基于CVaR的风电场群外送输电容量及储能优化配置研究

福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力有限公司经济技术研究院的研究人员王燕彬、叶荣、林章岁、江岳文，在2017年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，风电的大规模开发利用有助于缓解能源紧缺问题，然而，风电出力的波动性大并且其能量密度低，在进行风电外送的出线容量规划时，必须考虑风电功率整体波动特性的影响。

本文以平抑风电功率为目标，基于低通滤波原理，并利用储能配置平抑风电功率输出，在一定置信水平下，基于CVaR对风电场群外送输电容量和储能功率及容量配置进行优化。

通过算例表明，本文所提出的模型不仅可以降低外送输电容量上的投资，并且决策者可依据弃风电量和惩罚电量的大小选取合理的置信水平，而对外送输电容量和储能功率及容量进行优化配置。

环境污染和能源危机促进了可再生能源的大力发展，风力发电作为目前技术最成熟和效率最高的可再生能源发电形式，在全球范围内迅速发展。大规模风电接入电网后可能会出现电网电压水平下降、线路传输功率超出热极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题风电因其本身的随机波动性，给电网的规划和运行带来一系列影响。在对风电外送的输电线容量进行规划时，必须考虑风电功率整体波动特性的影响。

我国风资源具有较强的区域性，大都呈现出大规模集中开发的形式，风电消纳的瓶颈主要体现在风电的波动性和随机性对系统有功平衡的影响。随着风电装机容量的增加，风电最大输出功率对总装机容量的标幺值呈递减趋势，如果风电场群的外送输电线容量按照风电场群的总装机容量进行规划，将会造成输电线路的浪费，从而降低输电系统的运行效益；而风电外送输电容量配置过低，虽可以降低输电投资成本，但可能在风电场群整体出力较大的部分时段上因输电阻塞而造成弃风损失。

综合考虑风电消纳效益、高载能负荷调节成本和系统运行成本，建立以源荷协调运行效益最大化为目标的二层优化模型，但未引入储能提高对风电的消纳。提出了一种风电与火电联合发电的控制系统结构，然而，在风电场附近专门建设火电会提高投资成本。

根据节点电压区间值预测风电机组并网运行后造成的电压波动量，但是未对风电波动进行平抑。随着风电场向风电场群的汇聚，其出力波动值相对于总装机容量的标幺值呈递减趋势，如果分别给风电场配置储能相比给汇聚后的出力配置储能会更大，因此可以考虑从汇聚风电场群功率着手，实现多个风电场配合，可以在平抑风电输出功率时，减少储能充放电功率及容量配置。

利用储能系统配合风电出力满足输电线路协议，在输电线路容量不足时存储受限弃风电量，在输电容量充裕时进行合理释放，提高风电的接纳能力，但是该模型以输电线路容量已知作为前提。从配电公司经济效益的角度，对储能购电进行优化，未考虑储能长期优化配置。

利用光伏出力和负荷的预测误差，提出根据区间估计来进行储能装置容量的方法，然而该方法受限于长期预测误差的准确度而只适用于储能配置短期规划。基于荷电状态分级优化，提出混合储能风电功率的平抑方法，但未对储能配置进行优化。基于蒙特卡罗法和场景削减技术，给出了混合系统日前和日内的联合生产计划，并提供了风电和储能在线的具体调度指令，但未从长期的储能优化配置的角度进行考虑。

基于储能套利收入、政府电价补贴收入、减少电能转运费、延缓电网升级和储能全寿命周期成本，提出储能配置模型，未考虑输电阻塞和储能充放电功率以及容量限制可能带来的弃风损失。以系统净收益最大为目标提出考虑储能可变寿命特征的静态容量规划方法，但是未考虑风电波动率的并网要求。

综合考虑建设成本、运行成本和惩罚成本，对风电场群的储能充放电策略及容量配置进行优化，但未考虑输电线路阻塞可能带来的弃风损失。基于CVaR原理对大规模风储联合系统中的旋转备用进行优化，充分考虑了风电的不确定性可能带来的弃风风险。基于CVaR原理，综合考虑用电成本、储能运行成本和平滑出力成本，对储能配置进行优化，但是未考虑输电阻塞带来的弃风损失。

在上述文献研究的基础上本文以实际风电场群出力数据为基础，将各风电场的出力汇聚作为风电场群的总出力，利用储能对风电场群的总出力进行平抑。基于CVaR合理配置外送输电容量和储能功率及容量，在一定置信水平下，使风电场输出功率波动符合《风电场接入电力系统技术规定》，提高风能利用率，减少风电功率的而波动。

通过算例表明，本文所提出的模型不仅可以降低外送输电容量的投资，并且决策者可依据弃风电量和惩罚电量的大小选取合理的置信水平，对外送输电容量和储能功率及容量进行优化配置。

结论

本文基于风电场群“汇聚效应”，将各风电场的出力汇聚作为风电场群的总出力，利用储能对风电场群的总出力进行平抑。在一定置信水平下，基于CVaR合理配置外送输电容量和储能功率及容量，主要研究结论如下：

（1）储能与风电联合外送，有效地平抑了风电功率波动，使风电场输出功率波动符合《风电场接入电力系统技术规定》，并且使得平抑后的风电功率最大值低于平抑前的风电功率，从而可以减少外送输电线路的投资。

（2）外送输电线路容量的置信度水平不宜取太小，否则会引起大量的弃风，原因在于经过储能充放电平抑后的风电功率已经趋于平稳，过低外送输电容量将导致整体上的弃风。

（3）决策者可依据允许的弃风电量和惩罚电量的大小选取合理的置信水平，而对外送输电容量和储能功率及容量进行选择配置，对风电场的规划与运行工作可以起到指导规范作用。