计及可靠性的风电场储能系统容量优化研究

发布时间：2017-10-02 02:37

  本文关键词：计及可靠性的风电场储能系统容量优化研究

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【摘要】：风电具有随机性与间歇性,为平抑风电波动对电网的影响,通常需要给风电场配置一定容量的储能系统,其中使用较多的为电池储能系统。电池储能系统一般由储能电池模块、功率转换系统以及滤波环节等部分组成,其中储能电池模块以及功率转换系统的故障率相对较高。当储能电池模块中的电池储能单元发生故障时,不仅会对电池储能系统的出力造成影响,同时亦可能导致不同电池单元的荷电状态值之间产生不平衡现象,从而对电池寿命造成影响。此外,当功率转换系统发生停运时亦会导致整个储能系统无法正常工作。为了分析电池储能系统可靠性对风电场储能容量优化的影响,论文先对储能电池模块的可靠性以及功率转换系统的可靠性进行建模,然后对计及电池储能系统可靠性的电池储能容量优化问题进行分析,主要工作可概括如下：1)基于传统的串并联系统可靠性模型对储能电池模块的可靠性进行建模。考虑储能电池模块内部电池单元之间的串并联关系,论文以电池储能单元“先串联后并联”结构为例对储能电池模块的可靠性进行建模,并对储能电池模块的运行状态进行模拟。2)介绍了功率转换系统的一般结构,并对功率转换系统的可靠性进行建模。考虑到电解电容的可靠性对功率转换系统可靠性影响最大,因此论文主要考虑电解电容的失效对功率转换系统运行状态的影响,并对功率转换系统的运行状态进行模拟。3)介绍了电池储能系统的充放电特性参数,并从“能量型电池”角度以及“功率型电池”角度对计及可靠性的电池储能系统充放电特性进行了讨论。4)对计及电池储能系统可靠性的电池储能容量进行优化。首先根据电池储能系统的可靠性模型对电池储能系统的运行状态进行模拟,然后针对由储能电池模块故障所引起的电荷不平衡问题给出相应的平衡策略,最后以最小经济成本(包括弃风成本、能量损失成本、固有投资成本和电池维修成本)为目标,并通过粒子群优化算法对计及电池储能系统可靠性的风电场电池储能容量进行优化。
【关键词】：风电场 电池储能系统 可靠性 容量优化 粒子群优化算法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TK02
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景与意义15-16
• 1.2 储能技术的研究现状16-17
• 1.2.1 非电池储能技术16-17
• 1.2.2 电池储能技术17
• 1.3 储能容量优化研究现状17-19
• 1.4 本文研究的主要内容19-21
• 第二章 储能电池模块的可靠性模型21-27
• 2.1 概述21
• 2.2 串并联系统的可靠性模型21-24
• 2.2.1 元件状态模型21-22
• 2.2.2 串联系统的可靠性模型22-23
• 2.2.3 并联系统的可靠性模型23-24
• 2.3 储能电池模块的可靠性建模24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 功率转换系统的可靠性模型27-33
• 3.1 概述27
• 3.2 影响功率转换系统可靠性的因素27-30
• 3.3 功率转换系统的可靠性模型30-31
• 3.4 功率转换系统的状态抽样31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 电池储能系统的充放电特性分析33-42
• 4.1 概述33
• 4.2 电池储能系统的充放电特性参数33-34
• 4.3 影响电池充放电特性的因素分析34-35
• 4.4 不计及可靠性时电池充放电特性分析35-38
• 4.4.1 能量型电池的充放电特性35-36
• 4.4.2 功率型电池的充放电特性36-38
• 4.5 计及可靠性时电池充放电特性分析38-41
• 4.5.1 能量型电池的充放电特性38-40
• 4.5.2 功率型电池的充放电特性40-41
• 4.6 本章小结41-42
• 第五章 考虑电池储能系统可靠性的风电场储能容量优化42-63
• 5.1 概述42
• 5.2 电池储能系统的状态模拟42-44
• 5.3 计及可靠性时的电池储能系统出力模型44
• 5.4 电荷平衡策略44-46
• 5.5 储能容量优化模型46-50
• 5.5.1 风功率模拟与风电调度策略46-48
• 5.5.2 基于最小经济成本的目标函数48-49
• 5.5.3 约束条件49-50
• 5.6 储能容量优化流程50-51
• 5.6.1 粒子群整数优化算法50
• 5.6.2 储能容量优化流程图50-51
• 5.7 算例分析51-62
• 5.7.1 风功率模拟51-52
• 5.7.2 电池储能系统的可靠性分析52-54
• 5.7.3 电池储能系统可靠性的影响分析54-61
• 5.7.4 电池储能模块输出电压的影响分析61-62
• 5.8 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间所取得的学术成果69

【参考文献】

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本文编号：957126