考虑风功率波动和反调峰特性的混合储能容量优化研究

摘要

能源枯竭与环境压力迫使人们将目光转向清洁能源，我国风能资源丰富，可开发利用潜力巨大，但是风能有别于常规能源，它的波动性、反调峰特性等不足将影响到电力系统的调频、调峰、电能质量以及可靠运行。利用储能系统吸收和释放能量的特点可以弥补风功率的不足，促进风能高效利用，然而目前储能系统投资成本仍较高，因此需要对储能容量进行优化配置。本文从风电场的角度出发，通过优化配置混合储能系统的容量在实现平抑风功率波动以及缓解反调峰特性的同时兼顾风电场经济效益。　　论文首先根据风电场出力数据和负荷数据，分析了风功率的波动性和调峰特性，提出采用功率型和能量型储能构成风电场的混合储能系统，在此基础上，揭示了功率型储能平抑风功率高频波动和能量型储能缓解风电反调峰特性的机理，并提出利用小波分解方法实现风功率的解耦。　　依据小波分解理论，文中通过熵权法和风功率波动量确定小波基函数和分解层数，从而得到风功率高频波动分量和低频并网分量。针对高频波动分量，文中采用功率型储能（超级电容器）进行平抑，建立了基于风功率波动量的功率型储能容量优化模型，算例分析详细比较了低通滤波、滑动平均滤波和本文所提分解策略的解耦效果，结果表明利用小波分解方法得到的储能容量最小，经济性最佳。　　针对风功率低频并网分量的反调峰特性，本文将解耦得到的低频并网分量与能量型储能（磷酸铁锂电池）共同参与调度计划，并且考虑到锂电池储能过充和过放对循环寿命的影响，提出了储能荷电状态（State of Charge，SOC）优化控制方法。最后以风-储联合运行收益最大为目标函数建立能量型储能容量优化模型，并通过调用CPLEX对模型进行求解。算例结果表明，储能可以缓解风功率反调峰特性，提高风电并网电量。

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摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2大规模风电并网对电力系统的影响

1．3储能技术在大规模风电并网中的应用

1．4国内外研究现状

1．4．1 混合储能及解耦策略研究现状

1．4．2功率型储能平抑风功率波动研究现状

1．4．3能量型储能改善风功率调峰特性研究现状

1．5论文结构安排

2风功率特性分析及其解耦策略

2．1风功率特性分析

2．1．1波动特性分析

2．1．2调峰特性分析

2．2混合储能改善风功率特性机理分析

2．3基于小波分解理论的风功率解耦策略

2．4本章小结

3基于风功率波动量的功率型储能容量优化配置

3．1超级电容器等效模型

3．2基于风功率波动量的储能容量优化模型

3．2．1 小波基函数的选取方法

3．2．2小波分解层数的确定

3．2．3基于小波分解结果的储能容量优化模型

3．3算例分析

3．4本章小结

4考虑风电反调峰特性的能量型储能容量优化配置

4．1磷酸铁锂电池等效模型

4．2 SOC优化控制策略

4．3考虑风电反调峰特性的储能容量优化模型

4．3．1 目标函数

4．3．2约束条件

4．4算例分析

4．4．1基本参数

4．4．2结果分析

4．4．3敏感性分析

4．5本章小结

5总结与展望

5．1 总结

5．2展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果