基于功率频率分解的孤立微电网储能容量优化配置

摘要

随着能源危机和环境污染加剧，风能等清洁型新能源受到高度重视。但是，由于间歇性和波动性，风电大规模并网会对电网安全稳定运行造成影响。风电以微电网形式接入大电网后能降低其对电网的冲击，在微电网中接入储能系统可以有效的改善风电功率波动造成的影响。储能系统可以平抑有功功率波动，在微电网稳定运行中发挥着重要的作用，合理的配置储能对提高微电网可靠性和经济性具有重要意义。本文围绕孤立微电网功率平衡分析、储能系统对微电网可靠性的影响和储能容量优化配置开展了如下工作：
　　为刻画微电网（风机-微燃机-储能）风电场输出功率和负荷波动性，给出了微电网等值缺额功率的定义，即负荷与风电功率波动差值；根据缺额功率的波动性，建立微电网缺额功率分解的傅里叶变换模型，即将缺额功率分解为低频分量和高频分量，定义缺额功率高频分量为微电网不平衡功率。同时，提出采用微燃机平衡缺额功率低频分量，采用储能平衡高频分量的微燃机-储能联合运行策略。对某海岛微电网进行了算例分析，结果表明：在满足负荷需求和不增加微燃机燃料消耗的前提下，本文提出的运行策略能有效的降低储能系统配置容量的要求。
　　基于微燃机-储能联合运行策略建立了储能系统六状态可靠性模型，基于该模型给出储能系统充放电功率调整策略；计及微电网充裕度指标和微电网风电吸纳水平指标，建立微电网可靠性评估模型。采用时序蒙特卡罗法模拟系统运行状态，计及各元件可靠性模型，同时考虑到微燃机运行备用，对系统可靠性指标进行计算，结果表明：微燃机-储能联合运行策略相比其他运行策略，在降低微燃机燃料消耗的同时能有效的提高微电网可靠性；合理的配置储能可以在提高系统可靠性的同时能降低投资成本。
　　不平衡功率经频率分断后所得分量分别由两种储能补偿，而分断点选择不同，储能配置结果将会不同，基于储能功率循环特性，提出不平衡功率频域最优分断点的选定原则，并以分断点为决策变量，建立微电网混合储能优化配置模型。根据储能系统充放电时间跨度的不同，基于傅里叶变换将不平衡功率分解成日分量和小时分量，分别使用压缩空气储能和钠硫电池平衡该分量，计及了功率平衡、微燃机运行、储能运行、分断点和可靠性等约束条件，以储能运行成本、可靠性成本和弃风惩罚成本之和最低为目标函数，对混合储能容量进行优化配置。结果表明：使用混合储能相比单一储能可以有效的降低总成本，提高微电网可靠性和风电利用率，选择合适的分断点能进一步提高经济性。

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英文摘要

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1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 微电网研究发展现状

1.3 微电网分布式电源出力、负荷特性分析研究现状

1.4 微电网可靠性研究现状

1.5 储能容量优化配置研究现状

1.6 本文主要工作

2 基于傅里叶变换的孤立微电网缺额功率分解模型

2.1 引言

2.2 微电网电源出力模型

2.3 微电网储能运行策略

2.4 缺额功率的离散傅里叶分解模型

2.5 缺额功率分解中频率段的划分及不平衡功率的定义

2.6 算例分析

2.7 本章小结

3 计及储能充放电策略的孤立微电网可靠性评估

3.1 引言

3.2 时序蒙特卡罗模拟法概述

3.3 微电网电源可靠性模型

3.4 储能系统充放电功率调整策略

3.5 基于联合运行策略的微电网可靠性评估

3.6 算例分析

3.7 本章小结

4 基于不平衡功率分解的孤立微电网混合储能优化配置

4.1 引言

4.2 计及储能特性的不平衡功率优化分解

4.3 孤立微电网混合储能配置优化模型

4.4 混合储能容量配置优化算法

4.5 算例分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的项目

C. 作者在攻读学位期间取得的科研成果