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基于风功率预测的风电场混合储能容量多目标优化配置

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基于风功率预测的风电场混合储能容量多目标优化配置

作者：王艳艳山西大学

学位级别：硕士

在全球大力倡导"节能减排"的背景下,风力发电技术作为一种最为成熟的清洁发电技术而得到了广泛应用,装机容量逐年大幅增加。然而,风力发电因其固有的随机性和间歇性,大规模并网给电力系统带来了电压波动、功率波动等问题,影响电网的安... 详细信息

在全球大力倡导"节能减排"的背景下,风力发电技术作为一种最为成熟的清洁发电技术而得到了广泛应用,装机容量逐年大幅增加。然而,风力发电因其固有的随机性和间歇性,大规模并网给电力系统带来了电压波动、功率波动等问题,影响电网的安全稳定运行。此外,风电出力具有反调峰特性,随着风电比例的不断增大,电网调度将可能会对风场进行一定程度"弃风限电",不仅浪费了清洁的风能资源,而且降低了风电场的收益。因此,针对上述问题,本文以山西省某风电场为研究对象,从风功率预测、风电场储能容量优化配置策略设计、多目标优化配置模型建立及求解等方面进行了深入研究。主要工作概括如下:1.定性分析了风电场输出功率特性和其对电力系统的影响,明确了影响风电场输出功率的主要因素;介绍了储能技术原理及常见储能设备,分析了现有风电场对储能配置系统的评价指标,为风功率预测和储能优化配置研究提供理论基础。2.提出了一种带回归结构的动态ANFIS风功率预测方法。在研究传统自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的基础上,针对风功率和风速的时间序列特性,提出了一种带回归结构的动态ANFIS方法;利用试验风场的风速和风功率的历史数据,对带回归结构的动态ANFIS风功率预测模型进行训练、校验和测试,得到最优预测模型;在此基础上,利用相同的样本数据,采用常规预测算法（传统ANFIS算法、BP神经网络、动态神经网络等）构建风功率预测模型,并与本文方法所建风功率预测模型进行了对比,结果表明本文方法所建模型的预测精度较高;利用所建的预测模型对试验风场的风功率进行了预测,为后续储能容量优化配置提供可靠的数据来源。3.针对风电功率的波动和电网对风场的弃风限电问题,提出了对风电场配置由蓄电池和抽水蓄能电站组成的混合储能系统,并设计了混合储能系统容量的多目标优化配置策略。建立了以风储联合经济效益最大和配置储能后的风电功率波动最小为目标的优化配置模型及约束条件,以试验风电场的风功率预测数据和实际运行数据为基础,利用遗传算法对所建混合储能优化模型进行了优化求解,得到了最优目标下的蓄电池和抽水蓄能电站的容量配置。仿真结果表明,配置混合储能系统可以在一定程度上平抑风功率波动,提高电网对风功率的消纳能力。

关键词：风功率预测蓄电池抽水蓄能储能容量多目标优化

面向园区风光储系统的储能容量优化及运行调控策略研究

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面向园区风光储系统的储能容量优化及运行调控策略研究

作者：彭政湖南大学

学位级别：硕士

随着电力负荷的不断增长,而火电受到减排压力限制,可再生能源发电愈发重要。由于风电和光伏发电往往具有不可控性,其广泛应用给电力系统带来诸如失稳等安全隐患问题。储能在削峰填谷、调峰调频和平滑功率波动上具有一定支撑作用,有助于... 详细信息

