【摘要】：微網(wǎng)能夠有效地將配電網(wǎng)絡(luò)、分布式電源和負(fù)荷融合成一體,是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。微網(wǎng)內(nèi)存在一定比例的可再生能源時(shí),通常需要配置儲能系統(tǒng)以解耦波動的能量供給和剛性的能量需求,提高系統(tǒng)的靈活性,保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。壓縮空氣儲能具有較長的壽命周期、較快的爬坡速度和較短的啟動時(shí)間,可以實(shí)現(xiàn)大容量和長時(shí)間的電能存儲,已經(jīng)成為微網(wǎng)儲能系統(tǒng)中一種新的選擇。本文針對壓縮空氣儲能和微網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、容量優(yōu)化及運(yùn)行控制等問題開展了以下工作：(1)研究了非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儲能、釋能的熱力學(xué)過程�？紤]到微網(wǎng)運(yùn)行分析中最為關(guān)注儲能的功率及能量狀態(tài),以壓縮機(jī)、膨脹機(jī)及儲氣空間三個主要部件為研究對象,基于熱力學(xué)分析,建立了適用于微網(wǎng)規(guī)劃與調(diào)度問題分析的壓縮空氣儲能精簡模型。(2)針對基于既定策略優(yōu)化微網(wǎng)容量可能造成次優(yōu)解的問題,提出了一種含有壓縮空氣儲能的獨(dú)立微網(wǎng)容量與運(yùn)行雙層優(yōu)化模型。上層優(yōu)化模型以計(jì)及固定成本、可變成本的總成本最小為優(yōu)化目標(biāo)求解容量配置,下層優(yōu)化模型全面考慮了備用容量、機(jī)組爬坡等系統(tǒng)運(yùn)行約束,以包括運(yùn)行成本和環(huán)境治理成本在內(nèi)的可變成本最小為優(yōu)化目標(biāo)求解確定容量配置下的最優(yōu)運(yùn)行方式。與基于既定策略的配置方法對比表明,本文提出的雙層優(yōu)化模型能夠充分計(jì)及運(yùn)行方式對容量優(yōu)化的影響,得到更為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的配置方案。(3)針對獨(dú)立微網(wǎng)的電壓頻率控制問題,計(jì)及電力電子接口微源原動機(jī)的動態(tài)特性,進(jìn)行了單壓頻控制單元的恒壓頻控制(V/f控制)及多壓頻控制單元的下垂控制,分析了原動機(jī)響應(yīng)特性對逆變器穩(wěn)定運(yùn)行的影響。同時(shí),考慮到微源原動機(jī)響應(yīng)速度差異較大,對傳統(tǒng)下垂控制作出改進(jìn)：微網(wǎng)中負(fù)荷變化時(shí),壓縮空氣儲能調(diào)整有功下垂系數(shù)至較低水平,隨后逐漸上升,使得負(fù)荷劇烈變化時(shí)首先由響應(yīng)速度較快的壓縮空氣儲能平衡此部分波動功率,而其他可控微源逆變器輸出緩慢變化以與其響應(yīng)速度較慢的原動機(jī)部分相匹配。算例表明,壓縮空氣儲能快速的響應(yīng)能力對獨(dú)立微網(wǎng)可靠、安全、持續(xù)地運(yùn)行有重要意義。
[Abstract]:Microgrid is an important part of the energy Internet, which can effectively integrate distribution network, distributed power supply and load. When there is a certain proportion of renewable energy in the microgrid, it is usually necessary to configure the energy storage system to decouple the fluctuating energy supply and the rigid energy demand, improve the flexibility of the system and ensure the reliable operation of the system. Compressed air energy storage has long life cycle, fast climbing speed and short start-up time. It can realize large capacity and long time energy storage. It has become a new choice in micro-grid energy storage system. In this paper, the system structure, mathematical model, capacity optimization and operation control of compressed air energy storage and microgrid are studied as follows: (1) the system structure and energy storage of non-recombustible compressed air energy storage are studied. The thermodynamic process of energy release. Considering that the power and energy state of energy storage is the most concerned in the analysis of microgrid operation, the three main components of compressor, expander and gas storage space are taken as the research object, and based on thermodynamic analysis, A simplified model of compressed air energy storage for the analysis of microgrid planning and scheduling problem is established. (2) to solve the problem of sub-optimal solution caused by optimizing microgrid capacity based on established strategy, A bilevel optimization model for the capacity and operation of an independent microgrid with compressed air energy storage is proposed. The upper optimization model considers the fixed cost and the minimum total cost of the variable cost as the optimization objective to solve the capacity configuration. The lower optimization model takes into account the reserve capacity, the unit climbing and other system operation constraints. The optimal operation mode under capacity configuration is solved with the minimum variable cost including running cost and environmental treatment cost as the optimization objective. The comparison with the configuration method based on the established strategy shows that the two-layer optimization model proposed in this paper can fully take into account the effect of operation mode on capacity optimization. A more economical and environmentally friendly configuration scheme is obtained. (3) considering the dynamic characteristics of power electronic interface microsource prime mover for the voltage frequency control problem of independent microgrid, The constant voltage frequency control (V / F control) of single voltage frequency control unit and the droop control of multi voltage frequency control unit are carried out. The effect of the response characteristics of the prime mover on the steady operation of the inverter is analyzed. At the same time, considering that the response speed of the microsource prime mover varies greatly, the traditional droop control is improved: when the load changes in the microgrid, the compressed air energy storage adjusts the active power sag coefficient to a lower level, and then increases gradually. When the load changes dramatically, the fluctuating power is first balanced by compressed air energy storage with a faster response, while the output of other controllable microsource inverters changes slowly to match the slower response of the original part of the inverter. The example shows that the rapid response ability of compressed air energy storage is very important for the independent microgrid to operate reliably, safely and continuously.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM732

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本文編號：2358091