本文將AA-CAES電站作為重要的調(diào)度資源，與常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電共同參與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度。首先，基于AA-CAES電站的熱力學(xué)特性，建立能夠反映AA-CAES電站變工況條件下運(yùn)行特性的儲(chǔ)能電站運(yùn)行約束模型。然后，考慮AA- CAES電站在自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）階段的功率調(diào)節(jié)不確定性，建立AA-CAES電站AGC約束模型。

 

在此基礎(chǔ)上，提出含AA-CAES電站的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度模型，該模型考慮了系統(tǒng)AGC容量需求約束、AGC調(diào)節(jié)速率需求約束和AGC調(diào)節(jié)任務(wù)量需求約束。最后，基于修改版IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算例仿真，仿真結(jié)果證明了調(diào)度模型的有效性。

 

大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。在諸多儲(chǔ)能技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed Air Energy Storage, CAES）因其具有容量大、壽命長、低成本等優(yōu)點(diǎn)，而被公認(rèn)為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一。但傳統(tǒng)CAES存在依賴化石燃料、循環(huán)效率較低等技術(shù)瓶頸，限制了其規(guī)?；瘧?yīng)用。

 

為了解決上述瓶頸，學(xué)者們提出了先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage, AA-CAES）的概念。AA-CAES摒棄了傳統(tǒng)CAES的補(bǔ)燃環(huán)節(jié)，利用熱能存儲(chǔ)技術(shù)重用壓縮熱，提升了系統(tǒng)循環(huán)效率，被認(rèn)為是CAES技術(shù)領(lǐng)域的主流發(fā)展趨勢之一。

 

目前，德、美、中等國紛紛開展了一系列關(guān)于AA-CAES技術(shù)的研究，并已建設(shè)了多座AA-CAES示范工程。德國萊茵集團(tuán)等正在籌建全球第一座大規(guī)模AA-CAES電站，該電站設(shè)計(jì)功率為90MW、設(shè)計(jì)容量為360MW•h，目標(biāo)循環(huán)效率約為70%；美國LightSail Energy公司已開發(fā)了一套基于可逆型活塞式機(jī)械的AA-CAES示范系統(tǒng)。

 

在國內(nèi)，清華大學(xué)、中科院理化所和中國電科院研制的500kW AA-CAES實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已于2014年在安徽蕪湖建成；中科院工程熱物理研究所已在河北廊坊建成了一座1.5MW AA-CAES實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并正在貴州畢節(jié)建設(shè)一座10MW/40MW•h的AA-CAES示范系統(tǒng)；2016年，科技部設(shè)立10MW級(jí)AA-CAES國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，計(jì)劃建設(shè)一座10MW/100MW•h的AA-CAES示范系統(tǒng)，系統(tǒng)“電到電”效率不低于60%，并實(shí)現(xiàn)40%～110%寬工況穩(wěn)定運(yùn)行；2017年，國家能源局批準(zhǔn)立項(xiàng)了一座50MW的國家級(jí)AA-CAES示范電站，下一步建設(shè)目標(biāo)為100MW級(jí)AA-CAES示范系統(tǒng)。

 

國內(nèi)外學(xué)者已針對CAES電站參與電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行開展了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[8,9]在機(jī)組組合模型中考慮了風(fēng)電和傳統(tǒng)CAES電站，并分析了CAES電站在風(fēng)電消納、節(jié)能減排、輸電阻塞等方面的作用。文獻(xiàn)[10]在文獻(xiàn)[9]的基礎(chǔ)上增加了需求響應(yīng)資源，提出了含CAES電站的“源荷儲(chǔ)”協(xié)同調(diào)度策略。

 

文獻(xiàn)[11]考慮了傳統(tǒng)CAES中壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和儲(chǔ)氣室在部分負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行特性，建立了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)CAES等效電池調(diào)度模型，并提出了傳統(tǒng)CAES電站在日前能量市場和備用市場的自調(diào)度策略。文獻(xiàn)[12]量化分析了傳統(tǒng)CAES電站和AA-CAES電站在負(fù)荷轉(zhuǎn)移和備用服務(wù)方面的效益。

 

