风电站电池储能系统的研究

发布时间：2017-09-08 05:26

  本文关键词：风电站电池储能系统的研究

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【摘要】：风力发电是目前新能源领域最有发展前景、应用最广泛的发电方式之一。但是风能是一种天然能源,具有间歇性和波动性,风电并网后会给系统的电压、频率和稳定性带来诸多不利影响,难以满足电力系统稳定的供电需求,而通过将储能技术引入风力发电系统,调节储能系统使其快速吞吐风电机组的有功出力,可以将并网的风电出力波动限制在允许范围内,很好地解决了风电的并网利用问题。针对风电场的电池储能系统,本文开展了以下研究:不同类型的储能电池在技术、经济、安全方面的侧重各有不同,在实际应用中电池的选择问题值得研究。本文对适用于风力发电的各种储能电池进行详细对比分析,论述了全钒液流电池相对于其他电池更适合用于风力发电储能。建立了全钒液流电池的电气模型并在Matlab/simulink平台上搭建模型,对其充放电过程进行仿真分析,验证了所建立模型的准确性和钒电池用于风力发电的适用性。储能电池的容量选择关系到并网输出容量大小和投资合理性问题,本文根据理论推导和实例计算,提出了电池容量的选择依据。综合考虑电池储能系统的经济效益和全生命周期的投资成本,以实现全生命周期内的净收益最大化为目标,考虑储能系统正常运行时的约束条件建立了容量优化模型,并采用粒子群算法寻求该模型下的最优容量。通过实例计算,验证了所建优化模型的有效性和可行性。储能电池和能量转换系统是电池储能系统的核心部分,通过对能量转换系统进行控制实现储能电池的充放电。本文研究了电池储能系统的配置方式及功率变换器的拓扑结构,在此基础上分析了功率变换器的控制策略。在Matlab/simulink平台上搭建了储能系统的仿真模型,对所设计的控制策略进行验证。仿真的结果表明,DC/DC变流器能够维持直流高压侧的电压稳定而DC/AC变换器能够跟踪输出有功功率、无功功率给定值。传统的风电平滑策略不能实现对储能电池SOC的有效控制,而维持电池SOC在合理水平是储能系统持续平滑风电的关键。对此,本文建立了评价电池储能系统运行工况的两个指标,根据电池剩余电量和储能系统的出力指令,设计了模糊自适应控制法对储能系统的有功出力参考值进行修正,实现对储能电池SOC的实时控制。通过算例仿真,验证了在模糊控制下,SOC被有效控制并维持在合理范围内,延长了储能系统的使用寿命。储能系统实现了在维持SOC水平合理的前提下,持续、有效地平滑风电出力波动。
【关键词】：风电场 电池储能系统 全钒液流电池 容量配置 能量转换系统 SOC调节
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题的背景及研究意义10
• 1.2 风力发电发展现状与并网问题10-13
• 1.2.1 国内外风力发电发展现状10-13
• 1.2.2 大规模风电并网存在的问题13
• 1.3 储能技术的发展及研究现状13-15
• 1.3.1 储能技术分类及其性能概述13-15
• 1.3.2 电池储能技术在风力发电中的应用15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 储能电池的比较选择与建模17-27
• 2.1 风电站储能电池需求分析17
• 2.2 各类储能电池的比较与选择17-19
• 2.2.1 铅酸电池17-18
• 2.2.2 锂离子电池18
• 2.2.3 钠硫电池18-19
• 2.2.4 全钒液流电池19
• 2.3 全钒液流电池建模与仿真19-26
• 2.3.1 全钒液流电池工作原理19-21
• 2.3.2 全钒液流电池的等效电路模型21-23
• 2.3.3 全钒液流电池的建模23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 储能系统的容量配置27-34
• 3.1 储能容量优化模型的目标函数27-28
• 3.1.1 储能系统的经济效益27-28
• 3.1.2 目标函数28
• 3.2 储能容量优化模型的约束条件28-30
• 3.2.1 储能系统电量缺额率28-29
• 3.2.2 约束条件29-30
• 3.3 粒子群算法30-32
• 3.3.1 粒子群算法的原理30-31
• 3.3.2 粒子群算法的流程31-32
• 3.4 算例分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 电池储能系统的功率变换器及其控制34-48
• 4.1 电池储能系统的配置方式34-35
• 4.2 能量转换系统的拓扑结构35-37
• 4.3 DC/DC变流器的工作原理及控制策略37-39
• 4.3.1 DC/DC变流器的工作原理37-38
• 4.3.2 基于滞环控制的双环控制策略38-39
• 4.4 DC/AC变流器的数学模型及控制策略39-44
• 4.4.1 PWM整流器的数学模型39-42
• 4.4.2 基于前馈解耦的PQ控制策略42-44
• 4.5 电池储能系统的充放电控制44-45
• 4.6 仿真分析45-47
• 4.7 本章小结47-48
• 第五章 风电功率平滑中的储能电池SOC调节48-57
• 5.1 衡量电池储能系统运行工况的指标48-49
• 5.2 风电功率波动的平滑目标49-50
• 5.2.1 移动平均算法原理49-50
• 5.2.2 利用加权移动平均算法获取风电功率波动的平滑目标50
• 5.3 模糊控制储能电池SOC的控制策略设计50-53
• 5.3.1 模糊语言变量及隶属度函数51-52
• 5.3.2 模糊控制规则设计52
• 5.3.3 解模糊过程52-53
• 5.4 算例仿真与分析53-56
• 5.4.1 有无电池SOC调节的风电平滑效果比较54-55
• 5.4.2 模糊控制法对电池SOC的调节效果55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 总结57-59
• 6.1 全文总结57-58
• 6.2 工作展望58-59
• 参考文献59-61
• 在读期间公开发表的论文61-62
• 致谢62

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