含高渗透率风电电力系统中复合储能优化配置研究

摘要

以风电为代表的可再生能源发电技术的迅猛发展，能够有效地解决目前人类社会所面临的能源危机和环境污染等问题。由于风电出力固有的随机波动性，其大规模并网将严重影响电网的安全稳定运行。近年来迅速发展的电能存储技术为解决该问题提供了有效的思路。如何充分发挥各类储能技术的特点，合理配置储能系统，以提高系统对风电的消纳能力并提高系统的运行经济性，是目前亟待解决的问题。
　　本文研究了含高渗透率风电电力系统中的复合储能系统的优化配置问题。首先综述了目前储能技术的发展及其在电力系统中的应用情况，并着重对电池储能、抽水蓄能及压缩空气储能三种储能技术进行了详细的分析。
　　为充分考虑风电出力的随机性及特殊性，提出了风电典型场景及极端场景的提取方法。为充分消纳风电并保证系统的经济运行，提出了利用电池充放电迅速的特点以平抑风电高频功率波动，利用抽水蓄能系统调节容量大的特点参与系统的调峰运行。由此，提出采用时频变换的方法将风电分解为多个时间尺度的分量，通过离散傅立叶变换法对风电出力进行频谱分析，以满足风电并网功率波动率的技术要求为目标，从中确定出需要电池平抑的风电高频功率分量。在此基础上，提出了将电池及抽水蓄能构成的复合储能配置在含风电并网的电力系统中，并以系统年总费用最小为目标，研究了复合储能的容量优化配置方法。
　　考虑到大电网集中供电方式所暴露的问题以及目前分布式风力发电的迅速发展，研究并提出了将电池及压缩空气储能构成的复合储能配置在含分布式风电电源的配电网系统中。电池储能仍以其充放电迅速的特点用于平抑风电功率波动；而考虑到储能容量规模及选址问题的限制，则采用小型压缩空气储能系统参与系统的调峰运行，研究并分析了其在出力特性方面与抽水蓄能的区别，并提出了压缩空气储能系统的调峰运行优化方法。在此基础上，以系统的总费用最小为目标，从储能的选址、定容以及优化运行三个方面进行分析，提出了电池/压缩空气储能系统在含分布式风电电源的配电网系统中的优化配置方法。
　　最后，分别对含风电电力系统及含分布式风电电源的配电网系统进行算例计算，算例结果验证了所提出的两种复合储能优化配置模型在两种不同场合中应用的合理性及有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3 本文的主要研究工作

2 储能技术特性分析及复合储能系统构成方案

2.1 储能技术的分类

2.2 几种适用于含风电电力系统中的储能技术

2.3 复合储能系统构成方案

2.4 小结

3 含风电电力系统中电池/抽水蓄能复合储能优化配置

3.1 风电出力典型场景及特殊场景的提取方法

3.2 基于离散傅立叶变换的风电多时间尺度出力模型

3.3 电池/抽水蓄能复合储能系统的优化配置模型

3.4 算例分析

3.5 小结

4 含分布式风电配电网中电池/压缩空气复合储能优化配置

4.1 压缩空气储能系统的调峰运行优化方法

4.2 电池/压缩空气复合储能系统优化配置模型

4.3 复合储能优化配置模型求解方法

4.4 算例分析

4.5 小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录A 算例原始数据

附录B 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目情况