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10MW压缩空气储能系统的一次调频特性分析及研究

田今朝  
【摘要】:近年来,我国新能源发展迅速,应用规模不断扩大,成本持续降低,消纳矛盾明显缓解,清洁替代作用日益显著。随着补贴逐步退坡及市场建设加快,我国新能源发展步入后补贴时代,未来将逐步成为主导电源。风电、光伏发电、水电等可再生能源既不排放污染物、也不排放温室气体,是天然的绿色能源。为实现这个目标我国必须推动能源转型的发展、应对温室效应及气候变化等问题,大力发展可再生能源的建设。然而可再生能源发电的波动性和随机性等特点,阻碍了可再生能源形成大规模的推广发电。储能技术是解决这一问题的重要途经,压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模的储能技术之一。压缩空气储能具有快速储能及放电的特性,可精确快速的响应电网的调节指令,在电网的一次调频方面有着优秀的条件。但国内外对于压缩空气储能系统的一次调频研究甚少,因此研究压缩空气储能系统的一次调频特性是具有未来潜力的重要课题。本文首先研究了电力系统一次调频的基本特征,并依据压缩空气储能一次调频系统的原理,建立系统工作的数学模型。以某10MW压缩空气储能系统的小型实验平台为研究对象,对其运行的历史数据进行去噪和标幺化处理,作为系统辨识的基础。利用最小二乘法对压缩空气储能一次调频系统的数学模型参数进行辨识,使用得到的辨识模型在Matlab的Simulink环境中建立压缩空气储能一次调频系统的仿真模型。将仿真结果与历史数据进行校核,验证仿真模型的精确度。结果显示仿真模型的运行结果与历史数据有着较高的拟合度,证明该仿真模型可以准确的进行后续的仿真实验。压缩空气储能系统的一次调频能力核心在于控制系统,而控制系统由调速阀与PID控制器组成。本文采用了人工蜂群算法与遗传算法,研究了压缩空气储能系统一次调频的PID控制器参数整定,结果显示初始取值空间的大小不同,会影响算法最后整定的结果。改进人工蜂群算法在[0,1000]内的PID参数整定,其控制效果最优。采用蒙特卡洛模拟法验证PID控制器的鲁棒性,使系统参数在±50%范围内波动,结果表明,改进PID控制器的控制效果最稳定,鲁棒性最强。最后,本文基于simulink平台中的压缩空气储能一次调频系统,应用不同的PID控制器、负荷扰动形式和控制参数设置进行仿真实验研究。结果表明:改进PID控制器优于传统PID控制器,且具有良好的控制效果;在不同的变负荷扰动形式下,压缩空气储能系统的一次调频响应中带有微小超调量,是由于调速阀的滞后响应所导致;一次调频的死区设置对压缩空气储能系统的一次调频能力影响微小,但过大会造成系统稳定值出现偏差;一次调频系统的转速不等率取值对一次调频系统的影响较为明显。这些仿真结果对压缩空气储能系统的一次调频特性进行更深入的研究,掌握了机组参数设置与电网一次调频特性间的动态规律。


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