随着电力负荷的不断增长,而火电受到减排压力限制,可再生能源发电愈发重要。由于风电和光伏发电往往具有不可控性,其广泛应用给电力系统带来诸如失稳等安全隐患问题。储能在削峰填谷、调峰调频和平滑功率波动上具有一定支撑作用,有助于可再生能源的有效利用和友好并网。本文针对园区风光储系统的储能容量优化及运行调控策略进行研究,主要工作如下:本文首先以提升风能和太阳能的消纳率为目标,揭示了园区风光储一体化系统中风光发电系统的运行原理,并以此为基础建立了风电场和光伏电站的相对应的控制架构。同时,对以湖南地区为例的四种园区电力负荷的基本特性进行了统计和分析,为后续研究奠定基础。其次围绕可再生能源发电并网需求和储能系统工作特性,介绍了储能变流器的基本架构,并确定了本文所研究的储能单元。同时在风电场和光伏电站并/离网的运行时,建立具备良好适应性的储能变流器无缝切换控制策略,保证风光发电系统在并/离网运行时储能系统能够及时响应并网节点的能量流动,也能够对节点和风光发电系统进行无功支撑。所构建的Matlab/Sinulink仿真模型结果表明,该策略不仅改善了公共电网的能量波动,也增强了园区供配电系统暂态稳定性能。另外,考虑风光发电系统的出力特性受不同参数的影响,对风电场和光伏电站的出力情况采用BP神经网络算法进行短期预测,并引入粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)分别构建了关于储能系统容量的平抑网络功率波动数学模型和网络功率最小损耗数学模型,并通过算例进行了相关验证和分析不同寻优目标下储能系统的出力状态,算例结果表明储能单元的容量为网络最小损耗时,风光出力系统的波动幅度较为稳定,公共电网内的能量流波动较为平稳。最后,本文末尾构建了园区风光储一体化系统整体运行功率协调控制的Matlab/Simulink模型,并由此通过园区风光储一体化系统六种不同工况下的运行状态进行仿真实验,仿真结果表明园区公共电网的能量协调和储能系统的出力动态匹配能力一致,且储能容量为最小损耗优化结果时能够降低公共电网内部的电流谐波畸变率,有效地增强了风光联合发电系统接入园区公共电网的能力。

关键词：风光储一体化系统储能容量 BP-PSO算法储能变流器协调控制

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基于风电场出力计划的储能系统容量优化

可再生能源 2013年第11期31卷 43-47页

作者：杨青斌袁铁江吐尔逊.伊不拉音陈洁阿里木江.卡德尔刘沛汉刘佳铭葛来福王再闯新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

储能系统的引入为风电成为可调度电源提供了可能,但增加了投资成本。文章提出一种基于风电场出力计划的储能系统容量优化方法。首先,利用风电场功率预测误差的标准偏差对风电场出力计划进行优化;其次,以出力计划为风电场出力目标,在风... 详细信息

储能系统的引入为风电成为可调度电源提供了可能,但增加了投资成本。文章提出一种基于风电场出力计划的储能系统容量优化方法。首先,利用风电场功率预测误差的标准偏差对风电场出力计划进行优化;其次,以出力计划为风电场出力目标,在风电场实际出力跟踪出力计划允许的误差带宽内,以风电并网条件为约束,用遗传算法确定出储能系统在各时刻的最优出力值,进而考虑储能系统充/放电效率、荷电状态确定出储能系统容量;最后以新疆某风电场为例进行算例分析,结果表明该方法是合理、有效的。

关键词：风电出力计划遗传算法储能功率储能容量

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风电功率预测及风电场储能容量优化研究

风电功率预测及风电场储能容量优化研究

作者：冯江霞山东大学

学位级别：硕士

由于环境、气候的持续恶化及石油、煤炭等非可再生能源价格的不断上涨,世界各国均将本国的清洁可再生能源的发展提到了战略意义角度上考虑。作为技术成熟度最高的风力发电正广泛得到应用,并且其装机容量逐年增大。因此,风力发电对电力... 详细信息

由于环境、气候的持续恶化及石油、煤炭等非可再生能源价格的不断上涨,世界各国均将本国的清洁可再生能源的发展提到了战略意义角度上考虑。作为技术成熟度最高的风力发电正广泛得到应用,并且其装机容量逐年增大。因此,风力发电对电力系统安全稳定运行的影响越来越受到人们的关注。大规模风电并网给电力系统带来许多影响,如电压波动、闪变,究其原因是由于风电的间歇性和随机性,使得风电功率预测精度不高,进而使得电力系统不能按照既定计划对风电场输出功率进行实时调度。为此,如何提高风电功率预测精度,配置合理容量的储能设备平滑风电功率,使得风储系统能够最终实现风电场输出功率与现有调度计划相适应,对于促进风力发电发展,提高电网消纳风电的能力,有明显的理论意义与实际价值。在此背景下,本文提出将储能设备应用于风电场中,通过储能容量的优化配置,从不同时间级平滑风电功率,实现风电场输出功率的平滑输出,并使得风电场输出功率能够参与现有调度计划。其主要工作可概括如下：（1）针对风速与风电功率间非线性关系对风电功率预测精度的影响,基于时间序列法和神经网络法,对风速及风电功率的短期预测建立了改进预测模型。该模型首先用时间序列法建立风速的时间序列预测模型;其次为精确描述风速-风电功率关系,利用神经网络法建立风速-风电功率模型,并用风速预测数据作为该模型的输入量获取风电功率的预测结果。该研究可以有效提高基于风速预测风电功率的预测精度,为有效调度风电功率奠定基础,并为后续储能容量优化提供数据基础。（2）考虑到蓄电池应用中有储能容量和最大充放电功率限制的问题,建立了计及两者影响的蓄电池数学模型,为后续储能容量优化工作提供了合适模型。（3）为减小风电功率随机波动分量对电力系统的影响,提出用储能设备平滑风电功率随机波动频繁的min级分量部分,并通过分析风电功率min级分量的波动特性,建立对应的储能容量优化配置模型。该模型在充分把握风电功率min级分量波动特性的基础上,以概率统计的区间估计理论确定储能系统的容量配置和最大充放电功率。该模型可以较小容量的储能设备改善风电功率的平滑输出,有利于减小风电功率随机波动性对电力系统的不利影响。（4）功率存储为随机波动的风电功率适应确定性的电网调度决策提供了可能,为使能能容量规划兼顾考虑调度决策的适应性和风储系统的运行经济性,以适应电网调度运行计划的风电场输出功率时段参考值为依据,以储能系统投资成本与风电场运行成本最小化为目标,以折中思想为指导,构建了计及风电场弃风能量和储能系统损失能量的风电场储能容量优化计算模型。该模型可充分保障风电场与储能系统运行的经济性,实现指定调度计划下风电场输出功率的不波动或极小概率波动,进而达到风电功率与电网运行调度的平稳、有效衔接。

