风力发电系统中储能容量优化配置

摘要

随着世界经济的快速发展,全球对电力的需求也在持续的增长。然而化石燃料日益枯竭,环境污染问题不断加剧,这就促进了风电等可再生能源发电技术的开发和利用。风能是目前最具有大规模商业化开发潜能的可再生能源,风力发电联网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径。然而,风电输出功率具有波动性、间歇性和难预测性等特点,大规模风电并网给电力系统的安全稳定运行带来极大的困难。因此,如何采取有效措施平抑风电场输出功率的波动以保证电网安全稳定运行,对于实现风电大规模并网具有积极的意义。
　　储能技术为可再生能源发电系统提供了能量缓冲、平衡和后备的作用,近年来受到了越来越多的关注。将储能装置引入到风力发电系统中,可有效平抑其输出功率的波动,减轻其对电力系统的不利影响,从而保证电网安全稳定运行,提高风电接入电网的能力。在各种储能技术中,作为新兴储能技术的液流电池和超级电各器具有功率响应速度快、储能效率高、使用寿命长等优点,非常适合于与风力发电系统配套使用。另外,目前储能系统成本昂贵。如何合适地选取储能装置的容量,使系统同时符合可靠性和经济性需求,对于储能的推广应用具有重要的理论和实际意义。因此,本文将主要围绕液流电池储能技术和超级电容器储能技术在风力发电系统中的容量优化配置问题展开研究。
　　本文首先分析了风力发电输出功率的波动特性,给出了储能容量优化配置的评价指标,为储能平抑风电功率波动的容量配置研究奠定了基础。其次,本文建立了基于液流电池储能平抑风电输出功率波动的储能容量优化配置数学模型,采用混沌粒子群优化算法进行了算例分析,得到了平抑效果比较理想且具有一定经济性的储能容量优化配置参数。最后,本文针对液流电池-超级电容器混合储能系统,设计了基于低通滤波原理的混合储能协调控制策略。该策略通过使液流电池和超级电容器对风电输出功率波动按时间特性进行分类补偿来确定二者的容量。算例分析部分给出了混合储能的容量优化配置结果,并分析了混合储能对比单一储能方式的技术经济性优势。

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1 绪论

1 .1选题背景及其意义

1 .2国内外研究现状

1 .3本文的主要工作

2 风电功率特性及储能容量优化配置的评价指标

2 .1风电出力特性

2 .2储能系统介绍

2 .3风力发电系统中储能容量优化配置评价指标

2 .4本章小结

3 基于液流电池储能的风电机组储能容量优化

3 .1储能容量优化方案

3 .2混沌粒子群优化算法

3 .3算例分析

3 .4本章小结

4 液流电池-超级电容器混合储能系统容量优化配置

4 .1混合储能工作原理

4 .2混合储能系统容量优化配置

4 .3算例分析

4 .4本章小结

5 总结与展望

5 .1全文总结

5 .2今后工作的展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目