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近年來，隨著世界各國(guó)對(duì)清潔能源需求的增長(zhǎng)，微電網(wǎng)作為一種能有效整合各種分布式電源的小型電力系統(tǒng)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，失去了外界電網(wǎng)的支撐，同時(shí)考慮到風(fēng)機(jī)、光伏等新能源出力隨機(jī)且用電負(fù)荷不確定，當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動(dòng)后其頻率往往難以穩(wěn)定，對(duì)安全運(yùn)行十分不利。

此外，分布式電源在參與獨(dú)立微電網(wǎng)的調(diào)頻時(shí)，如何有效提高新能源的利用率，提升儲(chǔ)能裝備的使用壽命，以及充分發(fā)揮新能源與儲(chǔ)能裝置的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，是助力實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)過程中的重要環(huán)節(jié)。

頻率穩(wěn)定是表征獨(dú)立微電網(wǎng)功率動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)。目前，微電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略主要包括：①基于分布式電源的傳統(tǒng)控制，如下垂控制、恒功率控制等；②利用儲(chǔ)能快速響應(yīng)能力以提高獨(dú)立微電網(wǎng)慣性的虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)等。然而，獨(dú)立微電網(wǎng)的慣性較小且網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)較為劇烈，一次調(diào)頻作為有差調(diào)節(jié)，難以滿足其孤島運(yùn)行的頻率品質(zhì)需求。因而，針對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)的二次調(diào)頻研究顯得尤為重要。

隨著風(fēng)力發(fā)電的廣泛應(yīng)用，風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置已成為微電網(wǎng)的重要組成部分，二者在參與微電網(wǎng)調(diào)頻時(shí)，往往需對(duì)風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置的出力進(jìn)行聯(lián)合控制以響應(yīng)頻率的變化。但是風(fēng)速具有時(shí)變特性，且儲(chǔ)能裝置的荷電狀態(tài)又直接影響著充、放電功率，這大幅增加了建模和控制的難度。模型預(yù)測(cè)控制以滾動(dòng)向前的方式求解有限時(shí)域優(yōu)化目標(biāo)，能較好地削弱可再生能源“時(shí)變性”和模型參數(shù)與真值的偏差等不確定性因素對(duì)控制產(chǎn)生的不利影響，魯棒性較好，目前已在工業(yè)過程控制和電力系統(tǒng)領(lǐng)域獲得了較好的應(yīng)用。

針對(duì)獨(dú)立微電網(wǎng)中的風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置協(xié)同參與調(diào)頻的關(guān)鍵技術(shù)，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、規(guī)?；姵貎?chǔ)能應(yīng)用技術(shù)湖南省工程研究中心的科研人員提出了一種功率柔性分配策略。期望綜合考慮參與調(diào)頻的風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置的工作狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化各自的“出力”配置，在確保各子系統(tǒng)安全的前提下，提高可再生能源在調(diào)頻中的能量利用率，同時(shí)保證調(diào)頻效果。

圖1 風(fēng)儲(chǔ)功率柔性分配策略控制架構(gòu)

他們首先分析多種分布式電源在獨(dú)立微電網(wǎng)中的運(yùn)行及控制方式；其次，建立獨(dú)立微電網(wǎng)中風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置聯(lián)合參與調(diào)頻的狀態(tài)空間模型；然后，以頻率偏差最小和能源利用率最高為指標(biāo)構(gòu)建滾動(dòng)時(shí)域內(nèi)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)頻率變化實(shí)時(shí)調(diào)整目標(biāo)函數(shù)中風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能出力項(xiàng)的權(quán)重以優(yōu)化各自出力。

此外，所提策略能夠參考風(fēng)速和儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)的時(shí)變特性，在每個(gè)時(shí)間斷面柔性調(diào)整約束條件的邊界，提高其安全運(yùn)行水平。最后通過搭建獨(dú)立微電網(wǎng)的仿真模型，并與傳統(tǒng)控制策略在多種工況下進(jìn)行仿真研究。

圖2 風(fēng)儲(chǔ)調(diào)頻流程

研究人員指出，研究結(jié)果表明，新策略具有三個(gè)重要特征：①可根據(jù)頻率對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，合理分配風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能裝置的有功出力，在確保調(diào)頻效果的同時(shí)進(jìn)一步提高新能源參與調(diào)頻的“份額”，降低棄風(fēng)率；②根據(jù)風(fēng)機(jī)與儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行狀態(tài)在線調(diào)整約束條件的邊界，提高二者在參與調(diào)頻時(shí)的安全運(yùn)行水平；③對(duì)模型參數(shù)準(zhǔn)確性的依賴度低，具有較好的魯棒性。

本文編自2022年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“獨(dú)立微電網(wǎng)風(fēng)儲(chǔ)協(xié)同調(diào)頻的功率柔性分配策略”。本課題得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、湖南省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目、湖湘高層次人才聚集工程項(xiàng)目、長(zhǎng)沙市杰出創(chuàng)新青年計(jì)劃和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助的支持。