儲熱融合儲能的風電消納優化控制

摘要：我國的北方地區有大量的平原，這些地區的風能資源非常豐富，國家因地制宜開發風電產業，使風電的裝機容量達到了世界首位。然而在風電產業如火如荼建設的過程中，也出現了風電棄風的現象，為了有效地對資源進行充分利用，逐步解決風電消納問題，我國風力發電產業的相關研發人員提出了熱儲熱熔和儲能的風電消納方案。本文重點對儲熱融合儲能的風電消納優化控制方案進行分析研究，以供參考。

Abstract： There are a large number of plains in the northern region of China. These regions are rich in wind energy resources. The country develops wind power industry according to local conditions， making the installed capacity of wind power the world's first. However， as the wind power industry is in full swing， the phenomenon of wind power abandonment has also appeared. In order to make full use of resources effectively and gradually solve the problem of wind power consumption， relevant R&D personnel in China's wind power industry have proposed a wind power absorption plan for thermal storage， thermal melting and energy storage. This article focuses on the analysis and research of optimized control schemes for wind power consumption based on heat storage and energy storage for reference.

關鍵詞：風電消納;管理;優化;儲熱融合儲能;控制

Key words： wind power consumption;management;optimization;heat storage and energy storage;control

中圖分類號：TM614 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）30-0163-02

1 ?我國風電發展過程中出現的問題

風光電熱儲綜合利用系統主要是分析風電以及太陽能等資源的規律，與實際情況相結合，對太陽能、風能等資源進行綜合化的利用，在實踐當中獲得了很好的效果，具有較好的應用前景。當前人們在進行電力系統構建方面，越來越重視風光儲互補發電技術的應用價值，在實踐當中應用領域越來越廣泛。造成限電棄風的原因很多，需要進行系統化地分析，主要在于我國能源結構不合理，在運行過程中系統調峰能力不足，我國風力發電主要的區域在三北地區，也就是西北地區、東北地區和華北地區，電力能源結構依舊以燃煤發電的純凝式機組為主。這種機組在運行過程中出現的主要問題在于調節能力不強，而且冬季在供熱的過程中，機組主要使用的是熱電聯產機組，在運行的過程中會導致調節能力進一步下降，造成嚴重的棄風問題。這些棄風問題會導致風能的大量浪費，供熱機、熱電聯產機組往往處于滿負荷工作的狀態，通過以熱定電的方式進行運行。在運行過程中，無法保證足夠的調節能力，如果遇上風電大發電，往往只能通過汽封等方式對電力需求進行平衡。另外，風力發電具有一定的季節性，在冬季往往出力較高，而且具有夜高晝低的反調峰特性，這就造成風電消納時出現嚴重問題，導致棄風問題出現。因此合理對風電消納方案進行研究，讓風電消納的能力提高，顯得越來越重要。

2 ?儲熱融合儲能的風電消納優化控制

2.1 目標函數

對蓄熱能和儲能的風電消納優化控制方案進行分析，需要注意合理進行儲熱、儲能系統的構建，合理進行風電消納，并且重視約束條件的控制。約束條件主要包含了電鍋爐功率約束、合約約束、消納棄風約束以及儲能儲熱裝置能量約束等。在本次研究過程中，蓄熱式電鍋爐融合儲能的優化控制方案，主要是對季風進行消納和控制為主的，需要注意在各個時刻風電廠向電網公司出售的棄風發電量需要低于風電場的總風量，在優化的過程中與實際情況相結合，依照不同合約的條件合理地對合約約束進行選擇，保證蓄熱罐每一時間段的蓄熱量符合實際運行需求。

2.2 改進粒子群算法

粒子群算法主要使用群體個體自身經驗的總結來對行為策略進行修正，最終獲得最優解粒子群算法。在運行過程中容易進行編程，而且原理簡單。在實際操作時，可以進行并行計算，應用非常廣泛。早期使用時也會出現早熟、收斂的問題，因此需要注意在面對多極值優化方面，合理進行改進。粒子群改進算法是多年優化后的結果，主要是一種具有全局收斂性的改進算法，是一種全局改進算法。在運行過程中，可以隨機進行理論分析，獲得最優解。

