儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)摘要：我國大力發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)，儲能系統(tǒng)作為新的電力工業(yè)的重要組成部分，在提高電網(wǎng)安全運行水平、改善經(jīng)濟效益等方面發(fā)揮著巨大的作用；本文對目前儲能調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的模型進行了簡要的分析研究，提出了基于狀態(tài)反饋控制算法的多目標優(yōu)化調(diào)度方法。關(guān)鍵詞：儲能電源；電網(wǎng)調(diào)度；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)1儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)系統(tǒng)在儲能裝置容量和溫度變化范圍內(nèi)，為滿足電網(wǎng)的安全運行，需要對其進行合理的配置和優(yōu)化控制。本章將介紹一種基于狀態(tài)空間模型的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并建立系統(tǒng)的數(shù)學建模，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的調(diào)度問題。（1）層次分析法。層次分析法是用于解決復(fù)雜的系統(tǒng)描述性規(guī)劃研究的有效工具之一。它是將多目標決策問題轉(zhuǎn)化為一個單準則、多個方案的綜合體，通過分解各層的因素并給出各個指標的權(quán)重值，進而把若十個評價矩陣組合起來，形成一個多輸入單變量的模糊網(wǎng)絡(luò)。在利用層次分析法對問題有了深刻的理解之后，該方法就成為本文所采用的算法中的重要內(nèi)容。（2）粒子群算法的應(yīng)用及發(fā)展前景。由于目前的電力工業(yè)技術(shù)還不成熟，其計算量大，因此如何利用以圖軟件與數(shù)值計算機的優(yōu)勢來完成多參數(shù)的求解也是本章的工作重點。2儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運行方式為了提高儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)控制效果，需要建立在一定的約束條件下，對系統(tǒng)的運行方式進行優(yōu)化。（1）協(xié)調(diào)控制要求在儲能裝置容量和規(guī)模一定的情況下，對系統(tǒng)的能量管理和負載平衡的要求也相應(yīng)提高。在滿足系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行的前提下，對整個系統(tǒng)的綜合分析，使其具有良好的靈活性，經(jīng)濟性，可靠性等。（2）協(xié)調(diào)控制的目標在儲能設(shè)備容量的約束條件下，對不同的工況，要采取不一樣的調(diào)控方法。當系統(tǒng)中的工頻量大于最大限制值時，應(yīng)采用集中調(diào)節(jié)；當系統(tǒng)中的低頻量高于臨界值時，應(yīng)優(yōu)先考慮分散調(diào)峰方式。如果要使分布式電源與可再生能源充分發(fā)揮其優(yōu)勢，就要減少負荷的波動范圍，以實現(xiàn)二者之間的協(xié)調(diào)運作。所以需要建立一個可以根據(jù)需求變化而自動調(diào)整的調(diào)度控制器。（3）算法的設(shè)計原則及程序的簡單化。對于傳統(tǒng)的優(yōu)化問題，一般是先進行模型的假設(shè)然后再求解，但是這種做法往往會增加計算的工作量，因此必須得通過簡化的數(shù)學工具來解決。3儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計3.1儲能電源與電網(wǎng)調(diào)度效益對于儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來說，其主要任務(wù)是在滿足控制對象（火電、可再生能源等）的約束條件下，使整個調(diào)度過程能夠達至既節(jié)能又環(huán)保的要求：（1）降低運行成本。在保證目標函數(shù)的基礎(chǔ)上，對不同的工況，采取相應(yīng)的優(yōu)化算法，從而使其盡可能地節(jié)約發(fā)電和輸電設(shè)備的裝機容量和總的電能損耗。（2）提高負載率。當采用的儲能裝置容量小于需求的最大功率值時，則需要考慮到電網(wǎng)中的其他電源的消耗情況，通過合理的規(guī)劃和設(shè)計，來實現(xiàn)負荷的“多大分”。（3）減少電力能源的浪費及污染。由于目前的環(huán)境問題日益嚴峻，國家提倡綠色出行，因此必須大力發(fā)展新的清潔、低碳的生活方式，比如太陽能、風能等新的能源；而風電作為一種新型的可再生的資源可以有效的解決當前的空氣污染以及水土流失的嚴重現(xiàn)象。3.2系統(tǒng)實現(xiàn)儲能調(diào)度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能包括：（1）對蓄電池進行管理。在滿廠蓄電池安全穩(wěn)定運行的前提下，使其充放電過程更加可靠，并使系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為簡單，便于實現(xiàn)。（2）對蓄電池的均衡控制。當系統(tǒng)負載發(fā)生變化時，調(diào)節(jié)控制器可以根據(jù)負荷的變化做出相應(yīng)的調(diào)整措施，以保證整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。（3）對逆變器的保護和濾波。