关键词：风力发电功率预测蓄电池储能容量最大充放电功率

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风电-储能联合系统储能容量优化研究

风电-储能联合系统储能容量优化研究

作者：郭翀河北科技大学

学位级别：硕士

风能是当前最具有开发潜力的可再生能源之一,而风力发电是其开发的最有效途径,但由于风电具有波动性和间歇性,风电的大规模并网对电力系统安全稳定运行会造成严重影响。将储能技术应用于风力发电从而平抑风电场输出功率的波动,构成风储... 详细信息

风能是当前最具有开发潜力的可再生能源之一,而风力发电是其开发的最有效途径,但由于风电具有波动性和间歇性,风电的大规模并网对电力系统安全稳定运行会造成严重影响。将储能技术应用于风力发电从而平抑风电场输出功率的波动,构成风储联合发电系统是当前解决这个问题的理想方案。因此,如何优化配置合理容量的储能系统,使风储联合系统的输出功率与预测调度计划相适应,对提高电网消纳风电的能力、促进风电的大规模发展、具有重要理论和工程实际意义。为了更好优化配置合理的风储联合系统的储能容量,提高风储联合发电系统并网后的功率输出稳定性,本文首先分析了风力发电系统的模型和储能系统的模型,着重总结了风力机模型、风力发电机模型和储能系统模型的特征;接着分析和提炼了影响风储联合系统储能容量的两个主要相关因素:风电场输出功率的预测因素和储能容量优化目标因素。针对影响储能容量的这两个相关因素,采用持续预测方法获取风电场小时预测出力,采用了以储能系统的运行成本、充放电损失电量和弃风能量的费用总和最小为目标的储能系统容量优化模型;针对该模型,结合风储联合系统历史输出功率与预测调度计划的差值功率的分布特性,采用了基于“调度置信度水平”的风储联合系统储能容量优化算法,这种算法运用非参数估计拟合差值功率的概率分布函数和累积分布函数,从而得到储能系统的优化容量配置;最后,针对功率型储能系统对象,基于河北某风电场实测数据,开展了风储联合系统储能容量优化的仿真与分析,结果表明:与传统方法相比,运用“调度置信度水平”的优化方法,在置信度越高的情况下,储能系统的运行成本、充放电损失电量和弃风能量的费用总和最小。本文的工作为风储联合系统的储能容量优化配置提供了一种有效方法。

关键词：风力发电储能容量持续预测方法调度置信度水平非参数估计

电池储能系统用于风电功率部分“削峰填谷”控制及容量配置

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中国电力 2013年第8期46卷 16-21页

作者：靳文涛李建林中国电力科学研究院北京100192

为缩减风电输出功率小时级的峰谷差,减小风电功率间歇性、波动性对规模化风电并网带来的不利影响,基于风电功率短期预测技术的小时级风电功率输出指令,提出风电功率部分"削峰填谷"控制策略,利用电池储能系统(battery energy storage sys... 详细信息

为缩减风电输出功率小时级的峰谷差,减小风电功率间歇性、波动性对规模化风电并网带来的不利影响,基于风电功率短期预测技术的小时级风电功率输出指令,提出风电功率部分"削峰填谷"控制策略,利用电池储能系统(battery energy storage system,BESS)缩减小时级尺度的风电功率峰谷差,并在各时间窗口内将风储合成出力的风电功率波动限制在一定的带宽范围以内;提出基于正态分布的储能功率计算方法,基于电池储能系统优化控制策略,分析电池储能系统实现部分"削峰填谷"控制策略与储能容量之间的关系。仿真实验结果验证该控制策略下储能容量配置的正确性与可行性。

