大规模电化学储能参与双重辅助服务调度研究

作     者：周校聿 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘娆

授予年度：2022年

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

主      题：大规模电化学储能 电网侧 日前调度 调峰 频率响应 

摘      要：随着可再生能源的高比例并网以及特高压输电技术的迅速发展,电力系统的等效负荷峰谷差加大,大功率缺失事故导致的低频风险也急剧升高。传统电网中常规火电机组具有频率响应能力且承担主要调峰任务,但高比例可再生能源电网中具有反调峰特性的风、光发电等挤占了常规火电机组的上网空间,造成系统的频率响应能力与调峰能力持续下降。两方面因素相互作用,致使电力系统的调峰压力不断升高、频率响应态势愈发严峻,电网急需增加灵活调节资源,提高灵活调节能力。电化学储能是优质的灵活调节资源,尤其是兼具功率与容量优势的大规模电化学储能,理应令其同时参与多重辅助服务,在电网侧充分发挥其调节与保障作用以及对新型电力系统建设的支撑作用。针对上述问题,本文开展大规模电化学储能参与调峰、频率响应双重辅助服务调度的日前联合优化模型的建立、简化及解算研究,实现大规模电化学储能与常规火电机组同时参与双重辅助服务出力的综合协调。在深入理解常规火电机组与大规模电化学储能出力特点不同以及调峰与频率响应双重辅助服时间尺度差异的基础上,设计了火电机组与大规模电化学储能同时参与调峰、频率响应双重辅助服务的联合优化调度原则,进而以“保证系统频率安全前提下兼顾系统运行经济性为目标,综合考虑机组深度调峰成本、储能调用成本以及弃风惩罚成本等多种因素,计及系统频率安全约束,兼顾大规模电化学储能调整速度快、调整容量大以及出力受荷电状态影响等特点,建立了联合优化模型。针对模型中频率响应相关约束涉及控制参量和决策变量多的问题,以降低解算难度为目的,借助解析计算和仿真分析,分析三项控制参数对系统整体频率响应能力的影响,提出了仅进行虚拟下垂控制的实用化储能频率响应控制策略,并据此完成了联合优化模型的简化。面向含微分方程的非线性混合整数规划问题的求解,采用两阶段迭代思想将原问题分解为进行线性机组组合的主问题与进行频率最低点微分计算的子问题,实现了联合优化模型的求解,保留应用CPLEX求解器辅以计算,兼顾了求解效率与准确性。采用3种算例方案,面向聚类获得的10类风电场景,进行日前考虑大规模电化学储能同时参与双重辅助服务的联合优化调度。结果分析表明,大规模电化学储能同时参与双重辅助服务不仅能有效改善系统调峰、频率响应能力,还能使自身资源得到充分利用,综合提高系统运行的安全性与经济性。本文研究结果也为后续大规模电化学储能参与电网侧辅助服务调度的相关研究提供参考。