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含新能源的独立电网储能容量配置和运行策略研究

施琳  
【摘要】:伴随着社会文明和经济的不断发展,日益严峻的化石能源和环境保护问题与不断增长的能源需求之间的矛盾越发突出。目前,发展利用新能源发电技术是解决这一问题的有效途径。同时,构建含新能源的独立电网可以实现新能源发电可靠安全接入和独立供电,例如可再生能源发电通过微电网接入、海岛等偏远地区采用可再生能源发电独立供电。本文在对含新能源的独立电网结构类型、规划方法、运行和控制策略已有研究进行归纳总结的基础上,围绕含新能源的独立电网的规划和运行、控制策略问题展开研究,主要研究内容包括: 首先,分析了风电-储能独立电网结构类型,比较概述了常用的储能技术及其投资成本、使用寿命、充放电效率等特性参数。从联网运行风电功率可调度性和孤岛运行可靠性角度,分别构建了储能系统容量经济规划模型。在风电功率可调度性储能配置模型中,基于持续预测方法设计了使储能容量需求最小的风电-储能联合调度策略,定义了风电功率可调度性置信度水平约束,并且在年均投资成本最小化规划模型中计入了放电深度对储能寿命的影响,采用非参数估计、迭代法和曲线拟合方法分别计算最小功率和容量约束,最后利用遗传算法求解最优配置。在孤岛运行储能配置模型中,以最大电量不足期望值作为可靠性约束条件,在年均成本最小化模型中计入了风电和负荷切除补偿费用,考虑故障时刻和后续风电功率状况的不确定性,利用遗传算法和时序仿真方法进行求解。算例仿真结果验证了模型的合理性。 其次,基于微电网分层控制框架和市场竞价机制,分析建立了微电网运行不确定性如可再生能源发电功率和负荷预测误差等因素数学模型,提出了考虑不确定性的微电网日前电力市场电能和旋转备用随机竞价模型,采用超立方抽样和后向削减技术生成微电网运行场景,将随机竞价模型转化为多场景确定性竞价模型。典型低压微电网算例结果表明所提随机竞价模型相对于确定性竞价模型能够增加微电网竞价收益。 再次,考虑多种不确定性因素对微电网旋转备用优化的影响,建立了风电功率、光伏发电功率、负荷、发电单元停运和微电网净功率的不确定性分布模型,分别从联网运行经济性和孤岛运行可靠性角度构建了联网和孤岛运行模式下微电网旋转备用优化模型。微电网算例验证所提模型的有效性。 最后,基于风电-储能独立电网的控制特点分析,设计了一种风电-储能独立电网孤岛运行双层控制策略及其实现框架,包含上层广域功率平衡功率和下层储能系统功率补偿控制。在上层广域功率平衡控制中最小化电网控制成本,下层储能系统功率补偿控制实现不平衡功率实时跟踪。南澳电网的建模仿真验证了双层控制策略能够有效维持电网孤岛运行电压和频率稳定性。


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