抑制风电对电网作用之储能体系优改配置及控制分析

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1、抑制风电对电网作用之储能体系优改配置及控制分析第1章绪论1.1课题背景和意义开发利用可再生能源为解决世界性能源与环境问题幵辟了新的途径，对改善能源结构保证国民经济可持续发展具有重要的战略意义。风能是目前最具大规模商业化幵发潜能的非水能可再生资源，风力发电联网运行是实现风能大规模幵发利用的有效途径。我国政府于2009年11月公布了控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年我国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。《国家十二五科学和技术发展规划》已明确要求实施风力发电、高效太阳能、生物质能源、智能电网等科技产业化工程。风电作为技术最成熟的新能源利用方式之一，在国家

2、的大力支持下已经实现连续四年翻番的快速增长，截至2011年我国风电总装机容量达到装机容量6240万千瓦，排名世界第一，预计到2020年总装机容量将达到1.5亿千瓦。以风电为代表的新能源正逐步成为我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态环境、促进经济社会发展等方面发挥重要作用。尽管风电的大规模发展是大势所趋，但风电规模化发展面临着技术难题：风电功率具有随机性、波动性和间歇性，其发电特性有待改善；风电功率难以有效预测、调度和控制，源网协调性能有待提高；风电资源的地域特征明显，与需求呈逆向分布，资源有效配置问题有待解决。上述难题成为了制约我国风电规模化

3、发展的瓶颈，如果不能得到有效解决，会严重影响我国风电发展目标的实现。由于储能系统可以适时吸收和释放功率，大规模储能通过平抑风电功率的波动或者对电网负荷的时空平移来优化风电接入电网的运行性能，在风电场及其附近配套安装储能系统是改善风力发电特性、提高源网协调性能的有效途径。但是由于储能的成本昂贵，有必要开展储能容量配置及其经济效益方面的研究。抽水蓄能是目前最具大规模商业化应用的一种储能方式，在电网运行中得到广泛应用，但是由于受选址条件的限制，往往很难找到既适合建风电场、又适合建抽水蓄能的厂址。国内的飞轮储能技术尚未实现产业化应用，仍处于数字仿真和实验室样机研究阶段。压缩空气储能的能

4、量密度低，并受岩层等地形条件的限制。超导磁储能存在投资和运行成本高，要求工作液氮温区运行，存在高场磁体绕组力学支撑问题，在国内的应用也相对很少。电池储能主要是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电，是目前应用最便捷的储能方式，通常只适于小规模储能应用场合。但是随着科学技术的进步，近年来在大容量电池储能方面有了很大的进展。在FI本和美国，钠硫电池已应用于削峰调节，其功率/容量已达到兆瓦/兆瓦时级水平，并且具有响应速度快、效率高、寿命长、免维护等显著优点。随着电池储能技术的快速发展，电池价格不断下降及控制技术的不断创新，可以预见电池储能将被广泛应用于风电控制领域。因此，针对大规模风

5、电并网面临的主要问题风电功率波动对电网调压问题、火电调峰为主的电网中因为调峰容量不足导致风电接入规模受限问题，考虑储能成本因素的影响，本文在对风电功率波动特性分析的基础上，幵展研究电池储能用于平抑风电功率波动策略、松他调峰瓶颈的储能系统容量优化配置，评价其应用的经济效益，使电池储能系统在尽可能少的投资下，具有最佳的运行性能，为储能大规模应用提供理论指导。1.2大规模风电接入给电网安全运行带来的挑战随着能源与环境问题的日益突出，近些年世界各国都加大了风能的开发利用规模，中国风电近几年的风电装机处于爆发式增长，这种发展模式给电网安全运行带来了很多问题[1，2]。1.2.1风电发展态

6、势世界风电在连续五年急剧增长后，在2010年首次呈现放缓趋势，新增容量的速度仅为3.1%，比2009年下降了40%。全球风电增速放缓的首要因素还是受全球经济复苏缓慢的拖累，风电传统强国的发展速度明显放缓。亚洲市场由于受政府的强力支持，2010年风电增长强劲，很大程度上抵消了欧美地区的疲软。风力发电作为目前最具大规模发展潜力的可再生能源利用技术，受国内激励政策和国际减排ffi力的共同驱动，中国的风电发展十分迅速。由于《可再生能源法》[3]和《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》[4]的鼓励，电力系统中风电装机容量不断提高，在电力系统中所占的比重越来越大。从2005年幵始，中国

7、风电装机容量连续5年翻番增长。2009年底，中国风电装机容量为2580.5万千瓦，超过德国成为世界第二。2010年当年，中国新增风电装机容量达1892.8力.千瓦，增量位居世界首位，截至2010年底，中国风电装机总量达到4473.3万千瓦，年同比增长73.3%，中国新增装机虽然不再持续翻倍增长，但累计装机首次超过美国，跃居世界第一，美国、德国、西班牙、印度紧随其后，上述五国累计装机容量达到全球累计装机容量的73%[5]。2011年中国新增安装风电机组11409台，装机容量1760力'