风储联合调频的控制策略与储能容量配置研究

作     者：张升 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李季;赵龙

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：一次调频 混合储能 双层优化 变下垂系数 改进NSGA-Ⅱ 

摘      要：伴随风力发电技术快速发展以及“碳中和“碳达峰等可持续发展战略的提出,风能作为主要的新能源在电力系统中的渗透率正逐渐增高,大规模风电并网会造成电力系统惯性降低,加剧传统发电机组的调频压力,降低电力系统频率稳定性。如何提高含高风电渗透率系统的频率响应能力已成为亟待解决的问题,为此本文在风电、储能参与一次调频方面展开研究。本文首先分析了风电参与电力系统一次调频的基本原理与传统控制方式,并构建了相关模型,仿真分析了全风速下风电参与一次调频的频率响应特性,在此基础上建立了含双馈风机、超级电容与蓄电池的风电+混合储能系统模型。针对风电+混合储能系统协同一次调频控制策略问题,提出了基于双层优化的协同调频控制策略。首先,通过外层控制实现风储运行状况以及SOC监测反馈,将调频功率指令分配给风机、混合储能,实现调频功率指令分配协同;其次,内层设计了DFIG结合转子动能控制与减载控制协同的一次调频控制方式,发掘了风电机组的调频潜力。同时,在混合储能一次调频控制层面,提出了基于SOC反馈的变下垂系数调频控制,解决了传统定下垂系数控制时储能过充过放、造成频率二次跌落的问题,充分发挥了功率型储能超级电容调节高频波动,能量型储能蓄电池调节低频波动的能力,经过SIMULINK仿真验证了本文策略在一次调频方面的有效性。针对风电+混合储能调频的储能容量配置问题,建立了混合储能参与系统一次调频频率偏差均方根值最小,调频年均成本最低的混合储能容量配置模型。通过分析传统NSGA-Ⅱ算法基本原理,提出改进NSGA-Ⅱ算法求解储能容量配置,仿真对比了改进后的算法在解集收敛性及分布性方面均有明显提升。同时根据改进NSGA-Ⅱ算法帕累托边沿选取的五组解集,进行储能合理配置,分析了基于一次调频最优、经济成本最优以及综合最优情况下的不同储能配置方案及频率响应情况。为比较与单一蓄电池储能在调频性能以及经济性方面的优势,仿真分析了单一蓄电池风储系统参与一次调频的经济成本以及调频性能,验证了本文风电+混合储能在一次调频方面的良好效果,既维持了电网频率稳定性,也减小了电力系统储能建设、运行以及维护成本,提升了经济性。