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储能应用于风电功率平抑的优化配置与控制策略

【摘要】:全球能源转型背景下,以风电为代表的新能源发电得到迅速发展,由于风力发电具有随机性和波动性,其大规模并网给电网安全稳定运行提出巨大挑战。利用储能系统快速精准控制、双向吞吐能量的特点,可以实现电能的时空平移,改善风电波动,从而提高电网稳定性。本文针对储能平抑风电功率波动场景,研究储能技术经济选型方法,针对储能电源中的电池储能,考虑倍率特性进行优化配置研究,并针对双储能系统,制定考虑荷电状态(State of Charge,SOC)优化的协调控制策略。首先,基于各类储能不同特点和风电需求,对参与风电平抑波动的储能电源选型。针对场景下风储需求,对不同类型储能总结提炼技术经济指标,对风电进行需求分析并提炼波动指标和并网约束。综合考虑储能技术、经济与环境特性,运用层次分析法-熵权法进行风电平抑场景下的储能选型,最终选定储能类型为超导磁、超级电容、飞轮和锂离子电池。然后,考虑电池储能的倍率特性,对其功率容量进行优化配置。针对电池储能平抑过程,运用净现值法构建考虑全寿命周期成本和运行过程效益的经济模型。分析电池储能倍率特性对可用容量的影响,考虑寿命权重因子,根据吞吐能量建立高倍率充放电下储能运行寿命的测算方法。以电池储能经济最优为目标,寻得最优倍率配置,从而形成满足技术经济特性的储能配置方案。以风电场典型日出力数据进行算例分析,结果表明,考虑倍率特性进行电池储能优化配置可提升储能经济效益,该配置方法具备有效性和可行性。同时注意到单储能经济性不高,考虑运用双储能系统平抑风电功率波动。最后,针对双储能系统平抑风电波动,提出考虑SOC优化的协调控制策略。分析双储能接入风电场拓扑结构,基于滑动平均法提取满足双时间尺度波动需求的风电并网分量。针对储能系统内部功率分配,制定充放电状态循环切换策略并划分储能工作区间,考虑储能单元SOC对充放电功率修正,从而形成双储能系统协调控制策略。以风电场典型日实际出力为算例,对平抑波动场景下单储能系统、双储能系统无SOC优化、双储能系统有SOC优化三种控制策略进行平抑效果和平抑成本的对比分析。结果表明,双储能系统可大幅减少储能充放电次数,明显更为经济,对双储能系统进行SOC优化,可实现波动平抑效果与平抑成本间的有效折衷,显著优于其它策略。

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