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摘要：针对负荷侧电池储能电站（BESS)平抑由能源不确定性和负荷不确定性带来的计划外功率波动的功能 定位，并考虑BESS实际运行情况及新型蓄电池自身运行约束，以钠硫电池为例，建立了负荷侧新型BESS动 态功能运行、分析与评价的模型，针对电力系统中带有可再生能源的地区负荷的2种构成，即混合组网和独 立组网，分别提出了负荷侧BESS优化调度策略：协调调度和自主运行模式。算例证明了该模型在各运行方式 下的有效性，通过对算例结果的扩展计算，进一步讨论了系统中BESS的最佳配置数量及最佳联络线协议时 长的问题。

 

关键词：电池储能电站；钠硫电池；功率波动；可再生能源；BESS配置数量

 

中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1006 - 6047(2011)05- 0001-09

0引言

 

蓄能电站在电力系统中所起的作用可分为静态 功能和动态功能[1_2]，而由此产生的电力系统技术经 济改善的可量化指标称为蓄能电站的静、动态效益。 蓄能电站的静态功能是指其调峰填谷功能％动态 功能则是指其承担事故备用、负荷备用，满足发电及 负荷陡坡部分需要等运行备用功能随着可再生 能源的规模化利用，现代蓄能电站动态功能的主要 目的是抑制可再生能源电站以短时、剧烈为特点 的功率波动相比抽水蓄能电站[1_5]，电池储能电站 BESS ( Battery Energy Storage System )具有体积小、 对地理条件要求少、响应时间短等特点，这使得 BESS在性能和条件上更能胜任抑制可再生能源输 出功率波动的任务。另一方面，传统的铅酸类蓄电 池虽然在性能上能满足上述动态功能，但存在的容 量小、体积大、运行限制多、自放电率大、寿命短等缺 点限制了其在这方面大规模应用。而新型蓄电池相 比传统的蓄电池具有能量比高、充放电循环效率高 等优点，这使得由新型蓄电池组成的BESS在动态功 能应用方面有很广阔的前景。

 

一次能源的分布式电源和局部地区的负荷构成地区 电网,地区电网与主网之间有明确的解列点或联络线， 与配电网有公共接点并联网运行的微型电网即是一 个范例。当其与大电网相连时，为了维持系统运行 的安全可靠性，电力调度部门一般预先设定一日内 地区电网（或微网）与主网连接线（或公共接点）交 换功率的大小与方向；又由于BESS反应极快，投 运和爬坡时间可以忽略，所以BESS的运行即以维 持连接线上（或公共接点）交换功率为给定值作为控 制目标。

 

模式2:独立组网和自主运行模式。安装在负荷 侧的BESS独立组网并根据预设控制目标自主运行， 所需补偿的功率是整个系统负荷随机波动和随机电 源注人功率间的差值，以此保证局部地区供电质量 在可接受的范围之内。与大电网解列后独立运行的 微网和独立安装于负荷侧的大型储能系统均可视为 此种模式的范例。由于可再生能源电站出力的未知 和不可控，并不能完全保证对地区内负荷的正常、持 续供电。在这种情况下，BESS的运行目标调整为保 证负荷供电的连续性和充裕性，即当电能盈佘时充 电，当电能缺额时放电，运行性能的评价指标可以是 频率合格指标或停电时间、停电电量指标。

 

针对存在大量可再生能源功率注人的地区负荷 (或微网）中BESS动态功能,本文建立了以钠硫电池 为例的新型BESS动态充放电模型，并针对负荷地区 (或微网）不同的运行方式提出了优化调度策略，建 立了相应的效果评价指标并给出了算例结果。

 

目标函数1对应于第1种运行与控制模式，式

 

(1)表示《时刻地区电网的功率值总和^(i)与给定 的连接线的协议功率的差距。Kz)即为地区 电网输出至连接线的功率值，其数值上等于《时段系 统中风电场出力、光伏系统输出功率PpvO) 和负荷iad(t)所组成的功率波动加上BESS的投运 容量尸^(0,见式(3)~(5)。式(3)中％⑴和I⑴ 分别为单个BESS在t时段的放电和充电电量(单位 MW-h)，N腿为BESS的配置数量，At为单个时段的 持续时间。cr为BESS在单个时段的持续时间内的 自放电率,这里取0.05 %/5 min。式(5)表示的负荷 功率值Pm (0都是由静态部分fload# G )和动态部 分2个部分组成，静态部分即负荷的预测 值,动态部分即随机波动部分。

 

目标函数2对应于第2种运行与控制模式，式（2) 表示一天内负荷侧的停电电量!FNS(MW_h)。其中,iNS( •) 是停电时间函数，即若满足括号内条件，则函数值等 于相应的停电持续时间;若不满足,则函数值等于0。

 

式(6)~(9)描述的是BESS充放电的限制，同时 考虑到单位时间段内BESS的充电量和放电量受到

额定充放电速度、充放电效率、单位时间长短以及剩 余电量的限制。min丨|为取较小值函数；PL(0为t 时段的充电功率限制（MW),数值上等于t时段系 统中的发电量，包括传统发电机Pc(t)、风电场出力 和光伏系统输出功率/V⑴减去负荷值⑴ 所盈余的部分，见式(8);研胃和IF-分别为单个BESS 剩余电量『⑴(MW.h)的最大允许值和最小允许值； 妒0-1)为上一时段的BESS的剩余电量，见式（11); ft、尺分别为单个BESS的额定放电和充电功率;％、 t?c分别为BESS的放电和充电的效率,这里均取87 %； 为了避免充放电的冲突，u。和ud分别为充电和放电 的状态标志，u。和Ud只能为非负整数，当u。和Ud均 为0时表示BESS运行在浮充状态，见式(9)。

 

式（10)(11)描述的是每时段之间剩余电量IF(t) 的递推过程。当BESS倍出力放电时，由于蓄电池自 身的放热和维护等原因，会导致放电时间的大幅缩 短[7_9];这里引用文献[10]中对NAS电池储能电站建 模时的等价方法，即在BESS倍出力运行时，加入相应 的电量惩罚lTl08S⑴（MW.h),见式（10);‘表示了 BESS的过放电能力，是一个无量纲的倍数;fd(AUJ 为对应的BESS最长放电时间，具体数值可査 表1得到；表1是根据BESS的实际运行情况》1]4]订 制出的9种放电模式，式（10)中的8即表示额定放, 电时的与WAUJ的乘积；式（11)表示BESS剩 余电量前后时段的递推关系。