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多运行场景下储能优化配置方法及实现策略

【摘要】:当今时代,全球社会正面临能源转型发展的关键时刻。一方面,全社会能量需求总量持续上升,日益减小的化石燃料存量难以支撑经济的长期高速发展;另一方面,化石燃料燃烧所排放的气体在一定程度上造成了大气污染和全球变暖等环境问题。为此,各国政府和组织机构都在努力发展新能源发电形式,力求大幅提升新能源在能源消耗结构中占比。但是,以光伏发电、风电为代表的新能源发电技术的出力多受到外部气象条件影响,发电功率呈现出较强的间歇性与波动性。因此,大规模波动性新能源接入电网势必将给电网的安全稳定运行带来不良影响。随着储能技术的发展进步,将储能设备与新能源打捆或者在电网中关键节点安装适量储能设备,并采用适当储能控制策略可以有效平抑电网功率波动、提升电网运行效率与新能源消纳率。为此,本论文将从电源侧和电网侧角度分别研究储能用于平抑联络线功率波动、风电功率平滑接入和协同电网优化运行等多种运行场景的储能配置问题,为不同场景电网的储能配置问题提供解决方案。本文所开展的重要技术课题研究主要内容有:1.研究了用于平抑地区联络线功率波动场景,基于理想低通滤波思想储能配置计算的历史数据及采样频率选择问题。依据所建立的计及储能运行连续性约束和荷电状态约束的基于理想低通滤波储能配置模型,求取了不同时间尺度及相应时间尺度不同功率平滑要求情况下的储能配置结果。同时,对历史功率数据进行频谱分析,结合储能配置结果讨论用于该种场景储能配置计算数据选择的合理性,为针对联络线功率波动场景储能配置计算及波动率控制标准制定提供参考。2.提出了基于移动平均滤波思想、Savitzky-Golay滤波思想等时域滤波思想的用于地区联络线功率波动平抑的储能配置方法。根据所获得的典型日联络线功率波动数据,计算基于所提出的时域的滤波思想和理想低通滤波思想等多种数字滤波思想的联络线功率波动平抑储能配置结果。研究用于储能配置计算数字滤波方法的滤波器在时域和频域中的滤波器核结构,讨论不同滤波方法在平抑波动中所起作用,以及滤波方法在依据不同类型典型日数据计算储能配置的适用性与局限性。3.为了实现风电场功率平滑接入电网,提出一种计及储能能量转换损耗的风电场储能协同优化控制策略。该储能控制策略由两个部分组成:在每个调度周期起始时刻,控制器检测储能荷电状态并结合调度周期预测平均风电功率计算周期上的调度目标功率;在调度周期内部,根据采样功率,通过模型预测控制策略调节储能系统充放电功率以使得风电储能系统有效跟踪设定目标功率。并在此基础上,给出一种不考虑储能运行约束的风电场储能配置工程设计方法。4.在风电场储能系统控制策略的基础上,提出了考虑储能运行约束风电场功率平滑的风电场储能容量配置方法。在调度周期内,运用Hildreth算法求解了计及储能运行约束的模型预测控制二次规划问题,该算法具有较强的稳定性,可以实现二次规划问题的快速求解。基于该控制模型,计算不同储能配置组合设置下系统优化调度平均波动率指标,并绘制储能配置决策图。在此基础上,根据决策图确定满足风电储能系统功率调度波动率指标要求时,所对应的最经济储能配置方案。5.从储能协同电网优化运行角度,提出一种考虑风电、负荷等可调度资源预测误差相关性的电网优化运行及储能配置一体化计算方法。问题的核心是通过优化储能系统容量及运行数据使得调度运行周期内平均投资成本及运行成本总和最小。在优化问题求解前,需要利用所建立的计及预测误差相关性的灵活性资源数学模型将优化问题中的机会约束转化为确定性约束。其中,优化模型考虑了包含双边功率传输和场景生成约束在内的两类网络功率传输过载机会约束,并给出了针对两种机会约束的转化方法。实际规划中,可以根据运行要求建立优化模型计算储能配置及优化运行策略,进而实现运行安全性和经济性的折中。

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