng)率限值分別為10%,20%,30%,采用改進(jìn)PSO算法求解,相應(yīng)地獲得了3個(gè)不同的優(yōu)化方案A,B和C,在無儲(chǔ)能的情況下求解得到優(yōu)化方案D,如表1所示。表1中新建線路一欄括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示需新增回路數(shù),如1(1)表示支路1新增1回線。由表1可知,方案A,B,C的總成本和儲(chǔ)能系統(tǒng)成本依次減少,而輸電線路擴(kuò)建規(guī)模和輸電投資成本則依次增大。方案A,B,C都采用了風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行策略,但由于給定的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)率限值不同,使得系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電行為有差異,這導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)成本不同,進(jìn)而影響輸電系統(tǒng)優(yōu)化方案和相關(guān)的輸電投資成本。同時(shí),可以看出,輸電系統(tǒng)投資成本和儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的走勢(shì)相異,風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)越小,平抑波動(dòng)所需要的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本就越大,而平滑后的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率對(duì)輸電系統(tǒng)投資成本的要求就下降。目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本較高,這使得儲(chǔ)能系統(tǒng)成本對(duì)總成本的影響較大。方案A,B,C的平均正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量都大于方案D,這是因?yàn)樵诜桨窤,B,C中都配置了儲(chǔ)能系統(tǒng),鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速“吞吐”功率,可以作為旋轉(zhuǎn)備用,這使得系統(tǒng)平均備用容量增加。表2列出了各規(guī)劃方案中儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置和運(yùn)行情況。圖2為各方案中風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)輸出功率的負(fù)荷率和波動(dòng)率比較。由圖2可以看出,在第5,7,48,168時(shí)段風(fēng)電功率較大,而用電負(fù)荷處于低谷,常規(guī)電廠功率又受最低出力限制,方案D由于沒有配置儲(chǔ)能系統(tǒng)導(dǎo)致這些時(shí)段負(fù)旋轉(zhuǎn)備用無法滿足約束要求而被迫棄風(fēng),折算年棄風(fēng)電量為87911MW·h,累計(jì)年棄風(fēng)成本為53626萬元。由表1和表2可知,方案A,B,C配置的儲(chǔ)能單元數(shù)目依次減少,這是由于3個(gè)方案的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)率限值依次遞增,對(duì)儲(chǔ)能平抑功率波動(dòng)的要求就依次降低,因此所需要的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本逐漸減少。方案A的放電次數(shù)遠(yuǎn)大于方案B和方案C,而方案B和C的放電次數(shù)則比較接近。這是因?yàn)橛蓤D2(b)可以看出,風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)率大于20%的情況相對(duì)較少,為滿足波動(dòng)率約束要求,方案B和C中需要儲(chǔ)能系統(tǒng)放電的次數(shù)較少。因此,表1中方案B和C的儲(chǔ)能放電成本遠(yuǎn)小于方案A。4.24個(gè)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置該46節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為巴西南部電網(wǎng),現(xiàn)有35個(gè)節(jié)點(diǎn),62條線路。在未來某規(guī)劃水平年,系統(tǒng)擴(kuò)展為46個(gè)節(jié)點(diǎn),包括12個(gè)電源節(jié)點(diǎn),19個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn),總負(fù)荷為6880MW,其中節(jié)點(diǎn)16,28,31為新增發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。每條支路最大可擴(kuò)建3條線路,關(guān)于該系統(tǒng)更詳細(xì)的數(shù)據(jù)和說明可參見文獻(xiàn),原線路投資費(fèi)用按照匯率6.5元/美元折算為人民幣。假定節(jié)點(diǎn)17和節(jié)點(diǎn)34為風(fēng)電場(chǎng)所在節(jié)點(diǎn),這2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的額定容量分別為1000MW和221MW,2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷率的一個(gè)星期時(shí)序見附錄A圖A6,常規(guī)電廠出力的上、下限值見附錄A表A3。給定式(24)中風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)功率的波動(dòng)率限值分別為10%,20%,30%,可求得3個(gè)不同的優(yōu)化方案F,G,H,在無儲(chǔ)能情況下求解得到優(yōu)化方案J,如表3所示。方案F,G,H中各風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的儲(chǔ)能單元配置如圖3所示。由表3可知,與表1結(jié)果相似,隨著風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)率限值增大,方案F,G,H的總成本和儲(chǔ)能系統(tǒng)成本依次減少,而輸電投資成本依次增大。方案J沒有配置儲(chǔ)能系統(tǒng),不能滿足系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束,因此導(dǎo)致513596萬元的棄風(fēng)懲罰成本,這使得其總成