学术︱基于储能SOC优化控制的风储电站实时跟踪发电计划控制策略
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国家能源主动配电网技术研发中心（北京交通大学）的研究人员罗煜、黄梅、鲍谚、张维戈、严乙桉，在《电工技术学报》2016年增刊1上撰文指出，随着风力发电的快速发展，提高风力发电的可调度性受到了越来越多的关注。
针对目前跟踪发电计划控制策略存在的问题，研究基于储能SOC优化控制的风储电站实时跟踪发电计划控制策略，提出保证在误差允许范围内实时跟踪发电计划的前提下，以降低储能系统电量波动范围和放电深度为控制目标、采用实时滚动优化方法的控制策略，建立了储能SOC优化控制模型，并采用基于动态规划的优化算法进行求解。
最后以北方某风光储输联合发电示范工程中的实测数据为例编程仿真，并与普通控制策略对比分析，验证了本文方法的可行性与有效性。
风力发电存在随机性、间歇性等缺点[1-3]，同时风电功率日前预测技术不完善，预测准确度不高，导致了风电的可调度性较差，严重影响电网的运行特性。电池储能系统具有容量大、反应速度快、双向功率流动等特性，在改善风力发电特性方面有着广泛的应用[4-7]。主要有削峰填谷[8, 9]、跟踪发电计划[10-14]、平抑风电功率波动[15-20]等。
文献[10]阐述了国家风光储输示范工程，分析并验证了典型运行模型下控制策略的可行性，包括平滑风光功率输出、削峰填谷、跟踪发电计划以及参与系统调频。文献[11]研究了一种结合超短期预测的风储电站实时跟踪发电计划的控制策略。
文献[12]提出的跟踪风电计划出力策略首先进行超短期功率预测，然后利用粒子群算法对储能系统充放电策略进行优化，从而提高了风电跟踪计划出力能力。文献[13]通过统计量化的方法分析了储能系统的作用范围。通过实例仿真，验证了利用电池储能系统实现风储电站实时跟踪发电计划的合理性与可行性。
文献显示目前研究的风储电站实时跟踪发电计划控制策略（下文简称普通控制策略）大多采用即时调节方法，只根据当前时刻风电场实际出力与风电场发电计划的偏差来计算储能充放电功率，并不考虑储能系统未来荷电状态（State Of Charge，SOC）的变化情况。
同时目前储能系统的成本相对较高，限制了风电场的储能配置容量大小，如果控制策略缺少对未来储能SOC变化趋势的考虑，单纯地考虑当前充放电往往会导致储能系统因为容量不足出现过充过放的情况。其结果是，不仅严重影响跟踪发电计划的效果，降低风电的可调度能力，而且对储能系统而言，长期处于过充过放状态会严重影响其使用寿命。
针对上述控制策略存在的问题，本文提出了一种基于储能SOC优化控制的风储电站实时跟踪发电计划控制策略（下文简称优化控制策略）。该控制策略保证在误差允许范围内实时跟踪发电计划的前提下，以降低储能系统电量波动范围和放电深度为目标，采用实时滚动优化的方法，考虑了滚动时间窗口内储能SOC 的变化情况，基于动态规划算法求解得到储能下一时刻的充放电功率，进而优化控制储能SOC。这有利于延长储能系统的寿命，最大限度利用储能系统容量。
图9 两种控制策略下储能充放电功率曲线
结论
本文针对目前风储电站跟踪发电计划控制策略存在的问题，提出了基于储能SOC优化控制的风储电站实时跟踪发电计划控制策略。考虑了滚动时间窗口内储能系统的SOC变化情况，提出了储能系统SOC实时滚动优化模型，采用基于动态规划的方法进行求解。
算例仿真结果表明了优化控制策略的可行性与有效性，所述控制策略在保证实时跟踪发电计划的前提下，能够最大化地降低储能系统SOC的变化范围，降低了储能放电深度，这有利于延长储能系统的寿命，同时最大限度利用储能系统容量。这对风储电站实时跟踪发电计划的问题有一定的参考意义。