逆變器是一種非線性元件，其輸出特性與其工頻整流和濾波器的參數(shù)有關(guān)，因此需要設(shè)計一款具有濾波能力強，動態(tài)響應(yīng)快的電流互感器，以確保開關(guān)管在發(fā)生故障時能準確動作，并為逆變器提供良好的隔離條件。同時還需考慮器件的耐壓性能，如采用低阻材料、低介電損耗的芯片等。（4）輔助設(shè)備的選型。為提高系統(tǒng)的可靠性及靈活性，需選用功率密度高的元器件，如電容、電感等。3.3電力網(wǎng)規(guī)劃從供電可靠性和經(jīng)濟性考慮，儲能系統(tǒng)的建立必須滿足以下條件：（1）電網(wǎng)的頻率在允許范圍之內(nèi)。由于電網(wǎng)的功率波動較大，因此要求電壓的穩(wěn)定。（2）網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化要小。為了保證在不同的負荷下，儲能裝置的充放電，需要選擇合適的主次載流元件。（3）在主電路中，要有足夠的容量以使整個通信線路的負載均衡。當電力網(wǎng)的主接線發(fā)生故障時，通過備用電源可以迅速恢復(fù)。同時也減少了對其他器件的干擾和影響。（4）具有較高的抗擾動能力。當電力網(wǎng)的支路數(shù)較多時，會導(dǎo)致整個配電自動化統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。如果子接線錯誤，會造成子母線或配電設(shè)備損壞。所以應(yīng)該盡量避免。此外還應(yīng)注意的是，直流母線上可能存在一些不穩(wěn)因素，如：母線上有大量的感性電器，以及轉(zhuǎn)子勵磁電流不正常。這些問題都將對電能質(zhì)量產(chǎn)生不良后果。為此設(shè)計時，應(yīng)充分了解各種情況，并采取相應(yīng)措施。3.4配電變壓器配電變壓器是變電站中的主要電氣設(shè)備之一，它承擔著電能的變換和輸送任務(wù)。其基本功能是轉(zhuǎn)換電壓，將電力系統(tǒng)中的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，以降壓后的高壓交流功率向負載供電。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面，配電變壓器的作用十分重要，其性能的好壞直接影響到整個電網(wǎng)的經(jīng)濟運行的質(zhì)量和效率。（1）隔離故障。當發(fā)生工頻干擾、非安全操作等事故時，就需要配置相應(yīng)的保護裝置，來保證對用戶的正常工作。（2）控制與調(diào)節(jié)。根據(jù)負荷變化，及時切換或切除工頻接線，以提高電網(wǎng)的可靠性；當出現(xiàn)停電的情況時，自動切斷并發(fā)出指令，使斷路器跳閘，恢復(fù)生產(chǎn)。（3）檢修。在主開關(guān)上安裝狀態(tài)監(jiān)視器，以便隨時掌握主關(guān)的合態(tài)，并對主關(guān)進行遠程在線監(jiān)測。通過觀察，可以了解主關(guān)的通斷電流，有無異常發(fā)熱現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)有短路的回路或短路的回路以上都有可能，應(yīng)立即更換鐵心，以防造成損壞。3.5電壓調(diào)節(jié)當電網(wǎng)的輸出功率大于負載的需求量，或電力系統(tǒng)的容量小于電源的能量時，采用不同的調(diào)節(jié)方式，使其在滿足控制目標的前提下，使其在安全范圍內(nèi)，以獲得最佳的動態(tài)特性。（1）改變調(diào)節(jié)方法對電壓進行適當?shù)恼{(diào)整是一種最常見的調(diào)控手段，也是目前應(yīng)用最多的調(diào)節(jié)形式。例如：將大電流的交流調(diào)壓改為直流調(diào)壓，可提高電網(wǎng)的傳輸能力，改善電壓穩(wěn)定性。（2）合理選擇調(diào)節(jié)時間和頻率，以取得最佳的調(diào)節(jié)效果。由于在實際中，負荷具有不確定性，因此，必須根據(jù)具體情況來靈活的配置各種電源的參數(shù)和相應(yīng)的比例關(guān)系，通常包括：最大負荷波動、工頻比的變化、有功無功補償?shù)挠绊懙?。這些因素都會對電壓的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的作用力，所以需要考慮到它們的相互作用，以及相互之間的聯(lián)系與制約。另外還應(yīng)注意到，如果要想實現(xiàn)最優(yōu)的開關(guān)組數(shù)，就得通過增加或減少控制器的數(shù)目來達到。3.6儲能系統(tǒng)參數(shù)確定由于儲能系統(tǒng)與其他發(fā)電技術(shù)的不同在于，它具有能量密度高、功率大、體積小等特點。因此在設(shè)計中，需要考慮到這些特性。（1）容量：儲能系統(tǒng)的容量是一個有限的數(shù)量級，主要是根據(jù)其自身的最大輸出功率來估算。當儲能設(shè)備的運行時間超過其額定工作電流時，應(yīng)通過相應(yīng)的保護措施，防止發(fā)生嚴重的事故；當儲存電壓小于一定值時，應(yīng)允許其進行充電或放電，以保證在正常負荷下持續(xù)供電。（2）溫度：在整個系統(tǒng)中，對于工況的變化有很大的影響因素，所以對工況的控制也有很高的要求；而對電力電子裝置來說，則要滿足穩(wěn)態(tài)和熱穩(wěn)定的性能指標。（3）負載：因為蓄電池的充放電過程與電網(wǎng)并網(wǎng)的情況有關(guān)，所以要充分利用蓄電池的充放能力，使其能夠承受較大的壓力和電暈。同時還要注意不可以直接產(chǎn)生電弧，以免造成起火和損壞。如果不能完全避免，還應(yīng)該采取適當?shù)陌踩雷o措施。4結(jié)語儲能技術(shù)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其發(fā)展和應(yīng)用對整個國民經(jīng)濟的進步起著至關(guān)