风储联合系统运行特性与控制策略研究

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1、风储联合系统运行特性与控制策略研究第一章绪论1.1课题背景及研究意义工业发展不仅使人类生存所依赖的石油、天然气和煤炭等传统一次能源逐渐耗尽，也由于对其的过度利用造成了对环境的严重污染，不利于长久可持续的发展，这就迫使我们必须去寻找新型能源，即可再生并且对环境污染程度相对较小的能源。在这样的背景下，风能作为可再生能源中发展和利用较成熟的一种，近年来伴随电力电子技术的突飞猛进，其优势也逐步凸显，为解决能源危机带来了曙光。由于风能无需开采运输，与传统火力发电方式相比，具有可减排有害气体，粉尘，烟尘等污染物，降低温室

2、效应和减少环境污染，完善优化发电结构等优点，因此成为了新能源领域最具规模化、商业化发展前景的发电方式之一。但同时，风能具有的随机性、间歇性、波动性等缺点使得风电机组出力变化频繁，风场出力仍缺乏足够的稳定性，在风电大规模并网需求与日俱增的今天，这些因素会导致并网时风场有功出力和接入点电压的波动进而对电力系统的稳定性带来不利影响，严重制约了风能的利用。为保证大电网的稳定、优质运行，风电并网后往往还需保证系统的旋转备用和调频容量，这样既会增加系统的运维成本，还降低了设备利用率，因此研究如何提高风电并网稳定性并减小风

3、场运行成本具有重要的意义。1.2储能技术发展及应用现状自人类全面进入电气时代以来，电力工业的发展也经历了两个阶段，在第一阶段[13]，电力工业讲求发电、供电和用电的同时完成，由于传统化石能源储存方便，又易于运转和转化，可以较好的满足电力急剧变化的要求，因此是理想的发电能源。而现代的电力工业注重―需求侧管理‖，即采取削峰、填谷、负荷转移、战略节电、柔性负荷形状等措施，使电力工业在尽可能多地满足用电需求的前提下延缓发输配电的设施建设以实现电力系统的经济运行。近30年来，伴随传统能源的资源枯竭和环境污染问题，新能源

4、逐步开始代替化石能源进行发电，但由于新能源多具有随机性、间歇性，供电稳定性不足，因此长期以来难以独当一面，而储能技术的发展无疑为此提供了一种有效的解决方案。储能是指通过介质或设备将一种能量形式利用化学或者物理的方法以同一种或转换成另一种能量形式存储起来，并能根据应用需要再将存储的能量以特定能量形式释放出来的循环过程。近几十年，储能技术在能源、电力、交通、电讯等方面的应用得到快速发展，但不同的储能方式各自具有不同的技术特点，其实际应用场合及发展程度也不同。目前为止，在已开发了的几种储能方式中，若按照技术类型划分

5、，储能技术主要可分为物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能等，其中物理储能主要有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能主要有超导储能、超级电容储能等；电化学储能主要包括铅酸蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等电池储能；相变储能主要有冰蓄冷储能等。..第二章风电场和储能系统运行原理及建模2.1章节概述风储联合系统由风电场及其配置的储能系统构成。从储能系统接入电网的方式来看，目前主要有两种：一是将其直接并联在风电场的能量转换系统（Po，PCS）的直流端，并通过此接口实现储能系统及风电场与电网的能量变换与

6、控制。直流端并联的方式具有可靠性高、损耗低及便于控制等优点[23]，重点在于直流端的风电与储能系统及负荷之间的协调控制，但易受PCS容量限制，进而影响到储能系统的功率吞吐能力。二是将储能系统经单独的PCS，即DC/AC逆变器直接与电网相连，这种方式易实现容量扩展、便于模块化管理与控制，是目前采用最多的一种接入方式[24]。另外对于电池储能这种可分解的储能而言，在风电场中可以配置为集中式和分散式两种方式。集中式是指储能系统接在风场PCC点处，即为风电场配置一个整体的储能系统；分散式是指储能系统接在单台风机的功率

7、出口处。由于每台风机所处工作点不尽相同，风场本身就有一定的功率平滑作用，因此对于同样的平滑效果，集中式配置所需容量将小于分布式配置，经济性更高；但分散式有助于平滑风场内部传输线上的功率波动，进而减小了线路损耗[25]。.2.2风电机组及风电场建模如1.1.2节所述，国内风电机组主流机型有永磁同步发电机（PMSG）和双馈感应异步发电机（DFIG）两种，利用变频器控制技术，这两种机型都可以实现额定风速下的最大功率跟踪和有功、无功输出功率的解耦控制，但由于PMSG的PCS额定容量较大且充当永磁体的稀土材料价格高昂，

8、因此目前仍以DFIG机型为主，本文选用DFIG作为风机建模对象。DFIG并网拓扑结构如图2-2所示，由于感应电机转速较高，风轮转速需要通过高传动比齿轮箱耦合到发电机侧。发电机定子直接并网，转子通过背靠背双P变流器连接到电网，这样电机转子只通过转差功率,有效减少了PCS容量。由于变流器采用绝缘栅极型晶体管（InsulatedGateBipolarTranslator,IGBT），对过流敏感，所以通常需