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混合储能系统对风电功率波动的平抑作用研究

作　者: 陈稿
导　师: 颜文俊
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: 混合储能系统(HESS) 粒子群优化(PSO)算法低通滤波算法目标功率功率分配
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着环境问题日益严重,世界各国对清洁能源、可再生能源发电的关注度也日益提高。近年来,我国风能发电产业获得了飞速的发展。然而,风力发电具有随机性和波动性,所以风电并网会对电网产生冲击,一旦超出了电网的承受范围,就会严重破坏电网的安全性和稳定性。利用储能技术能够较好的平抑风电波动,使输出功率满足一定指标。近年来储能技术也取得了飞速的发展,将几种储能技术组合起来,取长补短,发挥各自优势,能够在提高功率输出能力的同时,延长使用寿命,降低设备成本等。研究混合储能系统(HESS)的功率分配问题,具有十分重要的意义。本文主要研究以下内容：(1)基于风速预测计算风电场平抑目标功率。在能够较精确的预测风电场输出功率的前提下,利用PSO算法或者其他优化算法来寻求平抑目标功率的最优解,既能够满足两个时间尺度的波动指标,又考虑尽可能地接近预测功率从而降低对设备的需求。(2)利用PSO算法配置混合储能系统的输出功率。平抑目标功率和实际输出功率的差值就是混合储能系统的期望出力。由于蓄电池能量密度大的特性,优先考虑蓄电池来平抑波动,蓄电池无法平抑的高频波动,则由超级电容来平抑。根据蓄电池的基本特性,总结归纳出蓄电池工作状态下的约束条件,从而计算出蓄电池期望功率的最优解。还进一步定义了蓄电池的充放电状态方程和24小时内的状态转换总量,并将其加到目标函数中,从仿真结果能够看到蓄电池的充放电转换次数有明显地减少,有效地延长了蓄电池使用寿命。(3)利用一种滤波系数可变的低通滤波算法来实时计算平抑目标功率,再利用PSO算法实时分配超级电容和蓄电池的功率。为了延长蓄电池寿命,同时减少环境污染,我们把超级电容作为优先吸收或释放能量的设备,在超级电容的容量不足时,蓄电池也参与工作。在仿真中可以发现超级电容就可以完成大部分充放电任务,蓄电池的使用率相对较低。这样就可以减少储能设备的负担,降低成本。而且,随着超级电容的荷电状态SOC的变化,功率分配策略也会有实时的调整。这样让超级电容和蓄电池协调工作,取长补短,对于整个系统而言,既最大程度地发挥了设备的优势,又提高了平抑质量。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-23
    1.2.1 国内外储能技术的发展现状  12-15
    1.2.2 大规模风电并网面临的主要问题  15-16
    1.2.3 电功率波动指标  16-17
    1.2.4 多类型储能在波动平抑中的应用  17-18
    1.2.5 面向储能平抑的PSO算法简介  18-23
  1.3 论文的主要工作  23-25
第2章基于风速预测的风电场平抑目标功率计算  25-40
  2.1 概述  25-26
  2.2 问题描述  26-28
    2.2.1 风电预测功率  26-27
    2.2.2 平抑目标功率  27-28
    2.2.3 混合储能系统功率  28
  2.3 风速及风电功率预测介绍  28-32
    2.3.1 几种风速预测方法介绍  29-31
    2.3.2 本文采用的风速及风电功率预测方法  31-32
  2.4 平抑目标功率计算过程  32-35
    2.4.1 建立数学模型  32-33
    2.4.2 算法流程  33-35
  2.5 仿真及结果分析  35-38
    2.5.1 参数设定  35
    2.5.2 实际风速及实际风电场功率  35-36
    2.5.3 风电场的平抑目标功率  36-38
  2.6 小结  38-40
第3章面向蓄电池的混合储能系统功率配置  40-48
  3.1 概述  40
  3.2 问题描述  40-41
  3.3 求解过程  41-43
    3.3.1 建立数学模型  41-42
    3.3.2 考虑蓄电池寿命的目标函数  42-43
    3.3.3 超级电容储能系统出力计算  43
    3.3.4 算法流程  43
  3.4 仿真及结果分析  43-47
    3.4.1 参数设定  43-44
    3.4.2 仿真结果  44-47
  3.5 小结  47-48
第4章风电功率波动实时平抑策略  48-64
  4.1 概述  48-49
  4.2 系统结构和工作原理  49-51
    4.2.1 系统结构  49
    4.2.2 以超级电容为主体的混合储能系统  49-51
    4.2.3 工作原理  51
  4.3 平抑目标功率计算  51-55
    4.3.1 波动指标  52
    4.3.2 传统的低通滤波  52-53
    4.3.3 改进的低通滤波  53-54
    4.3.4 效果对比  54-55
  4.4 混合储能系统功率分配  55-58
    4.4.1 荷电状态  55-56
    4.4.2 功率分配策略  56-57
    4.4.3 算法建模  57-58
  4.5 仿真及分析  58-62
    4.5.1 仿真参数设置  58-59
    4.5.2 目标输出功率  59-60
    4.5.3 混合储能系统功率  60-62
  4.6 小结  62-64
第5章总结与展望  64-67
  5.1 研究工作的总结  64-65
  5.2 后续工作的展望  65-67
参考文献  67-72
作者简历  72-73
致谢  73

混合储能系统对风电功率波动的平抑作用研究

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