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基于电化学储能选型的不同典型用户储能配置评估与运行优化研究

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基于电化学储能选型的不同典型用户储能配置评估与运行优化研究

作者：郭久亿四川大学

学位级别：硕士

近年来,随着社会经济的不断发展和人民生活水平的日益提高,电网中尖峰负荷出现频率不断增加,用户负荷呈现峰谷差较大的特点,在用电高峰时段易造成电力系统供需不平衡,威胁电网安全稳定运行。由于储能技术对电功率具有灵活的双向调节能力... 详细信息

近年来,随着社会经济的不断发展和人民生活水平的日益提高,电网中尖峰负荷出现频率不断增加,用户负荷呈现峰谷差较大的特点,在用电高峰时段易造成电力系统供需不平衡,威胁电网安全稳定运行。由于储能技术对电功率具有灵活的双向调节能力,可以对电能进行时空上的平移,具有应对用电高峰时段电力供需不平衡的能力;另一方面由于国家的政策引导和储能技术的不断成熟,储能技术应用于用户侧具有很大的发展潜力。但受限于储能技术的发展和用户用电行为的差异,使得用户侧储能商业化推广受到制约。综上,本文针对“用户侧储能”应用场景,从“用户侧储能选型-不同典型用户储能容量配置评估-日前储能运行优化”三方面出发,开展对用户侧储能选型及规划运行的有关研究。主要研究内容及相关结论如下:(1)用户侧储能选型是推广用户侧储能商业化应用的重要环节,选型过程中追求技术的适用性、投资的经济性和安装的环保性,涉及定性和定量多重决策指标。为了客观科学地确定用户侧电化学储能最优方案,减少选型过程中主观不确定性的影响,综合考虑电化学储能的技术性、经济性及环保性评估指标,提出了基于改进层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和逼近理想解法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的用户侧电化学储能选型评估模型。首先,基于AHP法和客观计算法对评估指标按比例进行综合赋权;其次,基于TOPSIS排序法,计算各备选方案与正、负理想解之间的相对欧式距离及综合贴近度;最后,根据综合贴近度大小对储能方案优劣进行排序。算例结果表明:锂电池、全钒液流电池、普通铅酸电池和钠硫电池4种方案综合优越度分别为:63.97%、53.75%、41.03%和33.56%,目前用户侧储能采用锂电池作为储能电源为最优方案。(2)不同典型用户的负荷行为存在很大差异,为使用户侧储能配置更加合理,缓解高峰负荷供需平衡,提出了基于层次分析法的用户侧储能配置评估与运行优化两阶段模型。首先,在储能配置评估阶段,基于储能选型结果将锂电池作为用户侧储能配置的电池储能系统,以用户侧储能全寿命周期内净收益最大为目标函数,对不同典型用户储能配置进行优化,得到相应的储能配置结果和评估参数;其次基于层次分析法,以储能全寿命周期内净收益、回收年限和投资回报率作为评估指标构建判断矩阵,评估不同典型用户储能配置方案的优劣;在运行优化阶段,根据配置阶段已确定的储能容量及功率,对适合安装储能的用户,以日前调度周期内购电成本最低为目标函数,建立日前优化调度模型,优化储能充/放电策略。最后通过Matlab平台分别对4类典型用户进行算例仿真,结果表明目前典型商业用户配置储能效益最佳,并分析了影响储能经济效益的有关指标。通过对以上用户侧储能应用的具体研究,可以为用户侧储能应用选型提供相应指导,同时也为不同用户储能商业化推广提供借鉴。

关键词：用户侧储能储能选型层次分析法逼近理想解法二阶段优化储能配置

基于最大评价差异的储能多场景区间模糊层次选型方法

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电力系统保护与控制 2024年第22期52卷 104-115页

作者：齐彩娟李牧远吴奕辰王铱宋蕙慧国网宁夏电力有限公司经济技术研究院宁夏银川750000 哈尔滨工业大学(威海)新能源学院山东威海264200 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司吉林长春130000

为满足新能源场站升级背景下多类型储能的选型需求,提出一种基于最大评价差异的区间模糊层次选型方法。从经济、环境、安全、技术、动态维度建立储能评价指标集,并基于梯形区间二型模糊集量化表征指标数据。分别基于专家多轮评价法和指... 详细信息

