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

首先，充分考慮工程實踐中對于精度與運算速度的要求，采用基于最優(yōu)裁剪極限學(xué)習(xí)機與支持向量回歸機的組合預(yù)測算法實現(xiàn)對分布式電源輸出功率的多時間尺度預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計復(fù)合儲能日前調(diào)度。

其次，運用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸獾姆椒▽?fù)合儲能日前調(diào)度分解為若干個本征模態(tài)分量，建立基于儲能循環(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)，從而得到超級電容、蓄電池和壓縮空氣儲能的目標(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能運行成本與SOC平衡的基礎(chǔ)上，將儲能與分布式電源視為整體，并主動調(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)濟效益。

復(fù)合儲能系統(tǒng)（Composited Energy Storage System, CESS）兼具供蓄能力和快速調(diào)節(jié)功率的特點，在平滑分布式能源功率波動、提高電壓質(zhì)量和提供功率主動調(diào)節(jié)能力等方面發(fā)揮著極大的作用[1-5]。目前針對復(fù)合儲能的研究主要集中于電池（Battery Storage,BS）與超級電容（Supercapacitor, SC）或飛輪儲能的組合上[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)合儲能更適于平滑分布式電源（DistributedGeneration, DG）功率波動，難以實現(xiàn)對分布式電源及負荷的主動調(diào)度。

壓縮空氣儲能（Compressed Air Energy Storage, CAES）具有儲能容量大、周期長、效率高、投資相對較小的特點，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等公司亦啟動了各自的CAES項目建設(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非補燃壓縮空氣儲能發(fā)電示范系統(tǒng)”已在安徽蕪湖試運行成功[10,11]；中科院工程熱物理所也有1.5MW示范工程在建。近年來先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（AdvancedAdiabatic Compressed Air Energy Storage, AACAES）的大力發(fā)展，使得早期壓縮空氣儲能電站對化石燃料依賴得以解決，實現(xiàn)了零排放。另外，隨著高壓氣罐儲氣技術(shù)的成熟，壓縮空氣儲能的應(yīng)用更為靈活[12]。

目前，微網(wǎng)復(fù)合儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題通常采用將儲能置于分布式電源的后端以剔除其中高頻分量的“被動”儲能方式。其中最為典型的是考慮儲能荷電狀態(tài)（State of Charge,SOC）的高通濾波法[14-16]，即利用高通濾波器將DG輸出功率波動分解為高、低頻分量并分別補償。然而，該類方法雖可有效平抑DG輸出功率波動，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波動對分解精度有影響等限制。因此，選擇更合適的DG波動功率分解算法成為復(fù)合儲能實際應(yīng)用中亟待解決的首要問題。

此外，現(xiàn)有方法多為利用儲能平滑特定頻段的DG功率波動，而忽視了儲能系統(tǒng)的主動調(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)合儲能系統(tǒng)提供了全新途徑，也為儲能對含分布式電源微網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)主動控制的奠定了基礎(chǔ)[13]。

針對以上問題，本文提出一種微網(wǎng)復(fù)合儲能系統(tǒng)主動控制策略，將儲能在控制架構(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-荷”的特性，實現(xiàn)對DG及負荷的主動調(diào)度。

首先對DG做多時間尺度預(yù)測，并將DG與儲能視為一個整體規(guī)劃復(fù)合儲能日前調(diào)度；然后，以儲能SOC平衡和循環(huán)壽命為目標(biāo)利用瞬時頻率理論分解并優(yōu)化重構(gòu)各儲能裝置的目標(biāo)功率。最后，基于某風(fēng)電場數(shù)據(jù)的仿真算例驗證該策略的有效性，為主動消納微網(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)合儲能的主動控制策略。該策略從峰谷電價差的經(jīng)濟性和用戶負荷需求等角度出發(fā)，將分布式電源與儲能視為一個整體，實現(xiàn)功率的統(tǒng)一調(diào)配。

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

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

責(zé)編：杉杉