面向大规模可再生能源并网的储能规划研究

发布时间：2020-05-27 08:51

【摘要】：近年来,可再生能源发电在电力系统中的渗透率不断提高,世界各国的电力系统正朝着绿色、低碳的方向不断发展。但由于可再生能源并网功率具有波动性和不确定性,在其大规模并网的背景下,这种波动性和不确定性给保障电力系统供电安全带来了新的挑战。规模化储能技术的逐渐成熟为解决上述问题提供了新的手段,和其他解决方案相比储能技术在某些应用场景下可以发挥其灵活性优势。本文将规模化储能技术作为电力系统规划问题的技术选项,结合各类解决方案的技术特点,实现电网和储能的协调规划。本文的主要研究内容如下:1)在规模化储能需求评估方面,针对当前系统运行瓶颈,提出了基于瓶颈识别的储能需求评估方法。首先,建立了系统运行瓶颈识别模型,以量化影响系统功率平衡的多维度运行瓶颈,各个场景引发的系统运行瓶颈由模型中定义的运行限制指标量化描述。然后,利用基于余弦相似度的聚类方法将这些场景根据其运行限制指标聚类到一个或多个类别中。最后,针对每个类别比较分析多种瓶颈消除选项的相对经济性,这些选项中包括了不同技术类型的储能,通过比较分析研究得出各种瓶颈消除选项应对多类别瓶颈的相对经济性结论。2)在储能规划消除当前系统瓶颈的方面,本文考虑可再生能源强波动性,建立了可选型、定容的储能规划模型,用于决策满足系统充裕性需求的储能规划方案。该模型结合了储能和常规机组的技术特点,可减少储能的投资成本、增强规划结果的经济性。算例研究中以风电爬坡事件为例,通过几个典型爬坡场景综合比较了储能相比常规机组爬坡速度快、调节范围大、启停灵活等方面的优势,并分析了可再生能源强波动性对规划结果的影响。3)针对面向未来的长期系统规划,在储能、电源联合规划方面,提出了一种基于区间优化的不确定性储能、电源联合规划方法。该方法适用于考虑储能模型后的混合整数线性规划运行子问题,其优势在于问题规模适当,模型简洁、易实现,且可以应对给定区间内的所有的“最坏”情况。同时分析了储能、电源联合规划中广泛使用的松弛储能模型,对其储能定容的精度进行了比较研究。本文还提出了一种双区间策略,对两个基于区间的集合采用不同的负荷减载和可再生能源弃电策略,可降低投资决策的保守性。4)针对面向未来的长期系统规划,在储能、输电网络联合规划方面,提出了一种基于两阶段鲁棒优化的不确定性储能、输电网络联合规划模型,该模型可以在考虑可再生能源发电不确定性的情况下提供储能和输电线路的投资决策。其中的第二阶段是含储能充放电状态0-1变量的混合整数运行决策问题,针对此,本文使用嵌套列和约束生成算法求解带有混合整数第二阶段问题的两阶段鲁棒优化模型。算例研究中分析了储能对缓解输电线路阻塞的作用,以及新建储能减少输电线路投资的经济合理性。
【图文】：

方法流程,瓶颈

士学位论文逦第二章基于瓶颈识别的规模化储各种瓶颈消除选项应对多类型瓶颈的相对经济性结论。逡逑究框架逡逑架概述逡逑章提出的方法旨在识别和消除系统运行瓶颈，分析系统对储能的括系统运行瓶颈识别、基于余弦相似性的ＤＢＳＣＡＮ和瓶颈消除分析等步骤。通过建立各类别瓶颈特征与瓶颈消除选项之间的能消除各类瓶颈的技术经济性分析结论。逡逑ｆ￣逦＇逡逑

示意图,节点,示意图,风电

８节点测试系统包含５台常规机组和３个风电场。常规机组和风电场的总容逡逑量分别为３５００邋ＭＷ和１９００邋ＭＷ。风电数据来自ＮＲＥＬ风电并网数据集（ＮＲＥＬ逡逑ＷｉｎｄｌｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＤａｔａＳｅｔｓ）邋［８９】，包含共２１９０天的情景。图２－２为８节点测试系统逡逑的示意图。为了反映分钟级的风电爬坡特征，在本算例中，调度时间间隔设置为逡逑１５分钟，机组组合时间间隔设置为１小时，模型按照式（２－５８）进行扩展。逡逑丨’邋Ｇ１、）逦（邋Ｗ１邋＇）逦丨’邋Ｗ３邋＇＇邋ｆ邋Ｇ２邋＇Ｉ逡逑！邋Ｇ５邋）邋ｉ邋Ｇ４邋ｊ逦｛邋Ｗ２邋！逦（邋Ｇ３逡逑图２－２邋８节点系统示意图逡逑２８逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM715

【参考文献】