为满足新能源场站升级背景下多类型储能的选型需求,提出一种基于最大评价差异的区间模糊层次选型方法。从经济、环境、安全、技术、动态维度建立储能评价指标集,并基于梯形区间二型模糊集量化表征指标数据。分别基于专家多轮评价法和指标相对重要性法实现主、客观赋权,并采用最大评价差异法融合赋权。建立了基于多准则妥协解排序法的区间模糊层次选型模型,实现多场景下储能方案优选。IEEE39算例结果表明,所提方法能有效提升方案区分度,可根据波动抑制与削峰填谷场景特性给出针对性方案,为新能源场站配储提供决策支撑。

关键词：储能选型最大评价差异区间二型模糊集主客观评价层次分析法

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考虑选型的混合储能平抑海上风电波动的容量优化研究

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武汉大学学报（工学版） 2024年第6期57卷 782-791页

作者：陆秋瑜杨银国陈俊生刘洋刘念曹飞李光耀广东电网有限责任公司电力调度控制中心广东广州518046 北京四方继保工程技术有限公司北京100086 武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

为减少海上风电的间歇性和波动性对电网的冲击,常引入储能装置平抑其输出功率波动。考虑到采用固定混合储能组合进行容量优化研究具有局限性,提出一种考虑选型的混合储能容量配置方法,采用自回归滑动平均模型与基于概率距离的场景削减... 详细信息

为减少海上风电的间歇性和波动性对电网的冲击,常引入储能装置平抑其输出功率波动。考虑到采用固定混合储能组合进行容量优化研究具有局限性,提出一种考虑选型的混合储能容量配置方法,采用自回归滑动平均模型与基于概率距离的场景削减法处理海上风电的不确定性,提出一种基于小波包分解的混合储能功率分配策略;采用双循环模型将分配策略与储能选型相结合,建立储能系统经济性优化模型,以储能全寿命周期成本最低为目标,完成储能的选型和容量最优配置。以国内某海上风电场实测数据为例进行仿真,得出全钒液流电池和超级电容组成的混合储能系统为最优组合方案,且两者能够很好地发挥优势互补作用。

关键词：海上风电平抑波动储能选型混合储能容量优化

基于层次分析法AHP和TOPSIS的储能参与新能源一次调频选型方案

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现代电力 2024年第1期41卷 134-143页

作者：赵松张谦霍红岩党少佳杜荣华赵炜周磊辛晓钢张国斌郭瑞君于海存殷建华李旭李荣丽内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司内蒙古自治区呼和浩特市010020

储能选型是储能参与新能源一次调频规划和设计的关键内容,涉及到安全性、一次调频适应性、经济性和环保性等多方面指标,是一个复杂的多目标决策问题。提出基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和逼近理想解排序方法(techniqu... 详细信息

储能选型是储能参与新能源一次调频规划和设计的关键内容,涉及到安全性、一次调频适应性、经济性和环保性等多方面指标,是一个复杂的多目标决策问题。提出基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和逼近理想解排序方法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)相结合的储能参与新能源一次调频选型方案。分析各个指标特征,构建两层决策体系。根据专家打分和实际应用需求,采用AHP法得到各个决策指标的权重,进一步采用TOPSIS法根据各指标的权重和相关参数对储能进行选型。最后,选取压缩空气、飞轮储能、磷酸铁锂电池和超级电容器等12种储能类型为案例进行分析,结果表明,磷酸铁锂电池在参与新能源一次调频应用场景中占有优势。该选型方案可以为储能参与新能源一次调频规划和设计提供一定的理论支撑。

关键词：储能选型新能源一次调频层次分析法 TOPSIS法

储能电池参与电网快速调频的选型与控制策略研究

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储能电池参与电网快速调频的选型与控制策略研究

作者：邓涛湖南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：频率调整储能选型储能电池幅频特性控制策略

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基于云模型的电化学储能工况适应性综合评估

电力工程技术 2022年第4期41卷 213-219页

作者：韩晓娟牟志国魏梓轩华北电力大学控制与计算机学院北京102206

储能系统是随时间变化的复杂能量系统,需要多项指标描述其性能,且不同应用场景对储能系统的要求亦不相同。针对上述问题,文中提出基于云模型的电化学储能工况适应性评估方法。在储能参与电网调峰调频应用场景下,首先建立适用于电网调峰... 详细信息

