【摘要】：隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大,國民生產(chǎn)對電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求逐漸提高。同時,為了應(yīng)對環(huán)境污染和化石能源枯竭等問題,具有間歇性和波動性功率輸出特性的可再生能源大量并網(wǎng)運(yùn)行,對電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定造成較大沖擊。傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)頻容量、調(diào)頻效果和調(diào)頻成本越來越不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的需求。在此背景下,如何在大互聯(lián)電力系統(tǒng)及可再生能源高滲透并網(wǎng)條件下保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)。儲能系統(tǒng)具有的快速、精確、瞬時吞吐量大的功率充放特點(diǎn),能夠較好地滿足電網(wǎng)的調(diào)頻需求。將儲能系統(tǒng)引入調(diào)頻領(lǐng)域參與頻率調(diào)節(jié)具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。因此,有必要對儲能系統(tǒng)參與系統(tǒng)調(diào)頻的控制策略、充放電策略和容量優(yōu)化配置進(jìn)行研究分析。論文在總結(jié)本領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出將儲能系統(tǒng)引入發(fā)電側(cè),與傳統(tǒng)機(jī)組協(xié)調(diào)配合共同參與頻率調(diào)節(jié),該方式可充分利用原有火電機(jī)組的調(diào)頻能力,同時兼顧儲能系統(tǒng)的昂貴成本,有效限制儲能系統(tǒng)的容量。為此,論文主要完成了以下四方面的工作：首先,對機(jī)組進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)的原理進(jìn)行簡要概述,并分析機(jī)組投入一、二次調(diào)頻對機(jī)組本身運(yùn)行的影響；對不同儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)對比分析,并確定以鉛酸電池(Valve Regulated Lead Acid, VRLA)和全釩液流電池(Vanadium Redox Flow Battery, VRB)組成的混合儲能系統(tǒng)；給出儲能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并對控制框圖進(jìn)行了推導(dǎo)分析。其次,對傳統(tǒng)機(jī)組在一次調(diào)頻中出現(xiàn)的汽門反向調(diào)節(jié)現(xiàn)象進(jìn)行分析,并提出一種新的儲能系統(tǒng)控制策略用于消除汽門反調(diào)現(xiàn)象；建立控制策略的傳遞函數(shù)并進(jìn)行分析；通過仿真算例驗證,表明該控制策略可以較好地抑制一次調(diào)頻的反調(diào)現(xiàn)象。再次,以單機(jī)組參與自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control, AGC)過程為研究對象,綜合考慮混合儲能系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)頻特點(diǎn),提出儲能系統(tǒng)運(yùn)行的正常場景和四種特殊場景(機(jī)組反向調(diào)節(jié)、機(jī)組出力死區(qū)振蕩、儲能系統(tǒng)過充過放和儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)越限),并針對不同場景建立相應(yīng)的充放電策略。通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析,結(jié)果表明本文提出的儲能系統(tǒng)充放電策略可以較好的響應(yīng)調(diào)度中心下發(fā)的AGC指令,提高調(diào)頻效果。最后,針對混合儲能輔助機(jī)組參與AGC的容量優(yōu)化問題,構(gòu)建了考慮發(fā)電廠輔助服務(wù)補(bǔ)償指標(biāo)的儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化計算模型。該模型綜合考慮儲能系統(tǒng)投資、維護(hù)成本和參與AGC調(diào)節(jié)補(bǔ)償收益的制約關(guān)系,引入KP指標(biāo)(AGC調(diào)頻性能指標(biāo))、儲能系統(tǒng)投資函數(shù)和懲罰函數(shù),確立了以發(fā)電機(jī)組盈利最大為目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù),進(jìn)而確定儲能系統(tǒng)的最優(yōu)容量。通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析,結(jié)果表明本文提出的優(yōu)化模型可以確定儲能系統(tǒng)的最優(yōu)容量,實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)參與調(diào)頻服務(wù)。
[Abstract]:With the development of science and technology and the rapid development of economy, the scale of power grid is expanding, and the requirement of power system frequency stability is raised gradually. At the same time, in order to deal with environmental pollution and fossil energy depletion, renewable energy with intermittent and fluctuating power output characteristics is connected to the grid, which has a great impact on the frequency stability of power grid. The FM capacity, FM effect and FM cost of traditional units can not meet the needs of the current power grid development. In this context, how to maintain the frequency stability of the power network under the condition of large interconnected power system and high permeable renewable energy grid has become a hot topic at present. The energy storage system has the characteristics of fast, accurate and high instantaneous throughput, which can meet the demand of power grid frequency modulation. It is of theoretical and practical significance to introduce the energy storage system into the field of FM and to participate in frequency regulation. Therefore, it is necessary to study and analyze the control strategy, charge and discharge strategy and capacity optimization of energy storage system. On the basis of summarizing the present situation of the research in this field, this paper proposes to introduce the energy storage system into the generating side and coordinate with the traditional units to participate in the frequency regulation, which can make full use of the frequency modulation capability of the original thermal power units. At the same time, the high cost of energy storage system is taken into account, and the capacity of energy storage system is effectively limited. For this reason, this paper mainly completes the following four aspects of work: first, the principle of frequency regulation of the unit is briefly summarized, and the influence of the first and second frequency modulation on the operation of the unit is analyzed. The economic performance parameters of different energy storage systems are compared and analyzed, and a hybrid energy storage system composed of lead acid battery (Valve Regulated Lead Acid, VRLA) and total vanadium liquid flow battery (Vanadium Redox Flow Battery, VRB) is determined. The mathematical model of energy storage system is given, and the control block diagram is deduced and analyzed. Secondly, the phenomenon of valve reverse regulation in primary frequency modulation of traditional units is analyzed, and a new control strategy of energy storage system is proposed to eliminate valve reverse regulation, and the transfer function of control strategy is established and analyzed. The simulation results show that the control strategy can effectively suppress the reverse modulation of primary frequency modulation. Thirdly, taking the single unit participating in the (Automatic Generation Control, AGC) process of automatic generation control as the research object, considering the operation characteristics of the hybrid energy storage system and the frequency modulation characteristics of the traditional unit, In this paper, the normal and four special scenarios of energy storage system (unit reverse regulation, unit output dead zone oscillation, overcharge and release of energy storage system and charging state of energy storage system over limit) are proposed, and the corresponding charging and discharging strategies are established for different scenarios. The results show that the charging and discharging strategy proposed in this paper can better respond to the AGC instructions issued by the dispatching center and improve the FM effect. Finally, aiming at the capacity optimization problem of hybrid energy storage auxiliary units participating in AGC, the capacity optimization model of energy storage system considering the compensation index of auxiliary service in power plant is constructed. The model considers the restriction relation of energy storage system investment, maintenance cost and participating in AGC regulation compensation income, and introduces KP index (AGC frequency modulation performance index), energy storage system investment function and penalty function. The optimal capacity of energy storage system is determined by establishing the optimization function aiming at the maximum profit of generator set. The results show that the proposed optimization model can determine the optimal capacity of energy storage system and realize the economic participation of the energy storage system in FM service.
【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】：TM73;TM76

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本文編號：2356714