储能电池参与电网快速调频的选型与控制策略研究

作     者：邓涛 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李欣然;钱军

授予年度：2017年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：频率调整 储能选型 储能电池 幅频特性 控制策略 

摘      要：随着全球经济一体化发展,能源需求不断提升,能源短缺和环境恶化不断加剧,大力发展可再生能源已经成为人们的共识,以风电和太阳能光伏发电为代表的清洁能源发电获得迅速发展。风力和光伏发电出力具有明显的波动性和不确定性,加之常规机组的固有缺陷,使得大规模风光发电并网下将会引发新的电网频率问题。因而,在新能源发电高渗透率条件下确保电力系统频率稳定成为中国电网乃至世界电网面临的新研究课题。新型储能电池具有功率吞吐快速、调节控制灵活等特性,能有效参与电网快速调频,已受到业界的广泛认可。本文针对储能参与电网快速调频的选型与控制策略进行研究,主要内容如下。首先,通过电网频率响应的幅频特性分析,研究储能参与电网快速调频的必要性。介绍了电网一次调频的原理与考核指标及储能电源的等效模型,对常规电网调频的物理结构、运行方式进行了阐述,分析储能电源参与电网快速调频的原理,基于一阶等效模型构建了区域电网调频动态模型;通过传递函数的推导以及电网频率响应的幅频特性分析,在区域电网模型中加入正弦信号模拟不同频率扰动分量,在时域中验证频域的分析结论。研究结果表明,引入储能电源能够有效提高抗负荷扰动的能力,显著改善电网的调频能力。其次,基于储能全寿命周期成本模型对储能电源进行选型。简要介绍了各类型储能电源的经济技术特性,并提炼了经济技术指标;利用部分经济技术指标构建全寿命周储能成本模型。在一定容量/功率下,通过经济评价方法对各类型储能电源方案成本年费用进行对比分析,得出适用于电网快速调频的储能电源类型;并利用灵敏度原理分析各主要成本因素对成本年费用的影响程度,得到制约各类型储能电源方案应用的主要成本因素。最后,研究储能电池参与电网快速调频的自适应控制策略。介绍了定下垂控制策略和三种考虑SOC(StateofCharge)状态的控制策略并提炼了调频时域评价指标,通过对比分析综合考虑调频效果与电池SOC状态,提出了一种适用于电网快速调频的自适应控制策略。在区域电网模型中,针对阶跃扰动和连续负荷扰动两种工况下,利用调频时域评价指标验证所提自适应控制策略的有效性,其在短时扰动下,改善频率指标的效果更为显著,而在长时扰动下,其在保持储能电池SOC指标效果上更有优势。