电池储能参与电网电压调节的控制策略研究

摘要

电网侧电池储能电站具有调节精度高、响应速度快、应用灵活等特点，可应用于电力调峰、调频、调压、提升可再生能源消纳能力等场景。且其具有独特的有功无功四象限调节能力和毫秒级响应能力，能够有效的控制系统电压，提高电网的电压调节能力和暂态电压稳定水平。因此，本文针对电网侧储能电站参与电网稳态和暂态调压的控制策略展开研究。　　首先，构建了三种适用于不同场景、不同时间尺度的储能模型，包括基于PQ(有功无功)控制的储能系统暂态模型、面向长时间尺度仿真需求的储能调压动态模型，以及反映储能倍率特性的储能暂稳模型，为储能参与电网调压的研究打下基础。　　其次，提出一种储能应用于电网调压与动态无功支撑的协调控制策略，以电网电压稳定条件为约束，以快速、精确地给电网提供无功支撑为目标，提出基础无功控制策略；在此基础上，构建电压状态感知指标用于精确描述当前电网运行状态，进而对电网状态进行识别并提出协调无功控制策略。仿真结果表明，据此策略动态制定的储能无功出力方案，可实现自适应调压和紧急故障状态下的动态无功支撑，相较传统的下垂控制，能较大程度提升电网电压性能。　　再次，提出一种储能电站与自动电压控制(Automatic Voltage Control，AVC)系统联调参与电网稳态调压的控制策略，基于特征量提取实现对当前电网运行状态感知与研判，采用时序配合法协调控制离散无功源与储能电站参与电网调压；构建储能在调压死区进行无功就地平衡的控制策略，利用Logistic函数设计了基于母线实时电压反馈的无功最大出力约束。该策略充分结合和发挥储能电站连续、快速的无功出力特性与电容/电抗器大容量优势，实现了储能电站与传统调压手段的联合调压，可避免电容/电抗器的频繁投切，并实现调压死区内无功就地平衡，仿真验证了所述策略的有效性。　　最后，以湖南电网为例，研究分析规模化电池储能对提升大电网暂态电压稳定性的影响。利用电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package, PSASP)对湖南电网进行暂稳仿真，分析了湖南省暂态电压稳定问题的特点、以及提高直流受电比例对湖南暂态电压稳定性的影响，并基于灵敏度分析对储能电站进行选址分析，最后在湖南电网拓扑中接入储能暂稳模型进行仿真，验证了规模化储能在提升大电网暂态电压稳定性方面的有效性。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 储能技术及其应用

1.2.1 电化学储能类型及特点

1.2.2 电网侧储能电站的应用

1.3 国内外研究现状

1.3.1 储能参与电网调压研究现状

1.3.2 储能提升大电网暂态电压稳定性的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第 2 章 储能参与电网电压调节的模型构建

2.1 储能系统暂态模型

2.1.1 储能系统并网结构

2.1.2 DC/DC 变换器控制方式

2.1.3 DC/AC 换流器控制方式

2.1.4 储能系统并网仿真

2.2 面向长时间尺度仿真需求的储能调压动态模型

2.2.1 储能系统调压数学模型

2.2.2 电网电压特性分析

2.2.3 面向长时间尺度仿真需求的储能调压动态模型

2.3 面向暂态电压稳定控制的 PSASP 储能暂稳模型

2.3.1 储能系统提高暂态稳定性的出力控制模型

2.3.2 储能系统 PSASP 暂态稳定模型

2.4 本章小结

第 3 章 储能参与电网调压与动态无功支撑的协调控制策略

3.1 基础无功控制策略

3.2 协调无功控制策略

3.2.1 构建电压状态感知指标

3.2.2 协调无功控制策略

3.3 仿真分析

3.3.1 电压调节评价指标

3.3.2 稳态工况仿真分析

3.3.3 暂态工况仿真分析

3.4 本章小结

第 4 章 储能电站与 AVC 系统联调策略

4.1 电网调压对储能系统的控制需求

4.1.1 电压调节需求

4.1.2 无功就地平衡需求

4.2 调压死区内无功出力控制规律构建

4.3 储能电站与 AVC 系统联调策略

4.3.1 电网特征量提取

4.3.2 联调策略

4.3.3 储能纳入地调 AVC 系统

4.4 仿真分析

4.4.1 稳态调压仿真

4.4.2 无功就地平衡仿真

4.5 本章小结

第 5 章 规模化电池储能对提升大电网暂态电压稳定性的影响分析

5.1 湖南电网暂态电压稳定问题分析

5.1.1 仿真方案

5.1.2 湖南电网暂态稳定性分析

5.1.3 提高祁韶直流输送功率对湖南电网暂态稳定性的影响

5.2 规模化电池储能对提升大电网暂态电压稳定性影响分析

5.2.1 基于灵敏度分析的储能选址方法

5.2.2 规模化储能提升湖南电网暂态稳定性的研究

5.2.3 调相机与储能提升电网暂态稳定性的效果对比

5.3 本章小结

结论与展望

研究内容与结论

后续工作展望

参考文献

致谢

附录 A 附表

附录 B 攻读学位期间所发表的学术成果目录

附录 C 攻读学位期间参与的科研项目