风储联合系统运行特性与控制策略研究

摘要

风能是目前国内外应用较为广泛的一种绿色可再生能源，近几年我国风电产业的发展十分迅速。但是，伴随着风电的大规模并网，风能具有的随机性、波动、间歇性的本质特征也给电力系统的安全稳定运行带来了不利的影响。解决这一问题的有效途径之一是为风电场配置电池储能系统。因此，近年来风电场储能装置的装备、容量配置及风储联合运行控制成为了研究和应用示范的热点。
　　由于储能电池成本高、使用寿命相对较短，往往需要以很小的储能容量配置来担负风电场的有功出力平滑任务，这同时也给电池系统的控制带来了挑战。本文中以某中型实际风场为例，就风储联合运行中的控制策略进行了研究，着重探讨了以锂离子电池储能系统抑制双馈风机风场出力波动的控制策略，同时实现对电力系统暂态支撑作用的虚拟惯量补偿策略，以及与有功平滑同步的并网点无功补偿策略。主要工作有以下几方面：
　　1、对风电场和储能电池组成的联合发电系统进行建模。建立了双馈感应风力发电机、锂离子电池，储能变流器等元件的动态模型，并建立了双馈风电场的等效聚合模型，为仿真研究提供了基础；
　　2、在分析风场原始有功出力特性后，提出了基于一阶低通滤波原理的带储能 SOC水平控制的风功率平滑控制策略。实现了在风能持续单向变化情况下，可保证出力变化满足并网要求的储能系统的SOC水平控制，使采用等同于风场容量10％的储能电池能够完成持续平抑风电场出力波动的工作；
　　3、提出了一种风储协调惯量响应控制方法。针对风场提供惯量响应支撑系统频率时易受风机运行工作点限制的问题，分析了储能虚拟惯量补偿的原理及配置容量，利用风储协调惯量控制实现在保证风场运行安全性和经济性的前提下起到暂态支撑作用；
　　4、分析了风电并网后带来的接入点电压和功率因数波动问题，提出了一种以储能为主、风场为辅的风储协调无功控制策略，讨论了同时考虑无功控制和有功平滑时储能变流器的容量配置。
　　5、将上述控制策略应用于某风储示范工程建设中。在含有2MW大容量储能电池的风电场中进行了现场试运行调试，实测数据验证了所提策略的实际可行有效性。

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第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2储能技术发展及应用现状

1.3 本文研究内容

第二章 风电场和储能系统运行原理及建模

2.1 章节概述

2.2 风电机组及风电场建模

2.3 电池储能系统建模

2.4 本章小结

第三章 储能改善风电场出力特性的控制策略

3.1 章节概述

3.2 风电并网相关指标

3.3 风电出力特性分析

3.4 平抑风电功率波动的储能有功控制策略

3.4 算例仿真分析

3.5 本章小结

第四章 储能提高并网风电频率稳定性的控制策略研究

4.1 章节概述

4.2 风电参与系统调频的需求

4.3 双馈风电机组惯量控制方法

4.4储能虚拟惯量补偿策略

4.5 风储协调惯量控制方法

4.6 算例仿真

4.7 本章小结

第五章 储能抑制风电接入点电压波动的无功控制策略

5.1 章节概述

5.2 风电接入对配网电压的影响分析

5.3 风储协调电压控制策略

5.4 风储系统并网点恒功率因数控制策略

5.5 仿真与分析

5.6 本章小结

第六章 风储系统现场实测

6.1 章节概述

6.2 系统架构

6.3 储能系统全工况运行流程

6.4 硬件及通讯测试

6.5 风储系统试运行评价

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间参加的研究课题

致谢