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降低储能寿命衰减的火储联合调频控制策略

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:38699
  • 论文编号:
  • 日期:2024-12-12
  • 来源:上海论文网

工程论文哪里有?本文从新型电力系统发展现状出发,对我国新型电力系统调频的形式进行简要说明,引出储能调频的发展,分析了我国储能装机规模以及新型储能的优势,同时对火储联合调频与混合储能调频控制策略进行述评,总结出当前研究的不足。

第1章 绪论

1.2 国内外研究现状

1.2.1 新型电力系统调频研究现状

新型电力系统下,时代的快速发展必然离不开电力事业的支持,煤、石油、天然气等化石能源的大量消耗,新能源的发展已成为必然趋势,风电光伏等新能源装机比例逐年上升[14]。

频率是电力系统运行的核心指标,影响着整个电网的运行。新型电力系统下的频率问题日益困难,由于频率的波动已给各个国家带来了经济损失与人员伤亡,近年来国年外由于频率跌出限值造成的灾难已经很多。2015年9月19日,我国华东电网发生直流故障,导致损失功率约490万千瓦,使得电网频率降至历史最低点49.56赫兹。2019年8月9日,英格兰和威尔士的电网频率下降至49赫兹以下,引发了大规模停电,大约100万人受到影响,部分交通陷入瘫痪[15]。这些频率安全事件表明,频率安全已经成为现代电力系统的重大问题。

综合我国国情,我国目前主要的调频手段依然以火电机组为首,但火电机组受自身特性的影响,存在着诸多弊端,调频响应速度慢,响应时间长;受爬坡限制,调频出力有限;虽然火电机组具有一二次调频能力,但由于火电机组的控制回路分配不均,使得一次调频与二次调频相互冲突,不利于电网的安全稳定运行。

第3章 计及储能寿命衰减的火储调频多重约束优化控制

3.1 火-储联合调频系统

大规模新能源并网对电网调频提出挑战,如何在满足系统的调频需求同时兼顾系统调频过程中的火电机组磨损与储能寿命折损成为亟需解决的问题。因此,本章提出以储能寿命衰减模型为基础,考虑多重约束优化火储调频控制,首先,构建基于充放电深度与可用容量的储能寿命衰减模型与火电磨损简化模型,基于储能的调频响应时间与响应精度,构建关于储能与火电的调频损耗抗拒系数,提高储能调频积极性;其次,提出计及系统调频损耗成本的火电-储能功率分配与储能荷电状态规划的双层模型,以系统调频容量与有关SOC函数为优先出力约束,通过设置储能SOC偏差系数恢复SOC约束储能功率。最后基于实测数据对调频策略进行仿真,结果表明所提策略具有较好的经济性,同时恢复了储能的SOC,降低了系统调频损耗。

本文研究重点是考虑调频损耗因素下,储能如何参与辅助火电机组跟踪AGC指令,首先对火电机组与储能参与调频自身损耗进行分析,基于调度中心下发的AGC指令,以多约束控制实现火电-储能之间的合理分配。源侧下,火储联合系统应满足新能源并网和负荷波动。


第4章 基于混合储能寿命状态与调频极限分区的双层控制策略

4.1 混合储能联合调频系统

本文以电池储能与飞轮储能组成的混合储能系统为研究对象,通过辅助火电机组调频,实现电网的功率平衡,其结构如图4-1所示。

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考虑到本文重点是AGC指令如何在混合储能之间分配,因此做如下简化:将AGC指4.2 混合储能双层优化分配策略令与火电机组出力的差值作为该区域混合储能的AGC指令。

针对新能源大规模并网与传统调频能力欠缺带来的频率安全和调频资源经济效益无法兼顾的问题,本文提出了混合储能辅助火电机组调频的双层优化分配策略。包括上层实时状态优化方法与底层调频分区控制策略,其框架如图4-2所示。

(1)上层实时状态优化方法,提出电池储能的最佳寿命评估方法与平衡混合储能SOC状态和调频性能的方法,综合考虑长时间尺度下的频率安全与储能寿命。

(2)底层调频分区控制策略,针对飞轮的特性提出以飞轮储能调频极限为判断依据的分区工作模式,有针对性地解决频率安全或者延长电池使用寿命。

综合考虑混合储能的响应特性,混合储能控制以自身技术特点对电力市场经济性的影响,以突显出不同储能给调频带来的不同优势,以达到技术性与经济性并行的混合储能协调分配控制。

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结论

针对储能联合系统参与新型电力系统调频的控制策略问题,首先分析了传统机组与储能的调频响应特性,提出了火电与储能之间的替代评价指标,然后设计了基于火储调频性能的损耗抗拒系数,考虑机组的磨损与储能的寿命衰减,提出基于调频损耗成本与调频性能的火储联合调频多重约束控制策略,最后,结合混合储能的优势,提出基于混合储能寿命状态的经济性表征与调频极限分区双层控制策略。结论如下:

(1)以单次调频响应指令与连续调频相应指令分析火储联合调频下的调频特性,火电机组受自身爬坡等约束影响,对应工况较复杂,而储能由于响应时间快的特性,能够快速跟踪AGC指令,显著提高调频性能60.0%;但火电机组由于其动能不断提供,稳定性表现突出,而储能受SOC状态影响。在火电与储能在增加相同功率的前提下,储能的功率替代与能量替代仍然比火电的高2-5倍,储能参与下频率偏差相比火电机组降低63.1%。相同功率下,储能对于频率的改善相较火电机组提高90%。

(2)为了提高火电机组调频能力,降低系统调频损耗成本,提出了基于火电-储能调频损耗下多重约束优化控制策略,所提策略通过构建火储系统调频损耗模型,优化储能充放电功率与可用容量对储能寿命衰减影响,在调频损耗成本上,单位调频损耗电价降低8.0%,功率偏差降低92.3%。该策略提出损耗抗拒系数,以调频性能突显提高储能调频的积极性,在降低系统调频损耗的同时,由于储能的有效参与,不仅降低了系统调频偏差41.2%,还提高了系统调频性能42.9%。最后优化控制以火储剩余调频容量为约束建立双层控制模型进行功率分配,将调频损耗成本纳入优化模型,综合提高经济性,降低损耗成本2699.5元的同时,有效恢复储能的SOC。

参考文献(略)

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