基于电池储能装置的电力系统稳定性分析

摘要

传统电网的发-输-配-用电过程几乎在同一时刻完成，必须时刻保持各个环节的功率平衡，因此具有“刚性”特点，而储能系统可以为电网增加一个存储电能的环节，实现能量的自由存储和释放，功率的双向流动，从而将“刚性”的系统转变为“柔性”系统，有利于提升电力设备的综合利用率，增强电网运行的灵活性，提高电力系统运行的稳定性。利用储能技术能够对电网进行能量调节和管理，实现动态功率补偿，从而极大地增强电网运行控制的主动性。电池储能方式因其能量密度较高、响应时间短、对场地要求低、寿命及效率相对高，且成本低廉、制造技术成熟、能够实现大规模生产等优点，广泛使用于UPS、电能质量调节、负荷的削峰填谷等方面，具有广阔的发展前景和巨大的应用潜力，是大规模储能技术的重要发展方向之一。
　　论文首先通过基于Heffron-Phillips模型的单机无穷大系统的发电机电磁转矩分析，推导出储能装置的接入对发电机电磁转矩的增量表达式，用解析解的形式分析了采用功率偏差及转子角速度偏差作为控制输入量时对发电机同步转矩系数和阻尼转矩系数的影响，明确了储能装置采用合适的控制策略能够增强发电机的小干扰稳定性。
　　在电力系统仿真软件PSS/E中建立了储能装置(CBEST)及其控制器的数学模型，在单机无穷大系统中考察储能装置在功率偏差控制和转子角速度偏差控制两种控制模式下发电机的转子角度和输出电磁功率的变化情况，并分析了控制器参数变化及储能容量限制对其作用效果的影响。
　　参考FACTS装置的选址方法，利用留数法、特征向量法分别求解系统在不同运行工况下留数模值、特征向量模值并以此为依据对CBEST接入点的优先次序进行排序，以指导CBEST安装位置的选择。最后在IEEE9节点系统中通过在不同地点设置不同故障，仿真分析各工况下CBEST的最佳接入地点，比较了留数指标和特征向量指标的有效性。
　　储能应用于电力系统稳定控制具有广阔的发展前景，通过解析解的形式分析储能装置对发电机电磁转矩的影响，更能洞悉储能改善电力系统稳定性的本质，为储能控制器的设计提供一定的参考。利用留数法和特征向量法研究小系统中储能装置的接入位置，对分析大规模电力系统储能装置的优化布局具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 储能技术发展现状

1．2．2 电池储能的应用现状

1．2．3 储能控制和选址策略研究现状

1．3 本论文的主要工作

第2章 储能装置提高系统稳定性的理论基础

2．1 引言

2．2 电池储能装置对发电机电磁转矩的影响分析

2．2 储能不同控制方法对发电机电磁转矩的影响

2．2．1 采用有功功率偏差控制

2．2．2 采用转子角速度偏差控制

2．3 储能装置接入位置对发电机电磁转矩的影响

2．4 小结

第3章 电池储能装置的数学模型

3．1 引言

3．2 电池储能装置的基本组成

3．3 电池储能装置的数学建模方法

3．3．1 电池组的建模方法

3．3．2 换流器及其控制系统的建模方法

3．4 PSS／E中电池储能装置模型

3．5 PSS／E自定义方法

3．6 电池储能装置控制系统模型

3．7 小结

第4章 电池储能装置提高系统稳定性的仿真分析

4．1 引言

4．2 仿真算例

4．2．1 不同控制方法的影响

4．2．2 不同接入位置的影响

4．2．3 参数变化的影响

4．2．4 考虑储能装置容量限制时的仿真分析

4．3 小结

第5章 电池储能装置的选址策略研究

5．1 引言

5．2 电池储能装置的选址方法

5．2．1 留数法

5．2．2 特征向量法

5．3 PSS／E小信号分析方法

5．4 仿真算例

5．5 小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录 PSS／E中自定义CBEST控制器的FORTRAN代码

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果