风电场配置复合储能的容量规划与优化控制研究

摘要

随着世界经济的高速发展，化石能源的供应逐渐显露不足，与此同时，国民生产生活水平持续快速增长，对电力需求也大幅增长。风能具有很多优点，例如:分布面积广、储存含量丰富、可再生、无污染等。但风能发电也具有明显的缺点:一方面，风力发电的波动性、随机性和间歇性强;另一方面，大规模风电并网会对电网的稳定运行造成严重影响。
　　储能装置的物理特性使之具有瞬时交换功率大、指令响应迅速快、调节精度准确等优点。近些年，制造成本不断下降，储能容量不断增加，储能技术的飞速发展使得把储能系统大规模引入电力系统成为现实。目前，针对风电场储能容量的配置及运行策略问题，国内外专家学者已进行了大量的研究，但是仍然存在一定的问题。本文通过大量分析风功率波动特性建立以平滑功率输出为目的目标功率优化计算模型，在此之上根据不同种类储能装置特性和数学模型，建立了复合储能系统超前控制策略。本文的主要工作具体如下:
　　第一章简要概述本文的研究背景和意义，分析储能系统平抑风功率波动的可行性。归纳总结了风力发电技术和储能技术的发展研究现状，并对国内外学者在储能技术应用于平抑风功率波动方面的研究现状进行分析总结。
　　第二章对锂离子电池、锌镍电池、全钒液流电池、铅酸电池以及钠硫电池等化学储能电池的特性进行了深入研究，为风电场配置合适的储能电池提供参考依据。最后根据风电场周围环境条件和不同储能系统的物理特性，确定本文所使用的具体储能电池类型。
　　第三章为了提高风电利用率和降低储能系统配置容量，建立以期望功率方差最小为目标函数的目标功率优化计算模型，确定最优平抑目标。针对不同储能装置的特性将期望功率进行高低频分解，进行混合储能系统平抑目标分配。以储能系统总成本最小为目标函数构建储能容量优化模型，并提出复合储能运行策略。最后通过实际算例验证本文提出的充放电策略和容量优化计算模型可以取得较好的平抑效果和经济指标。
　　第四章为有效实现铅酸蓄电池和超级电容的协调平抑，在改进不同储能平抑目标分配的基础上，基于超短期风功率预测提出HESS的超前控制策略;然后建立超前控制模型;最后通过实际风电场运行数据对本文所提方法进行验证分析。通过验证分析，结果显示该控制方法具有较高的可靠性和优势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 风力发电技术发展现状

1．2．1 我国风力发电发展现状

1．2．2 风功率波动特性

1．3 储能技术研究现状

1．3．1 储能技术发展现状

1．3．2 不同储能技术的特性分析

1．4 大规模储能装置在风电领域的研究现状

1．4．1 储能平滑风电功率波动效果的研究

1．4．2 储能平滑风电功率波动策略方面的研究

1．4．3 储能系统最优容量的配置计算研究

1．5 本文主要工作

2．1 引言

2．2 主要电化学储能系统特性分析

2．2．1 锂离子电池特性分析

2．2．2 锌镍电池特性分析

2．2．3 全钒液流电池特性分析

2．2．4 铅酸电池特性分析

2．3 本章小结

第三章 风电场考虑复合储能特性的容量优化策略

3．1 引言

3．2 风电功率期望输出

3．2．1 期望输出计算

3．2．2 储能电池平抑目标分配

3．3 充放电控制策略

3．4 储能系统容量优化配置

3．4．1 目标函数

3．4．2 约束条件

3．4．3 求解算法

3．5 算例分析

3．6 本章小结

第四章 基于超前控制的复合储能优化控制策略

4．1 引言

4．2 复合储能的协调平抑策略

4．2．1 改进不同储能平抑目标分配

4．2．2 协调平抑

4．3 HESS充放电控制策略

4．3．1 超前控制步长

4．3．2 控制策略

4．3．3 HESS协调控制模型

4．4 算例分析

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文