基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的城市電網(wǎng)儲能電站啟發(fā)式選址和評估方法
李景華1，化晨冰1，蔣德玉1，曹嚴(yán)2*，吳奎華3，穆云飛2
（1. 國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司；2. 天津市智慧能源與信息技術(shù)重點實驗室（天津大學(xué)）；3. 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院）
本文得到國網(wǎng)山東省電力公司科技項目資助。本文發(fā)表在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》2021年第3期能源互聯(lián)網(wǎng)促進實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)專題，歡迎點擊品讀。
文章導(dǎo)讀
合理的選址規(guī)劃是促進儲能電站（energy storage power station, ESPS）在城市電網(wǎng)層面效能發(fā)揮的前提?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的城市電網(wǎng)儲能電站啟發(fā)式選址和評估方法可以為此提供解決方案，該方法分為ESPS候選站址方案初選層和方案決策與評估層。首先在初選層，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，根據(jù)城市電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)、線路導(dǎo)納和阻抗參數(shù)，將其表示成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖，并根據(jù)融合節(jié)點介數(shù)、鄰近中心性及節(jié)點負荷大小的綜合指標(biāo)篩選出電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點，作為啟發(fā)式選址規(guī)則，生成ESPS候選站址方案；進而在決策與評估層，以網(wǎng)損最小為目標(biāo)建立城市電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型，將網(wǎng)損最小的候選站址作為最終選址方案，并評估其在電網(wǎng)削峰填谷、電壓波動抑制等方面的作用。以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)為例，驗證了該方法的有效性。結(jié)果表明該方法無需大量歷史數(shù)據(jù)及優(yōu)化計算，可快速確定ESPS選址位置，輔助降低系統(tǒng)網(wǎng)損、平滑負荷曲線以及平抑系統(tǒng)電壓波動。
研究成果
1、綜合指標(biāo)結(jié)合了節(jié)點介數(shù)、鄰近中心性和節(jié)點負荷分布，根據(jù)其大小，可快速準(zhǔn)確的識別出系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點，將其作為ESPS候選安裝位置，減小了優(yōu)化計算的規(guī)模。相較于傳統(tǒng)方法，本方法簡單易行，且不需要大量的負荷及發(fā)電機數(shù)據(jù)。
2、采用本文方法得到的ESPS選址方案具有良好的效果，可以有效的降低系統(tǒng)網(wǎng)損，平滑負荷曲線，達到削峰填谷的效果，并能減小系統(tǒng)電壓的波動。
主要內(nèi)容
1、方法概述
基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的城市電網(wǎng)ESPS啟發(fā)式選址與評估方法整體框架如圖1所示。
? 圖1 方法整體框架
1） 候選站址方案初選層
本層首先獲取電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、節(jié)點負荷、線路導(dǎo)納、阻抗等信息；進而采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，將城市電網(wǎng)表示為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖，并計算各節(jié)點的節(jié)點介數(shù)、鄰近中心性，以及融合二者和節(jié)點負荷大小的綜合指標(biāo)以評估不同節(jié)點重要性；在此基礎(chǔ)上選擇綜合指標(biāo)值最高的節(jié)點作為ESPS候選安裝位置，采用排列組合法，初選出ESPS的候選站址方案，并將其傳遞給方案決策與評估層。
2） 方案決策與評估層
在方案決策與評估層，建立城市電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型，并根據(jù)第一層候選站址方案安裝ESPS，計算此時系統(tǒng)在典型日的潮流分布，并將網(wǎng)損最小的候選方案確定為ESPS最終選址方案；最后，評估該方案在削峰填谷、電壓波動抑制等方面給城市電網(wǎng)帶來的效果。
2、結(jié)果分析
以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)為例進行分析，對3臺50 MW/200 MWh的ESPS進行選址。首先將IEEE30節(jié)點系統(tǒng)建模成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖，如圖2所示。
? 圖2 IEEE30節(jié)點系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖
計算各節(jié)點的綜合指標(biāo)，如圖3所示。節(jié)點6、10、4和12的綜合指標(biāo)排名前4，將其作為ESPS的候選站址。將這4個節(jié)點進行排列組合，得到4組候選選址方案，候選空間由4060組降低為4組，可極大的提升選址方案的確定效率。進一步，計算采用4種候選方案安裝ESPS后系統(tǒng)的最優(yōu)潮流，得到候選方案3的總網(wǎng)損最小，固將其作為最終的ESPS選址方案。
? 圖3 各節(jié)點的綜合指標(biāo)
分析ESPS安裝后系統(tǒng)的網(wǎng)損、削峰填谷效果以及電壓波動情況。采用本文方法進行ESPS選址可以有效地降低系統(tǒng)的網(wǎng)損，比安裝前降低了1.04 MWh， 降幅約5.8%，如圖4所示。
? 圖4 夏季典型日各方案的網(wǎng)損
安裝ESPS后，可起到削峰填谷的作用，如圖5所示。在安裝ESPS前，系統(tǒng)的負荷在2:00—5:00較低，處于整個負荷曲線的谷值；而在10:00—16:00以及19:00—22:00這兩個時間段負荷較高，處于整個負荷曲線的峰值。當(dāng)安裝ESPS后，由于ESPS的調(diào)峰作用，2:00—5:00的實際負荷升高，而10:00—16:00以及19:00—22:00的實際負荷降低，使得整條負荷曲線變得較平穩(wěn)。
? 圖5 夏季典型日負荷曲線
ESPS接入后對節(jié)點電壓波動有很好的改善效果，將節(jié)點電壓的變化范圍縮小至區(qū)間[1.0207, 1.0600]，如圖6所示，且電壓變化曲線較為平穩(wěn)。
? 圖6 ESPS接入后各節(jié)點電壓變化情況
本文引文信息
李景華，化晨冰，蔣德玉，等. 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的城市電網(wǎng)儲能電站啟發(fā)式選址和評估方法[J]. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2021，4(3)：226-234.
LI Jinghua, HUA Chenbing, JIANG Deyu, et al. Heuristic locating and evaluation method of an energy storage power station in an urban power grid based on complex network theory[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(3): 226-234(in Chinese).
