经济性更好！波浪能灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度方法
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当前，波浪能液压发电系统一般采用最大效率转化的控制策略，然而由于波浪能装置的间歇式出力特性，直接通过电池消纳会导致电池容量损耗进一步增大。在这种背景下，是否追求波浪能的最大效率转化值得商榷。 强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）、广东电网公司珠海供电局的李飞宇、顾延勋等人，在《电工技术学报》上撰文，针对波浪能灵活接入的孤岛微电网系统，深入分析波浪能装置的工作原理，搭建波浪能液压系统的数学模型；在此基础上，以调度周期内的经济性最优为目标，综合考虑电池容量损耗和寿命损耗的影响，建立波浪能灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度模型。 仿真结果表明，相对于常规的孤岛微电网调度策略而言，在不同的波浪能出力场景下，该方案具有更优的经济性，为含波浪能的孤岛微电网经济运行策略提供了一个新的思路。 随着化石能源的不断减少，能源危机已经成为制约世界发展的关键性问题。与此同时，化石能源开发利用带来的环境污染、气候变化等问题也日益突出。在此背景下，大力发展可再生能源是实现“双碳目标”的重要途径。 目前，世界各国越来越重视海洋能的开发，据有关文献统计，全世界建成的海洋能试验场已超过20个，投入的研发资金超过50亿元。究其原因，波浪能除了无污染、可再生、储量大等优势外，在长时间尺度上还具有出力恒稳、有效出力时间久等优点。因此，波浪能装置被广泛用于海水淡化、制氢，并在海上石油平台、孤岛微电网、军事基地供能方面崭露头角。 对于波浪能装置的开发利用，许多专家学者做出了卓有成效的研究。早在20世纪70年代，就有国外科学家利用有限的船舶航行资料，分析计算了欧洲沿岸的海洋波浪能分布特征。在此之后，有关文献通过欧洲天气预报中心的海浪能再分析资料，研究分析了全球海域波浪能资源储量和分布情况，为波浪能的开发利用提供了理论可能。 此外，波浪能的资源分布除了受地球洋流的影响外，还与大陆架的距离有关。一般来讲，近海海域的波浪能资源较为匮乏，而远洋区域内的波浪能储存与转运等问题又给波浪能资源的消纳带来了新的挑战。为此，以换电船舶为代表的移动式储能的发展为波浪能开发利用提供了新的视角。在此背景下，电池通过船舶转移，将离岸式的波浪能装置生产的电能转移到电网的供电模式，成为了波浪能开发利用的新方向。
实际上，波浪能的出力特性不同于风、光等可再生能源，在短时间尺度上出力波动性较大，高效转化、利用较为困难。为解决上述问题，专家学者对波浪能装置进行了一系列的开发与改良。例如，有关文献通过超级电容来平抑波能装置的功率波动，然而由于波能装置出力频繁，导致超级电容重复投切，影响系统的稳定性；有关文献在能量转换环节加入了液压蓄能装置，解开了波况与电能输出之间的关联，实现了电能的稳定输出。 基于波浪能液压发电装置，有关文献分别针对其动力学以及能量转化系统进行了数学建模，探究了蓄能器压力、系统转速及其他电气转速的影响，为波能装置的自动控制理论发展奠定了基础。在此基础上，有关文献注重波浪能的转化效率，提出了液压发电系统最大效率转化控制策略，实现了波能装置的高效能量转换。 但是这样的高效能量转换是有代价的。具体来说，液压发电系统在放电之前需要经历一定时间的蓄能，导致其出力曲线呈现出放电时间短、放电功率高的特点。根据相关研究，蓄电池在面临这样的功率冲击时，容量损耗较正常运行方式会高出数倍。因此，高效能量转换是以蓄电池损耗的大幅增加为代价的。在此背景下，选择最大效率转化策略是否一定达到经济性最优还亟待商榷，而如何找到一个效率和损耗的平衡点是值得探究的。 华中科技大学等单位的研究者，首先对孤岛的供能模式进行了阐释；其次，深度分析了波浪能液压发电系统的组成和能量转化原理，搭建了波浪能液压系统细粒化模型；然后，总结现有控制策略存在的问题，提出适合孤岛微电网的波浪能最优功率跟踪（OET）策略；最后，以调度周期内的孤岛微电网成本最小为目标函数，量化分析储能的容量损耗成本，建立考虑波浪能装置接入的孤岛微电网调度模型，并设计了实际运行算例进行仿真验证，证明了所提调度策略相比较传统调度方案具有更好的经济性。
据悉，本研究的主要创新点如下：1）深度分析波浪能装置的出力特性，搭建了波浪能液压发电系统的细粒化模型；2）以孤岛微电网成本最小为目标，计及快充对蓄电池容量的损耗，建立考虑波浪能装置接入的孤岛微电网调度模型；3）针对波浪能装置由船舶灵活接入电网的形态，基于船舶和电池的行为变量和位置变量，搭建船舶和电池交通流深度耦合的时空转移模型。 研究者指出，较之常规的供电策略，含漂浮式波浪能装置的孤岛微电网采用船舶换电模式供电具有更好的经济性。另外，孤岛微电网满足源荷储的实时功率平衡，船舶换电模式在能量传输上表现出离散、延时的特性，船舶换电模式实现了海岛能源的动态平衡。 他们最后表示，液压发电系统细粒化调度策略通过对波浪能液压发电系统转速和蓄能器压力进行调控，相较于最大效率转化控制策略经济性提高了3.4%。 本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“波浪能液压发电系统灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度”。本课题得到广东电网公司电力规划专题研究项目的支持。 |