关键词：峰谷差风电功率削峰填谷电池储能系统储能容量

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风电—储能联合系统储能容量优化研究

风电—储能联合系统储能容量优化研究

作者：王荣湖北工业大学

学位级别：硕士

可再生能源中,风能是最具有发展潜力的,而发展风能最有效的途径就是将其转换为电能。受制于风能具有波动性和不连续性,风电也带有极大的波动性和不连续性,这一特点是导致风电无法大规模并入电力系统的主要原因,因为它严重影响了大电网... 详细信息

可再生能源中,风能是最具有发展潜力的,而发展风能最有效的途径就是将其转换为电能。受制于风能具有波动性和不连续性,风电也带有极大的波动性和不连续性,这一特点是导致风电无法大规模并入电力系统的主要原因,因为它严重影响了大电网的稳定运行。解决这一问题的理想方案是采用风电储能联合系统的输出功率配合大电网的调度计划,也就是说,将储能技术应用于风力发电,利用储能填平风电场输出电能的功率波动。但是如何最优化配置储能系统、如何将储能系统的输出功率适应规划的电网调度,如何提高电网容纳风电的能力又是几项复杂的大问题。这些问题的解决与否直接关系着风电能否大规模发展,因此解决这些问题具有巨大的理论、工程和现实意义。为风电储能联合系统的储能容量能够被更合理的优化配置,使得风电储能联合发电系统能够稳定输出功率,本文首先详细介绍了风力发电系统和储能系统的模型,并对风力机、风力发电机及储能系统模型的特征做出了总结;然后说明了风电场输出功率的预测,是影响风电储能联合系统储能容量的两个关键因素之一,另一个关键因素是储能容量优化目标。为解决这两个因素,本文采取持续预测的办法,通过获取风电场小时预测出力,提出了以弃风能量、充放电失去量、运营成本的费用最少为设计目的的储能系统优化模型;在这一模型的基础上,本文进一步提出了风电储能联系系统储能容量优化算法,这一算法基于“调度置信度水平”,也结合了历史输出功率和预测调度计划的差值功率分布。该算法也应用了两个函数,即积累分布函数和概率分布函数,这两个函数都运用了非参数估计拟合差值功率。最后,本文以功率型储能系统作为研究对象,结合在上海的某一风电场实地测试数据,进行了仿真分析。这种风电储能联合系统容量优化的仿真结果表明,相比传统的方法,本文所提出的方法能够使储能系统的运行总费用最小,且总费用和“调度置信度水平”成反比例的关系。考虑到风电场的输出功率的预测值与储能容量优化目标是影响风电储能联合系统储能容量的最关键因素,本文采用“调度置信度水平”的方法来优化风电储能联合系统储能容量,它具有储能系统的费用总和与置信度成反比例的规律,置信度越高,费用就越低。因此,本文的研究成果为优化配置风电储能联合系统储能容量提供了一种新的途径。

关键词：风力发电储能容量置信度非参数估计

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电动汽车充储放电站储能系统容量配置方法

电力系统及其自动化学报 2017年第11期29卷 133-137页

作者：吕跃春汪会财李志勇刘永相国网重庆市电力公司重庆40000 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401123

基于排队论和成本效益分析法,提出一种电动汽车充储放电站储能系统容量配置方法。首先采用排队论构建电动汽车充电站充电服务系统排队模型,据此分析充电站n台充电桩同时提供充电服务的概率和预测充电站充电负荷趋势;其次,采用成本分析... 详细信息

基于排队论和成本效益分析法,提出一种电动汽车充储放电站储能系统容量配置方法。首先采用排队论构建电动汽车充电站充电服务系统排队模型,据此分析充电站n台充电桩同时提供充电服务的概率和预测充电站充电负荷趋势;其次,采用成本分析法建立充储放一体化充电站的建设成本、产生效益以及削峰负荷同直流充电机柜改造台数间的约束关系;综合二者,建立以成本回收年限为因变量,直流充电机柜改造台数为自变量的函数关系;最后,以某充电站为例,通过所提模型计算,演示了不同改造数量充电机柜的回收周期,验证了方法的可行性。

关键词：电动汽车充储放储能容量排队论充电桩

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这个产业如初春般暖意蕴蓄 002

这个产业如初春般暖意蕴蓄