高渗透率光伏电网储能容量规划与优化控制研究

发布时间：2020-07-31 16:48

【摘要】：近年来,光伏发电装机容量持续增加,但是,天气、太阳辐射、温度等多种因素对光伏发电输出功率影响比较大。与风力发电相比,光伏发电瞬时功率大幅随机波动程度更为剧烈,随着其渗透率的提高,为了维持电网频率稳定,电网需要大幅度增加系统调频备用容量。电池储能系统(battery energy storage system,BESS)具有反应速度快、可双向能量调节等优势,能够通过快速充放电平抑光伏发电功率的大幅度波动。其规模化应用能够降低电网调频备用容量配置需求,为大规模光伏发电并网带来的问题提供了新的解决途径。但目前BESS成本仍较高,无法完全依赖其应对光伏发电功率的波动问题。鉴于此,本文的主要研究内容为高渗透光伏电网中BESS的容量优化配置和在线实时控制运行。本论文的具体研究内容如下:在储能系统容量优化配置方面,提出了考虑爬坡功率有限平抑的储能配置方法。以锂离子电池为储能介质对高渗透率光伏电网进行储能配置。首先,提出了利用有限容量的BESS实现光伏爬坡功率有限平抑的控制策略,对光伏发电功率大幅度波动进行有限平抑,为容量优化提供控制策略支撑。然后,考虑高渗透率光伏电网调频容量需求与储能配置容量的相互制约关系,建立了储能投入后调频成本计算的数学模型,并以等效收益最大为优化目标实现储能容量和功率的优化配置。最后,利用遗传算法(generation algorithm,GA)对优化模型进行求解,并通过某高渗透率光伏电网验证所提储能配置方法的优越性。在储能系统的在线控制运行方面,提出了基于模型预测控制(model prediction control,MPC)的储能系统控制方法。考虑到目前光伏发电功率预测误差比较大且算法复杂,利用鲁棒性比较好的MPC算法对BESS进行实时控制,实现对光伏发电功率大幅度波动的有效平抑。首先,根据光伏发电波动情况和储能荷电状态(stateofcharging,SOC)确定储能动作状态。然后,考虑到电网调频费用与储能费用的相互制约关系,以优化时域内自动发电控制(automation generation control,AGC)付费、储能调节费用和过充过放惩罚费用等总花费最低为目标,并考虑实际运行过程中的约束条件建立储能运行优化模型。在每步优化过程中根据储能动作状态对优化模型进行求解得到储能优化时域内的BESS控制序列;在执行过程中,仅执行控制序列的第一步计算结果,并通过储能SOC反馈和光伏发电实际出力的更新循环进行优化。通过反馈校正和滚动优化,本文提出的基于MPC的储能实时控制方法能够实现对光伏发电功率的大幅度波动的有效平抑,并获得较好的经济效果。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615;TM715
【图文】：

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其资源丰富、安全可靠、无污染等优势得到了快速发展？２］。２０１７年我国新增光逡逑伏发电装机容量达５３．０６ＧＷ，同比增长５３．６２％；截至２０１７年底，我国累积装机容逡逑量为１３０．２５ＧＷ，稳居世界第一，我国光伏发电发展速度如图１－１所示。世界各国逡逑装机容量也呈现稳定增长，尤其是印度等新兴国家发展迅速。美国市场研究机构逡逑ＧＴＭ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ预测２０１８年全球光伏新增装机容量将达到１０６ＧＷ。光伏发电产业逡逑得以迅速发展一方面在于各个国家和地区对光伏发电的大力支持，另一方面在于逡逑光伏发电组件成本的下降。许多国家和地区认识到光伏发电产业的优势，积极制逡逑定相关政策，鼓励和支持光伏发电产业的发展，比如制定上网电价和可再生能源逡逑购买方式等。我国在２０１３年８月２６日发布补贴价格通知，明确规定对分布式光伏逡逑发电实行补贴政策，补贴标准为０．４２元／千瓦时，这一政策极大地促进了我国光伏逡逑发电的发展［３］［４］。此外，光伏组件成本的降低也是近几年光伏发电得以迅速发展逡逑的重要因素。２００４年欧洲光伏组件平均成本为５欧／ＷＰ

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逦储能充电逡逑图１－２储能系统平滑光伏输出图逦图１0储能系统解决光伏限发问题逡逑受益于智能电网和新能源发电的发展，储能技术呈现规模化发展的态势，各逡逑国都不断有新政策出台促进储能项目的发展。日本ＮＥＤＯ在２００９年就针对各种储逡逑能技术进行了详细的研究规划，尤其重视锂离子电池、钠硫电池等新型电化学电逡逑池的发展［１９］；美国也在２０１０年发布了各种新型电池的相关技术报告，并在２０１２年逡逑开始加大了电池和能源存储技术研发投入；近几年随着可再生能源的大力发展，逡逑我国储能项目发展也非常迅速，储能市场潜力巨大。逡逑目前，储能技术归纳起来主要分为三大类：机械储能、电化学储能和电磁储逡逑能，具体分类如图１－４所示［２Ｑ－２１］。据中关村储能产业技术联盟（ＣＮＥＳＡ）项目库逡逑统计分析

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１铅酸电池逡逑图ｉ－４储能技术分类逡逑不同储能方式的能量功率等级和应用具体如图１－５所示为解决大规模光逡逑伏发电并网，可考虑采用电化学电池减轻系统调频的压力，适用的电化学储能包逡逑括铅酸蓄电池、锂离子电池、镍金属氢化物电池和镍镉电池等；为应对系统调峰逡逑需求，减小弃光量，可采用充放电周期长的储能方式，主要包括抽水蓄能、压缩逡逑空气储能、钠硫电池等形式。逡逑１００邋￣逡逑＾邋１0邋＾逡逑Ｓ邋Ａ逦—３逡逑、、、、、、、逡逑°－００１适合电能质量和ＵＰＳ逦合旋转备用、逡逑°＇邋000（１．邋００１邋０．０１邋０．１邋１邋１０邋１００邋１０００邋１００００逡逑额定功率／ＭＷ逡逑图１－５不同储能方式的能量功率等级逡逑近年来，电化学储能技术成为各国储能研宄的重点研发和创新领域。仅２０１６逡逑年新增规划和在建储能项目规模达１６６７．６ＭＷ，发展潜力比较大。就区域发展而逡逑５逡逑

【参考文献】