中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員嚴(yán)毅、張承慧等，在2017年第20期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種含壓縮空氣的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)在交直流混合微網(wǎng)中的主動(dòng)控制策略。

首先，充分考慮工程實(shí)踐中對(duì)于精度與運(yùn)算速度的要求，采用基于最優(yōu)裁剪極限學(xué)習(xí)機(jī)與支持向量回歸機(jī)的組合預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源輸出功率的多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)復(fù)合儲(chǔ)能日前調(diào)度。

其次，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾姆椒▽?fù)合儲(chǔ)能日前調(diào)度分解為若干個(gè)本征模態(tài)分量，建立基于儲(chǔ)能循環(huán)壽命與荷電狀態(tài)（SOC）平衡的目標(biāo)函數(shù)，并利用瞬時(shí)頻率理論將各本征模態(tài)分量優(yōu)化重構(gòu)，從而得到超級(jí)電容、蓄電池和壓縮空氣儲(chǔ)能的目標(biāo)輸出功率。

最后，基于某風(fēng)電場數(shù)據(jù)所建立的仿真算例表明，本方法能夠在綜合考慮儲(chǔ)能運(yùn)行成本與SOC平衡的基礎(chǔ)上，將儲(chǔ)能與分布式電源視為整體，并主動(dòng)調(diào)度其輸出功率，從而有效提升微網(wǎng)系統(tǒng)的能量利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)（Composited Energy Storage System, CESS）兼具供蓄能力和快速調(diào)節(jié)功率的特點(diǎn)，在平滑分布式能源功率波動(dòng)、提高電壓質(zhì)量和提供功率主動(dòng)調(diào)節(jié)能力等方面發(fā)揮著極大的作用[1-5]。目前針對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能的研究主要集中于電池（Battery Storage,BS）與超級(jí)電容（Supercapacitor, SC）或飛輪儲(chǔ)能的組合上[6,7]。

然而，受成本、容量、壽命以及環(huán)境等因素制約，現(xiàn)有復(fù)合儲(chǔ)能更適于平滑分布式電源（DistributedGeneration, DG）功率波動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源及負(fù)荷的主動(dòng)調(diào)度。

壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed Air Energy Storage, CAES）具有儲(chǔ)能容量大、周期長、效率高、投資相對(duì)較小的特點(diǎn)，因此近年來備受國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注[7,8]。目前，美國和德國均已有商用CAES電站投入使用，德國RWE Power和美國SustainX等公司亦啟動(dòng)了各自的CAES項(xiàng)目建設(shè)[9]。

在國內(nèi)，清華大學(xué)、中科院理化所及中國電科院研制的“500kW非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能發(fā)電示范系統(tǒng)”已在安徽蕪湖試運(yùn)行成功[10,11]；中科院工程熱物理所也有1.5MW示范工程在建。近年來先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（AdvancedAdiabatic Compressed Air Energy Storage, AACAES）的大力發(fā)展，使得早期壓縮空氣儲(chǔ)能電站對(duì)化石燃料依賴得以解決，實(shí)現(xiàn)了零排放。另外，隨著高壓氣罐儲(chǔ)氣技術(shù)的成熟，壓縮空氣儲(chǔ)能的應(yīng)用更為靈活[12]。

目前，微網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題通常采用將儲(chǔ)能置于分布式電源的后端以剔除其中高頻分量的“被動(dòng)”儲(chǔ)能方式。其中最為典型的是考慮儲(chǔ)能荷電狀態(tài)（State of Charge,SOC）的高通濾波法[14-16]，即利用高通濾波器將DG輸出功率波動(dòng)分解為高、低頻分量并分別補(bǔ)償。然而，該類方法雖可有效平抑DG輸出功率波動(dòng)，但存在功率分解較粗糙、調(diào)度性差等不足。

在此基礎(chǔ)上提出的小波包分解DG波動(dòng)功率等方法[17,18]亦受到小波分解算法自適應(yīng)性較差、基波選擇以及原始信號(hào)波動(dòng)對(duì)分解精度有影響等限制。因此，選擇更合適的DG波動(dòng)功率分解算法成為復(fù)合儲(chǔ)能實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的首要問題。

此外，現(xiàn)有方法多為利用儲(chǔ)能平滑特定頻段的DG功率波動(dòng)，而忽視了儲(chǔ)能系統(tǒng)的主動(dòng)調(diào)控能力，限制了其在微網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。前述CAES技術(shù)的快速發(fā)展為配置綠色、大容量復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了全新途徑，也為儲(chǔ)能對(duì)含分布式電源微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的奠定了基礎(chǔ)[13]。

針對(duì)以上問題，本文提出一種微網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)主動(dòng)控制策略，將儲(chǔ)能在控制架構(gòu)層面置于源與荷之間并作為系統(tǒng)的核心，綜合考慮“源-儲(chǔ)-荷”的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)DG及負(fù)荷的主動(dòng)調(diào)度。

首先對(duì)DG做多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)，并將DG與儲(chǔ)能視為一個(gè)整體規(guī)劃復(fù)合儲(chǔ)能日前調(diào)度；然后，以儲(chǔ)能SOC平衡和循環(huán)壽命為目標(biāo)利用瞬時(shí)頻率理論分解并優(yōu)化重構(gòu)各儲(chǔ)能裝置的目標(biāo)功率。最后，基于某風(fēng)電場數(shù)據(jù)的仿真算例驗(yàn)證該策略的有效性，為主動(dòng)消納微網(wǎng)中分布式能源的不確定性提供了有效途徑。

圖1 交直流混合微網(wǎng)結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文提出一種微網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能的主動(dòng)控制策略。該策略從峰谷電價(jià)差的經(jīng)濟(jì)性和用戶負(fù)荷需求等角度出發(fā)，將分布式電源與儲(chǔ)能視為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)功率的統(tǒng)一調(diào)配。

在結(jié)構(gòu)方面，復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)以壓縮空氣儲(chǔ)能作為能量型儲(chǔ)能單元，并以超級(jí)電容、蓄電池作為功率型儲(chǔ)能單元，該結(jié)構(gòu)大幅增加了儲(chǔ)能的容量與壽命，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，從而保障了主動(dòng)控制的實(shí)施。

在調(diào)度策略方面則是以分布式電源輸出功率的多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，從瞬時(shí)頻率的角度優(yōu)化分析目標(biāo)輸出功率，最后分別得到壓縮空氣儲(chǔ)能、蓄電池以及超級(jí)電容的目標(biāo)功率，使各儲(chǔ)能裝置達(dá)到SOC平衡與循環(huán)壽命最優(yōu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式電源與儲(chǔ)能這一整體的主動(dòng)控制，從而有效提升了微網(wǎng)系統(tǒng)的能量利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

責(zé)編：杉杉