风电及含风电微网中储能系统的容量配置研究

摘要

大规模风力发电系统的建设缓解了经济高速发展带来的电能供应紧张和日益严峻的环境压力。随着风电装机和并网规模的不断增加，风电自身的波动性和随机性对现有大电网的安全稳定运行造成了冲击，并制约着风电渗透率的进一步提高。将较小规模的风力发电系统就近和负荷构成微网作为一个整体接入大电网是提高大电网风电接纳能力的有效手段。但当微网中风电渗透率较高时，风电输出功率的波动性和随机性将破坏微网的负荷特性。
　　储能系统可以实时的进行电能的存储和释放，配合风力发电系统使用可以有效降低风电输出的随机性和波动性，改善其电源特性，提高其可控能力，从而提高大电网对风电的接受能力。配合含风电的微网系统使用，在并网运行时可以恢复被风电输出功率破坏的微网负荷特性，使得微网对大电网表现“友好”。在孤网运行时可以配合风电输出为负荷供电并维持微网的电压频率稳定。由于储能系统成本较高，为了提高使用储能系统的经济性并充分利用储能系统的容量，有必要对储能系统的容量进行优化配置。
　　本文采用实际风电场的输出功率数据，在分析了风电输出功率的特性之后，参照风电并网的相关要求，研究了以最小的储能系统容量满足风电并网运行要求的方法。在一个单位调节区间内，通过对二次型最优的基本方法的不断改进，确定了储能系统的最小必要容量。随后通过时间窗法的应用，将适用于一个单位调节区间的储能系统容量确定方法扩展到储能系统需长时间连续调节的工作情况。并确定了在长时间连续工作情况下储能系统的功率容量和能量容量和与之对应的调节后风电输出功率。
　　在含风电微网系统中，通过分析微网内风电输出功率特性，负荷功率特性以及公共连接点的交换功率特性，在并网运行状态下储能系统的工作目标是平滑公共连接点处交换功率的波动，使之符合大电网对微网并网运行的要求，以此为目标确定了储能系统的必要容量。在孤网运行状态下，储能系统的工作目标是配合风电场输出保证所有负荷电能供应，并在在不同孤网运行时长的情况下确定了储能系统的功率容量和能量容量。
　　最后在分析各种储能类型的工作特性的基础上，对实际应用储能系统时的储能系统功率容量和能量容量进行了修正。并针对使用复合储能系统的情况，探讨了储能体间的容量分配方法。

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1 绪论

1.1课题背景和意义

1.2风力发电技术发展现状

1.3微网研究现状

1.4储能技术发展现状

1.5论文主要内容和章节安排

2 基于分段处理的风电场并网用储能系统容量配置

2.1 引言

2.2 含储能系统风电并网系统

2.3 风电输出功率特性分析

2.3二次型最优下储能系统的容量确定

2.4 平均分段法下储能系统的容量确定

2.5分段长度优化法确定储能容量的方法

2.6 小结

3 基于时间窗法的风电场并网用储能系统容量配置

3.1 引言

3.2 长时间运行时风电输出功率的特性

3.3 长时间并网运行时储能系统的容量确定

3.4 储能系统容量优化

3.5 本章小结

4 含风电微网中储能系统的容量配置

4.1 引言

4.2 微网并网工作状态下储能系统的容量配置

4.3微网孤网运行模式下储能系统容量配置

4.4 本章小结

5 复合储能系统容量分配

5.1 引言

5.2 各类储能系统储能特性分析

5.3 储能系统容量确定

5.4 复合储能系统容量配置

5.5 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附 录 1 攻读博士学位期间发表的论文和成果

附 录 2 攻读博士学位期间参与的课题研究情况