多种储能系统协调运行与优化规划研究

由于风力和太阳能等可再生能源发电出力的不确定性，其发展导致电力系统对备用容量需求不断提高。随着新型储能技术的成熟和成本的降低，必将在电力系统中获得广泛应用。本项目突破当前研究仅针对单个储能系统的局限，从整个电网的层面研究多种储能系统的协调运行和全局优化问题。项目以已经应用于（如抽水蓄能和电池储能站）和有潜力获得应用的主要机械、电化学和电磁储能系统为研究对象，在研究其共性的基础上，首先建立多种储能系统实现削峰填谷和备用服务的统一模型；在此基础上，针对统一调度和市场竞争两种环境，建立考虑多种储能系统的机组组合模型并研究相应的求解方法；考虑本地和整个系统对储能系统的需求，分别采用双层优化方法、博弈论和多代理技术，研究含多种储能系统的经济调度模型和求解算法，并研究储能系统参与系统调频的优化控制方法。对不同储能系统在全局协调运行方式下的成本和效益进行综合分析，研究储能系统的类型、落点和容量的优化。

随着大规模新能源发电并网，其出力的不确定性给电网的安全运行带来了新的挑战。随着新型储能技术的成熟和成本的降低，部署储能系统是应对这些挑战的有效手段，将在电力系统中获得广泛应用。本项目主要以抽水蓄能、压缩空气、电池储能和电动汽车为研究对象，在对这些储能稳态运行特性分析的基础上，建立多种储能系统参与电力系统优化调度的统一模型，重点对储能系统与风力发电配合、参与机组组合、最优潮流优化和系统调频问题进行研究，定量分析了储能系统参与电网优化运行的成本效益，并研究储能应用于电源侧、电网侧和需求侧的优化配置问题。主要的研究工作和成果如下：.(1) 储能系统与风力发电配合的模式和优化方法。基于日前负荷预测和风电出力预测，提出了在统一调度模式下风电—抽水蓄能联合日运行的确定性优化和随机优化方法。针对电力市场环境下风电与储能系统的联合运行问题，提出了在日前、日内和实时市场中风储联合运行的滚动优化策略。.(2) 含多种储能系统参与的机组组合和最优潮流模型与方法。考虑风力发电、大规模储能系统和分布式储能资源（电动汽车）的协调运行，提出了风电和储能资源协调运行的机组组合模型与方法。该模型同时考虑了储能资源削峰填谷和为风电提供旋转备用，并在N-1故障校正中全面协调发电资源和储能资源的校正能力。提出了一种含储能系统多时段最优潮流的实施思路，建立了相应的最优潮流模型，通过等效变换与Lagrange 松弛推导出其对偶问题进行求解。.(3) 储能系统参与调频的控制策略。考虑参与调频的储能系统包括电池、飞轮、电动汽车，提出了储能参与自动发电控制（AGC）的有效性评估方法及其对电网调频需求的影响；相应地提出了储能参与AGC的两种控制策略。研究了电动汽车参与一次调频问题，提出了自适应下垂控制策略。.(4) 储能系统的成本效益分析与优化配置。研究电动汽车作为分布式储能的潜力，提出了大规模电动汽车充放电的成本效益分析方法。研究并提出了部署大规模储能系统提高输电能力的优化配置方法；对含分布式电源的配电网，研究并提出了配置分布式储能系统的优化方法；研究并提出了在电动公交快速充电站配置储能系统的模型和方法。