儲能技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)時的協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、儲能系統(tǒng)具有對功率和能量的時間遷移能力，不僅能夠提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，而且能夠為可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)提供一種有效途徑，因此，儲能技術(shù)必將在未來電力系統(tǒng)中占有重要地位。目前，關(guān)于儲能控制方面的研究多是針對單個裝置單一目標，但在實際應(yīng)用中，儲能與現(xiàn)有電力穩(wěn)控裝置之間、不同儲能元件之間的協(xié)調(diào)控制更是亟待解決的難題，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本論文在國家自然科學(xué)基金重點項目（基于儲能技術(shù)的新型電力系統(tǒng)安全運行基礎(chǔ)理

2、論與方法研究，50937002）的資助下，著重針對儲能在電力系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)控制展開深入研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、裴槍袃δ艿膯螜C無窮大系統(tǒng)，提出了采用自適應(yīng)無源方法對儲能與發(fā)電機勵磁協(xié)調(diào)控制。分析儲能的接入對電力系統(tǒng)功角特性的影響，在此基礎(chǔ)上，建立發(fā)電機-儲能聯(lián)合數(shù)學(xué)模型?？紤]發(fā)電機阻尼系數(shù)的不確定性，由自適應(yīng)反步法設(shè)計儲能的有功和無功控制器，由協(xié)調(diào)無源性方法設(shè)計發(fā)電機勵磁的控制器，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)達到反饋無源。該協(xié)調(diào)控制

3、器充分利用了系統(tǒng)的非線性特性，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化具有魯棒性。通過仿真，證明設(shè)計思想的正確性和控制方法的有效性。
　　⑵將基于能量的控制器設(shè)計方法進一步推廣到含有儲能的多機電力系統(tǒng)，提出了基于Hamilton函數(shù)的儲能與發(fā)電機勵磁的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制器設(shè)計。在計及各個單機之間的相互作用、發(fā)電機與儲能之間的耦合影響的基礎(chǔ)上，建立了含m臺儲能裝置的n機系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，然后通過設(shè)置預(yù)反饋將模型表示為廣義Hamilton形式?？紤]發(fā)電機阻尼系數(shù)的

4、不確定性、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化以及儲能裝置參數(shù)的改變，引入自適應(yīng)機制，設(shè)計了儲能與發(fā)電機勵磁的協(xié)調(diào)控制器。仿真結(jié)果表明，文中所提控制器具有很強的魯棒性，并且能夠顯著地提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。
　?、怯捎谀壳皟δ芗夹g(shù)水平有限，單一儲能往往難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的多重需求，發(fā)展多元復(fù)合儲能系統(tǒng)是在技術(shù)上、經(jīng)濟上較為可行的解決方案。不同儲能元件之間如何協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，是多元復(fù)合儲能系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。本文針對風(fēng)電場輸出功率隨機波動

5、的問題，提出采用超導(dǎo)磁儲能（SMES）-蓄電池復(fù)合儲能系統(tǒng)實時平抑風(fēng)電場功率波動，實現(xiàn)風(fēng)電場出力的平穩(wěn)可控。建立該復(fù)合儲能系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，并重點研究其協(xié)調(diào)控制策略。設(shè)計了復(fù)合儲能系統(tǒng)的分層控制器----裝置層和系統(tǒng)層，裝置層控制器是根據(jù)系統(tǒng)層下達的功率需求指令，精確控制各變流器開關(guān)器件的動作；系統(tǒng)層控制器，提出了基于遺傳算法優(yōu)化的復(fù)合儲能模糊控制新方法，根據(jù)風(fēng)電場實時功率、目標調(diào)控功率和各儲能裝置的荷電狀態(tài)（SoC），在SME

6、S和蓄電池之間合理分配功率偏差。通過仿真，證明本文所提復(fù)合儲能系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制策略的可行、有效，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同儲能元件的特點互補，而且能夠提高風(fēng)電出力質(zhì)量，提高風(fēng)電并網(wǎng)能力。
　?、扔捎趦δ苎b置的容量會影響儲能控制器的控制特性，本文還將嘗試研究如何優(yōu)化配置儲能，在保證系統(tǒng)需求的前提下，確定儲能裝置的最優(yōu)容量。針對多機系統(tǒng)中多點分布的復(fù)合儲能裝置，提出了一種容量優(yōu)化配置方法。建立含有儲能的多機電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)保持模型，并采用模糊控制