储能系统是随时间变化的复杂能量系统,需要多项指标描述其性能,且不同应用场景对储能系统的要求亦不相同。针对上述问题,文中提出基于云模型的电化学储能工况适应性评估方法。在储能参与电网调峰调频应用场景下,首先建立适用于电网调峰调频的储能系统综合评估指标域和标准域;然后利用熵权法计算储能系统评估指标的权重矩阵,利用正向云发生器计算待评估储能系统决策指标的隶属度矩阵;最后根据储能系统综合评估标准域上的模糊子集计算待评估储能系统工况适应性的综合评分,选取评分最高者作为该应用场景的最佳储能系统。仿真分析5种电化学储能系统的工况适应性,结果表明,磷酸铁锂电池得分最高,即在调峰调频场景下磷酸铁锂电池的工况适应性最佳,与工程实际相符。

关键词：储能选型工况适应性调峰调频决策融合熵权法云模型

基于AHP和CRITIC的电网调峰调频储能系统规划

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电源学报 2021年第2期19卷 136-141页

作者：李德鑫田春光吕项羽张海锋王锋韩晓娟国网吉林省电力科学研究院有限公司长春130021 华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

储能系统的选型作为储能参与电网调峰调频规划的首要环节,对储能的推广应用具有重要意义。提出基于层次分析法AHP(analytic hierarchy process)和客观权重赋权法CRITIC(criteria importance though intercrieria correlation)相结合的... 详细信息

储能系统的选型作为储能参与电网调峰调频规划的首要环节,对储能的推广应用具有重要意义。提出基于层次分析法AHP(analytic hierarchy process)和客观权重赋权法CRITIC(criteria importance though intercrieria correlation)相结合的电网调峰调频储能系统选型方法。通过分析储能系统在调峰调频场景下的工况特性,构建了适于储能系统选型的两层决策指标体系。基于专家经验和技术需求,利用AHP法确定第一层指标权重。综合考虑指标内的变异性及各指标之间的冲突性,采用CRITIC法确定第二层决策指标权重。通过综合两层决策指标的权重,给出各种类型储能系统的综合评分。该方法为电网调峰调频的储能电站规划提供了理论依据,具有一定的工程应用价值。

关键词：层次分析法客观权重赋权法储能系统调峰调频储能选型

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低压直流微电网储能优化控制方法研究

低压直流微电网储能优化控制方法研究

作者：李炫华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着微电网的不断发展和直流负荷比例的提高,基于储能装置的低压直流微电网受到了广泛关注。在低压直流微电网系统中,光伏和储能装置等直流型单元可以减小逆变器的使用,提高转换效率,但系统中同时存在着可再生能源出力不确定性较大,弃... 详细信息

随着微电网的不断发展和直流负荷比例的提高,基于储能装置的低压直流微电网受到了广泛关注。在低压直流微电网系统中,光伏和储能装置等直流型单元可以减小逆变器的使用,提高转换效率,但系统中同时存在着可再生能源出力不确定性较大,弃光率较高等问题。在满足负荷需求的前提下,合理的配置光伏装机容量和储能容量,提高可再生能源消纳率并提高运行经济效益是目前研究的重点。本文围绕基于储能装置的低压直流微电网优化进行了研究,提出了基于光伏多种出力场景下的容量配置方法,建立了计及储能使用寿命的低压直流微电网系统优化运行模型,采用多目标灰狼算法迭代寻优,提升了运行经济性,降低了系统碳排放,提高了储能使用寿命。论文主要研究内容如下:首先,分析了国内外微网运行优化,阐述了储能技术在直流微电网中的研究现状及应用,介绍了低压直流微电网的结构,对系统内各单元出力特点进行分析,阐述各单元出力的相关影响因素与约束限制。其次,针对储能在低压直流微电网中的工况适应性进行分析,建立了基于主成分分析法的储能选型评估方法。通过对相关的指标参数进行处理,计算特征值找出主成分,实现数据降维并进行评分,得到最佳储能选型方案。然后,针对低压直流微电网容量配置方法进行研究,利用K均值聚类算法对光伏全年出力情况进行聚类,得到光伏功率4种典型日以及对应的概率。在不同典型日基础上,考虑并网变换器不同的运行状态对系统运行模式进行划分,以系统年化总投资成本最低作为目标函数,设置储能充放电功率、负载失电率等约束条件,利用人工蜂群优化算法进行求解,得到系统不同运行模式下各单元容量配置结果,并进行对比和分析。最后,针对直流微电网中的经济性、低碳性以及储能使用寿命等问题,建立了计及储能使用寿命的低压直流微电网优化运行模型,利用等效电量权重法对储能电池寿命进行评估,以日净收益最大、电池等效充放电量最小和二氧化碳排放量最小为目标函数,设置功率平衡和储能荷电状态等约束,根据多目标灰狼算法迭代寻优得到最优帕累托解集,利用TOPSIS算法求得最优解,实现了储能在低压直流微电网系统下的经济性与低碳性优化运行,并提高了储能的使用寿命。