文獻(xiàn)[13]提出了一種面向傳統(tǒng)CAES電站和風(fēng)電場聯(lián)合系統(tǒng)的日前自調(diào)度策略。文獻(xiàn)[14]建立了一種小型AA-CAES系統(tǒng)調(diào)度模型，并提出了其在微型能源互聯(lián)網(wǎng)中的優(yōu)化調(diào)度策略。

 

上述文獻(xiàn)提出了CAES系統(tǒng)在日前時(shí)間尺度下的能量、備用優(yōu)化調(diào)度方法，但未見關(guān)于AA-CAES電站實(shí)時(shí)調(diào)度建模及實(shí)時(shí)調(diào)度策略的相關(guān)研究。實(shí)時(shí)調(diào)度是銜接電力系統(tǒng)日前調(diào)度與自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control, AGC）過程的重要環(huán)節(jié)，用于跟蹤系統(tǒng)功率變化，并配合AGC功率分配因子的設(shè)置。

 

AA-CAES電站具有大功率、大容量、寬工況、快速啟停、高爬/滑坡速度等優(yōu)點(diǎn)，其能夠以相對較低的成本進(jìn)行快速、持續(xù)、大范圍的功率調(diào)節(jié)。因此，在實(shí)時(shí)調(diào)度中，應(yīng)充分考慮AA-CAES電站的運(yùn)行特性，并充分發(fā)揮其優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能。

 

AA-CAES電站是一個(gè)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能、熱能轉(zhuǎn)換的復(fù)雜系統(tǒng)，其充/放電功率、剩余電量等重要狀態(tài)量均與系統(tǒng)關(guān)鍵部件的溫度、氣壓、效率等參數(shù)密切相關(guān)，且在實(shí)際運(yùn)行過程中，上述參數(shù)均為偏離額定值的變量。

 

此外，當(dāng)AA-CAES電站參與AGC調(diào)頻后，其將自動(dòng)響應(yīng)AGC指令并調(diào)節(jié)充/放電功率，若在實(shí)時(shí)調(diào)度中不考慮AGC階段的調(diào)節(jié)功率不確定性，則可能造成AA-CAES電站因剩余電量接近限值而無法執(zhí)行調(diào)控指令的事故。

 

因此，在AA-CAES電站實(shí)時(shí)調(diào)度建模中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下問題：①建立能夠反映AA-CAES電站變工況條件下系統(tǒng)參數(shù)變化特性的實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行約束模型；②建立計(jì)及AGC階段的調(diào)節(jié)功率不確定性的AA-CAES電站AGC容量約束模型。

 

本文基于AA-CAES電站熱力學(xué)模型并計(jì)及AGC階段的調(diào)節(jié)功率不確定性，建立了能夠反映AA- CAES電站變工況條件下系統(tǒng)參數(shù)變化特性的實(shí)時(shí)調(diào)度模型。在此基礎(chǔ)上，提出了含AA-CAES電站、常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度策略。最后，通過仿真算例證明了調(diào)度模型的有效性。

 

 

圖1 AA-CAES電站示意圖

結(jié)論

 

本文建立了能夠反映AA-CAES電站變工況條件下運(yùn)行特性的運(yùn)行約束模型，以及考慮調(diào)節(jié)功率不確定性的AGC約束模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種含AA-CAES電站的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度模型，得到以下結(jié)論：

 

1）AA-CAES電站具有大功率、大容量、動(dòng)態(tài)特性優(yōu)越、調(diào)節(jié)成本低等優(yōu)點(diǎn)，其在實(shí)時(shí)功率平衡和承擔(dān)AGC調(diào)頻需求等方面具有優(yōu)勢。AA-CAES電站參與實(shí)時(shí)調(diào)度后，能夠有效提升系統(tǒng)風(fēng)電消納率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

 

2）提升AA-CAES電站壓縮機(jī)、膨脹機(jī)的等熵效率以及提高AA-CAES電站運(yùn)行范圍，均有助于提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。此外，隨著AA-CAES電站運(yùn)行范圍的縮減，AA-CAES電站提供AGC容量的能力有所下降，系統(tǒng)總AGC成本明顯增高。