大规模储能与风力发电协调优化运行研究

【摘要】：随着传统能源日益匮乏,全球环境日趋恶化,风力发电规模急剧增大。同时风电出力的高度不确定性给电网安全运行带来了严峻挑战,我国高集中度开发、远距离输送的风电开发利用模式更进一步增大了电网安全运行的风险。与此同时,快速发展的储能技术在电力系统中可以视为在不同时间尺度下均能够灵活功率响应的电源,其规模化应用为大规模风电并网所带来的问题提供了新的解决途径。风电场配置相应容量的储能系统,可以有效地平抑风电功率波动,提高风电功率的可调度水平以及电网中风电功率的消纳能力。本文针对风储系统协调优化运行问题,从风储系统优化配置、风储系统的实时优化运行、风储系统的复合运行模式等三方面进行了研究,形成了从系统规划到实时运行以及综合应用的研究体系,目标在于有效平抑风电功率波动,保障储能系统的合理性和经济性,同时探索储能的复合应用模式,以充分利用储能容量,提升其运行经济性。为此,本文主要做了如下方面的研究工作：在风储系统的优化配置方面,通过对影响储能系统充放电的因素分析,构建了荷电状态(State of Charge, SOC)的分区限值模型。在此基础上,以SOC为参量,提出基于可变功率修正系数的储能系统充放电控制策略,在储能系统有效平抑风电波动的同时,有效抑制过充过放现象,保证储能装置的运行寿命；其次,对风储系统优化运行的成本进行了研究,从建设成本与运行成本两个维度,对风储系统的经济运行成本进行了综合分析,实现了顾及调度需求、储能运行寿命和经济性的储能容量优化。在风储系统的实时优化运行方面,首先深度剖析了风电出力的特性,提出了基于经验模态分解的风功率超短期预测方法,研究表明当前的风电超短期预测水平可为储能系统的超前优化控制提供信息基础。为此,本文将超短期风功率预测结果引入风电场复合储能系统(Hybrid Energy Storage System, HESS)控制过程,并利用预测功率信息提出了HESS超前优化控制策略。该策略通过分析影响HESS运行效率的主要约束,构建了高效的HESS充放电控制策略,并以SOC偏移方差最小为目标函数构建了HESS各存储介质同步启动情况下的优化控制模型,获取未来时间区间HESS介质的充放电功率控制模式。在风储系统的复合应用模式研究方面,基于风电场群的空间平滑效应,分析了区域风电场群配置储能电站(Battery Energy Storage Station, BESS)的运行形态和复合应用模式,指出当前规模的BESS可参与功率波动平抑和适度的电网调峰；基于构建BESS充放电策略,提出了以运营成本最小为目标的成本优化模型,由此确定风电场群最佳BESS容量配比；同时,利用风功率出力波动的季节性规律差异,探讨BESS在低风电出力季节参与电网调峰的可行性,提出了以实时运行效益最大为目标的BESS运行策略,使其在该目标下根据风电出力季节性差异调整运行模式。