3 ?仿真分析

3.1 風電場數據分析

我國吉林地區的供熱器主要維持在174天，而東北地區在冬季供熱的時候棄風的現象非常嚴重。下面以吉林地區的風電場數據為基礎進行分析，將供熱期進行分段，前一個月和后一個月設定為供熱期的初期和供熱期的末期，區域時間段設定為供熱期的中期，對供熱期的典型數值進行評估，對歷史數據進行分析發現。在秋季的風電平均出力可以達到71.31MW，而冬季時能夠達到80.9MW。在春季時為99.61MW。通過數據分析發現風電出力的季節性非常明顯，對負荷功率進行分析，可以發現最高的負荷功率出現在早上7：00～10：00以及晚上的5：00～9：00之間，由此可以發現風電出力的反調峰性非常明顯。

3.2 算例分析

對供熱周期的數據進行分析，隨機抽出一天的實測數值，通過蓄熱式電鍋爐消納風電，在傳統方式運行過程中，晚間的電鍋爐運行較為穩定，功率一般在30兆瓦上下，生成的熱量一部分用于進行供熱，另一部分在儲熱罐當中存儲。另外在上午5：00到晚間22：00時將其放空。每天消納的棄風量為204.74MW·h，功率相對較低。蓄熱式電鍋爐融合儲能的聯合系統能夠有效地將風電電量消納，供熱功率一般維持在16.68MW到33.36MW，通過蓄熱絨和儲熱方式進行風電的消納，在實際操作時運行如圖1、圖2、圖3所示。

對數據進行分析可以發現，在凌晨0：00～2：00之間棄風功率比直供上限高，鍋爐主要在供熱上限功率的狀態下運行。蓄熱罐除了功率和電池充電功率均為正，蓄熱儲熱系統和電池儲電量隨時間的增加而逐步上升，在凌晨3：00～4：00以及上午8：00～9：00這兩個時間段，系統主要以棄風功率值供熱。在運行過程中，儲熱系統和儲能系統的能量沒有較大變化，而對圖4中的數據進行分析發現，9：00～11：00之間以及14：00～15：00之間的棄風功率比直供功率下限低。在此過程中，儲熱罐和儲能電池處于釋放能量的狀態，電鍋爐以棄風功率進行運行，而夜間19：00～21：00的時間段，除了系統當中的儲熱量過低，為了確保系統供熱的可靠性，防止下一時間段出現供熱不足的問題。因此在滿足直供熱下限的條件下，來進行儲油罐儲熱。

在運行過程中，使用蓄熱式電鍋爐融合儲能的協調優化辦法，來對消納的風電進行控制，在使用傳統方法進行控制時，系統24小時的棄風量能夠達到649.79MW·h，而使用新型混合系統之后，棄風量大幅度減少只有24.71MW·h，能夠減少大量的棄風電能，相比于傳統的運行控制模式，該系統可以有效地對棄風電能進行消納。

3.3 收益分析

通過改進粒子群算法來求解目標函數，分析混合系統運行過程中各時間段的收益情況，具體如圖5所示，由圖中數據分析可以發現，在多個時刻都出現了棄風功率達到直供熱上限等情況，收益走勢和棄風功率情況一致，與實際情況類似。由此可以發現，在電力系統優化的過程中，棄風電量非常關鍵，是對混合系統實時收益產生影響的一個重要因素。

4 ?結束語

本文主要對棄風問題進行分析，提出相應的優化控制方案，利用蓄熱式電鍋爐對風電進行消納的方式，相比于傳統消納風電的方式，能夠大幅度提升效率，提高總收益，是未來電力系統發展過程中的一個重要方向。

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作者簡介：鄭瑜（1981-），男，山東聊城人，中級工程師，碩士研究生，研究方向為電子商務。