梯次储能参与风电场功率波动平抑控制策略及优化配置

作     者：李雄 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李培强

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：梯次储能 经济性 平抑波动 容量配置 控制策略 

摘      要：近年来电动汽车数量急剧增加,电动汽车中动力电池受到车辆运行过程的震动冲击和日常充放电的影响,导致内部SEI膜的生长和锂枝晶的产生,致使其容量发生衰退,一般在使用5-8年后无法满足车辆的行驶性能需求及安全性要求。据测试电动汽车中动力电池退役时,其实际容量约为初始额定容量的70%-80%,其中绝大部分电池仍具有良好的充放电性能和容量保持率,可在经过筛选重组后在场景温和的储能领域进行梯次利用。在新型电力系统中风光等可再生能源将成为发电主力军,但受波动性、随机性和时空不匹配的影响,风光亟需与储能搭配降低对电力系统的影响,将退役电池应用于风电储能领域,可缓解大量动力电池的退役问题。现阶段退役动力电池的应用策略和经济性尚不明确,研究分析动力电池梯次利用策略及经济性具有非常重要的理论价值和工程价值。目前退役动力电池以磷酸铁锂为主,本文以退役磷酸铁锂动力电池为研究对象,分析梯次储能在平抑风电功率波动场景下的经济性和应用策略,主要研究内容如下:对梯次储能的经济性进行分析,建立了考虑容量衰减的全寿命周期平准化成本模型,评估了梯次储能系统的经济性;采用敏感性分析方法识别影响梯次储能系统经济性的关键因素,并基于敏感因素分析了梯次储能不同参数对经济性的影响,寻找梯次储能在不同经济条件下的边界值。综合考虑退役电池的性能和风电场要求,基于经济性最优提出了风电场中退役电池与新电池混合储能的容量配置方法。分析了退役电池与新电池混合储能的可行性与必要性,并针对退役电池的特性建立了动作时间尺度模型,用以改善退役电池充放电行为,更好地延缓退役电池在役寿命,提高梯次利用经济性;提出了经济性最优的混合储能容量配置方法,通过对模型线性化后采用gurobi进行求解,获取混合储能的容量配置结果;并基于实际风电场数据进行仿真验证,分析了风电场不同储能配置时长要求、退役电池不同时间尺度和不同控制策略情况下混合储能容量配置和经济性。针对风电场弃风消纳与功率波动平抑,提出了基于共享储能消纳-梯次储能平抑的风电场日前-日内两阶段运行策略。通过建立日前双层-日内多目标两阶段优化模型,其中日前双层模型中上层以电网交易费用最小为目标,下层以风电场共享储能租赁费用和弃风惩罚费用最小为目标,优化火电机组出力情况和共享储能租赁情况;日内模型基于火电机组出力和共享储能电量交易情况,以波动考核费用、弃风功率和储能电量最小为目标,减少风功率波动,降低风电并网对电网稳定运行的影响。基于改进的IEEE-30节点系统验证所提运行策略的有效性,并分析了风电场采用共享储能平抑、梯次储能平抑以及梯次储能分组平抑策略下储能的运行情况。