基于风储火联合调频的控制策略与储能容量优化

发布时间：2020-03-27 02:41

【摘要】：风力发电技术迅速发展,带来了经济和环境效益。但因风能间歇性、波动性、随机性和不确定性的特点,也给电力系统安全优质运行带来诸多问题,尤其在高风电渗透率系统中频率稳定问题更为突出,仅依靠传统调频方法已不能满足系统频率稳定要求。在对双馈异步风力发电机和电池储能系统的系统构成、运行方式、运行特性和控制方式分析的基础上,系统地研究了两者的调频特性、控制系统、控制策略,并建立了相关模型。为了实现电力系统调频,双馈异步风力发电机附加频率响应单元,通过转子动能控制或减载运行参与系统调频;电池储能系统采用下垂控制,通过快速调节其有功功率输出以响应系统频率变化。通过分析风、储、火的调频特性,三者在调频速度以及调频容量方面存在互补性,即储能系统调频速度快调频容量小、火电机组调频速度慢调频容量大、风电机组调频速度与调频容量居中,分析了采用联合一体化调频的可行性。针对系统一次调频,提出基于分频原理确定三者有功出力的调频策略,设计和实现了分频器系统,不仅提高了系统调频速度也保证了调频质量。针对系统二次调频,在考虑一次调频容量需求的条件下,提出基于区域控制准则的联合调频策略,该策略计及机组备用大小、经济性、安全性和区域控制等要求,减轻火电机组调频负担,有利于系统频率快速稳定。在MATLAB/Simulink平台,针对算例系统建立了风储火联合系统的仿真模型,并开展了仿真研究,结果表明所提出的联合调频策略较传统调频方式更适合于高风电渗透率的电力系统调频。针对风储火联合调频系统中储能容量的优化,本文提出综合考虑调频技术要求和经济性要求以实现储能容量最小为优化目标,为此建立了基于电网频率稳定性技术指标和经济性指标的储能容量的多目标优化数学模型,为避免陷入局部最优解,采用带精英策略的非支配排序遗传算法求解以获得优化容量,并通过算例验证其有效性。
【图文】：

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图 1.1 2017-2022 年全球风电总装机容量预测我国风电行业发展也已驶入快车道，，如图 1.2 所示。在 2017 年全球各国风电累计装机容量份额和新增装机容量份额的前三名中，中国占比为 35%和 37%，美国占比 17%和 13%，德国占比 10%和 13%，可以看出，我国风电发展水平在全球处于领先地位。如图 1.3 所示，我国风电并网装机容量在全部发电设备装机总量中的占比也在持续提高，由 2011 年的 4.4%增长至 2017 年的 9.2%，足以说明我国风电发展的快速性。到 2017 年，风力发电已经成为我国推动清洁能源发电的重要途径，发电量已达到 3057 亿千瓦时，占全社会用电量的 4.8%。

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图 1.1 2017-2022 年全球风电总装机容量预测我国风电行业发展也已驶入快车道，如图 1.2 所示。在 2017 年全球各国风电累计装机容量份额和新增装机容量份额的前三名中，中国占比为 35%和 37%，美国占比 17%和 13%，德国占比 10%和 13%，可以看出，我国风电发展水平在全球处于领先地位。如图 1.3 所示，我国风电并网装机容量在全部发电设备装机总量中的占比也在持续提高，由 2011 年的 4.4%增长至 2017 年的 9.2%，足以说明我国风电发展的快速性。到 2017 年，风力发电已经成为我国推动清洁能源发电的重要途径，发电量已达到 3057 亿千瓦时，占全社会用电量的 4.8%。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73

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