关键词：直流微电网储能选型 K均值聚类容量配置优化运行

储能电源参与电力系统调频的需求场景及其控制策略研究

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储能电源参与电力系统调频的需求场景及其控制策略研究

作者：黄亚唯湖南大学

学位级别：硕士

随着经济发展,电力需求不断提升。伴随着全球出现的能源短缺和环境恶化,以风能为代表的各种新能源得到迅猛发展。然而风力发电的不确定性和波动性,以及传统机组的固有缺陷,使得电网频率的质量问题更加突出。近年来,在各种新型储能技术... 详细信息

随着经济发展,电力需求不断提升。伴随着全球出现的能源短缺和环境恶化,以风能为代表的各种新能源得到迅猛发展。然而风力发电的不确定性和波动性,以及传统机组的固有缺陷,使得电网频率的质量问题更加突出。近年来,在各种新型储能技术快速发展的基础上,具有“快速响应”及“精确跟踪”等特性的储能电源成为一种电力系统调频辅助手段,可满足电力系统的稳定可靠要求。首先,本文针对通过增加机组容量改善调频效果的可能性,基于情景分析法研究了储能电源参与调频的需求场景。通过阐述目前传统机组调频存在的问题和储能电源在调频应用上具备的优势,分析了储能电源参与调频的需求产生原因;并根据传统机组调频的工作过程和技术指标以及储能电源和机组的投资成本,设定了需求场景的影响因素。基于这些影响因素,以及现有传统机组调频动作不理想的表现形式设置了储能电源参与调频的需求场景及评价方法。在此基础上,就储能电源和机组参与调频的需求场景进行了仿真分析及比较,最终得出储能电源参与调频的必要应用场景。其次,针对调频的时间尺度要求建立了适用于调频的储能电源模型。在阐述了各种储能技术的特性基础上,建立了适用性评价指标体系;并通过主观赋权法进行权重分配,选出了适用于调频的储能类型。在此基础上,介绍了国内外常用的三种储能电源模型。基于这些模型缺点的分析,针对模型参数辨识复杂的问题,对锂离子电池综合模型进行了简化。通过灵敏度分析研究了储能荷电状态对主导特性参数的影响,并通过综合模型的逐步简化,提取了锂离子模型在不同时间尺度下的关键参数,最终分别提出了适用于一次调频和二次调频的简化模型。最后,基于提出的储能模型,研究了储能电源参与调频的控制策略。针对储能电源参与一次调频的控制策略,基于调频效果和储能荷电状态保持效果的偏好,分别对比了三种考虑荷电状态的控制策略,并总结了各方法的适用场景。针对储能电源参与自动发电控制采用区域控制需求信号按固定比例分配的缺陷,提出一种基于区域误差控制分配的储能电源控制方式。该方式直接将区域误差控制按比例分配给储能电源和机组,其中储能电源出力可跟踪频率偏差动态调整。通过两种控制方式的比较和储能电源出力比例系数α的灵敏度分析,就调频效果、荷电状态及机组出力情况等方面进行了分析。仿真结果表明所提方法在减少频偏和储能容量等方面具有优势,对储能电源参与二次调频控制策略的研究具有参考意义。

关键词：频率调整储能电源需求场景储能模型控制策略储能选型