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微电网复合储能容量优化配置与控制技术研究

【摘要】:作为高渗透率分布式电源并网的一种管理方案,微电网得到了普遍关注。储能装置作为重要的能量缓冲环节,在微电网中发挥着至关重要的作用,特别是目前提出的复合储能技术,相比于单一储能表现出诸多优势,在微电网中逐渐得到了研究和应用。鉴于复合储能成本昂贵,其容量配置的多少直接关系到微电网系统的经济性和供电可靠性,同时对复合储能控制策略的好坏也将影响复合储能的推广和应用。因此本文针对微电网中包含蓄电池和超级电容器的复合储能的容量进行优化配置,并对含此复合储能、风光可再生能源及典型负荷的微电网控制技术展开讨论和研究。本文首先根据风力、光伏发电的特点以及储能装置的充放电特性,对微电网中的各微源出力分别建立了数学模型。提出一种合理配置复合储能容量的能量调度策略,该策略基于低通滤波原理对超级电容和蓄电池的补偿功率进行分配,并考虑储能额定功率限值及储能荷电状态(State of Charge, SoC)进行功率修正。考虑储能自身工作限制和系统正常运行对储能容量配置的约束,建立以包含储能装置一次性投资费用、运行及维护费用的日均成本最低为目标函数的数学模型。提出应用具有收敛速度快、全局收敛能力强的量子行为粒子群优化(Quantum-behaved Particle Swarm Optimization, QPSO)算法配置复合储能的容量。以华北地区某微电网为实例进行验算,结果验证了所提能量调度策略的合理性,并通过分析配置结果,与传统粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法进行了对比,证明QPSO算法可使求解结果更佳从而使适应度值更小,提高了复合储能装置的经济性。为体现复合储能容量优化配置过程中能量管理对复合储能的能量分配以及对各微电源的能量调度,保证微电网在运行工况发生变化时能够稳定运行,需从下层控制的角度研究含复合储能的微电网控制技术。由于微电网中各个微源大多通过逆变器接入系统母线,本文对微电网中常用的下垂控制和恒功率控制两种控制方式分别进行控制系统的设计,通过仿真及结果分析验证了控制方式的正确性,为搭建微电网整体仿真模型提供了基础。基于微电源逆变器的设计,将其具体地应用到包含风光发电及复合储能的微电网中。首先选择适用于风光发电及复合储能的控制方式,为充分利用风机和光伏装置发出的电能,使其按照最大功率情况输出,选择恒功率控制方式作为两者接口逆变器的控制方法;同时,对应能量管理对复合储能的能量分配原则,为使能量密度大的蓄电池补偿波动平缓的功率分量并为系统提供稳定的电压和频率,对其接口逆变器采用下垂控制,对超级电容器接口逆变器采用恒功率控制方式,并详细讨论了功率参考值获取方式。然后进行组网动态仿真和分析,仿真结果证明了模型和控制策略的有效性。通过模拟较大功率缺额情况下的仿真工况,对比复合储能与单一蓄电池储能的仿真结果,进一步验证了微电网系统在负载需求及微源出力变动时,复合储能对暂稳态电压和频率的支撑均优于单一储能。

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