考虑市场机制的储能联合新能源发电运营研究
这是一篇关于电力市场,储能,新能源发电,辅助服务市场的论文, 主要内容为随着碳达峰、碳中和目标的提出,大力发展可再生能源成为热点话题,风电、光伏等环境友好型能源得到迅速发展。电力市场体制改革正在逐步深入,新能源发电参与电力市场交易成为趋势,但是风光等新能源具有间歇性和波动性,在市场中会承担较高的风险。储能作为可灵活调度资源,可以有效的联合新能源发电参与电力市场交易,帮助新能源发电提升经济效益。因此,本文提出了考虑市场机制的储能联合新能源发电运营研究,研究储能联合新能源发电参与电力市场交易的投标运行策略,本文的主要工作如下:首先,阐述了国内外储能联合新能源运营的研究现状、电力市场的建设情况以及储能联合新能源参与电力市场交易的商业运营模式。其次,提出了基于共建共享的风储参与电力市场交易的投标调度策略。构建了风电场群通过共建共享储能电站参与电力市场交易的框架,在考虑风电不确定性的基础上建立了多风电与共享储能参与现货市场的两阶段优化模型,其中第一阶段在多场景下以每个风电场在日前市场的期望收益最大为目标,第二阶段基于多个风电场的日前市场中标量和实时出力,通过协调各风电场使用共享储能电站的充放电服务,实现风电场群在日前和实时市场的净收益最大。最后,在算例中验证了共享储能可以显著降低风电场在电力市场的偏差惩罚,提高风电场收益。然后,针对自配储能的投资维护成本问题,提出了基于合作博弈的风储车联合系统参与电力市场交易的投标策略。风电商、储能商以及电动汽车聚合商以合作的形式参与电力市场交易,建立了风储车联盟协调优化模型,以系统收益最大为目标确定风电商、储能商以及电动汽车聚合商在能量市场和辅助服务市场的联合投标策略,并对联合系统的收益进行合理分配。最后,在风储车联合系统的基础上增加了负荷侧的需求响应,设计了考虑需求响应的风光储参与电力市场交易的投标策略。在考虑电动汽车需求响应和激励型需求响应下构建微网参与电力市场交易双层优化配置运行模型。外层模型为储能设备的多目标优化配置,以微网的投资运维成本和储能收益为多目标优化;内层模型为风光储微网参与电力市场交易的运行优化。最后,在算例中分析了储能的最优配置以及微网最优运行策略,并分析了不同需求响应对微网的影响。
具有储能支撑的多功能并联补偿器控制方法研究
这是一篇关于并联补偿器,储能,功率控制,谐振,虚拟阻抗的论文, 主要内容为新能源发电及并网技术正处于高速发展的黄金时期,这些技术在电力系统中的应用也带来了新的问题:分布式能源的地域分布特性使得弱电网特征愈加明显,电网电压稳定性和电网潮流可控性下降;分布式能源并网逆变器的输出阻抗与弱电网较大的线路阻抗易发生谐振。针对上述问题,本文以具有储能支撑的多功能并联补偿器为研究对象,设计其可以同时实现功率协调控制和虚拟阻抗补偿控制的多功能控制方法,解决由分布式能源并网渗透率日益提高带来的一系列问题。首先给出具有储能支撑的多功能并联补偿器主电路拓扑结构及接入电网的连接方式,对具有储能支撑的多功能并联补偿器进行dq坐标系及αβ坐标系下的数学建模,为控制方法的设计提供理论基础;综合考虑多功能并联补偿器的性能要求,对其主电路参数进行设计,以实现并联补偿器的多功能控制目标。针对分布式能源并网系统的功率波动和电压波动问题,分析具有储能的并联补偿器对电网进行功率协调控制的原理,确定加入储能电池后,在合适的控制方法下,并联补偿器能够实现四象限运行,灵活控制其向电网输出或吸收的有功功率及无功功率大小。设计并联补偿器的功率协调控制方法,其中电流内环采用在dq坐标系下的解耦控制,功率外环中根据储能电池的SOC状态和并联补偿器容量限制制定功率协调控制原则。仿真结果表明,功率协调控制方法能够有效提高电网的功率平衡水平和并网点电压稳定性。针对分布式能源并网逆变器与电网阻抗相互耦合导致配电网谐振的问题,采用谐波线性化建模方法进行并网逆变器的输出阻抗建模,并根据改进的Nyquist稳定判据对含新能源发电的配电网系统进行稳定性分析。分析并联虚拟阻抗能够抑制系统谐振的原理,并设计并联补偿器的虚拟阻抗补偿控制方法,能够实现根据电网电压谐振分量的大小自适应调节虚拟阻抗的大小。仿真验证了虚拟阻抗补偿控制方法能够有效抑制配电网系统谐振,提高配电网稳定运行能力。最后,结合功率协调控制方法和虚拟阻抗补偿控制方法,设计混合坐标系下的多功能并联补偿器控制方法,实现具有储能支撑的并联补偿器功率协调控制和虚拟阻抗补偿功能同时工作。搭建基于RT-Box的实时仿真验证平台并进行实时仿真验证,验证结果表明,所设计的多功能并联补偿器控制方法能够全面有效提高配电网能系统的运行稳定性。
液态金属电池一致性分选及路径优化均衡系统研究
这是一篇关于储能,液态金属电池,电池分选,图论,均衡路径优化的论文, 主要内容为随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,构建以新能源为主体的新型电力系统成为新时代下电力行业发展的重要战略路线。大规模电化学储能技术可以为可再生能源的高效消纳、利用提供重要技术支撑。作为一种新型储能技术,液态金属电池具有低成本、长寿命、大容量、高安全等特点,在智能电网构建、电力系统削峰填谷、新能源并网等领域具有广阔的应用前景。液态金属电池一般以模块串联成组的形式构建大型储能系统。由于电池在制造和运行过程中不可避免地存在差异,由此导致的不一致性问题会严重影响串联电池组的可靠性和安全性。因此,解决电池不一致性问题是十分迫切与紧要的。为了有效提高液态金属电池串联成组的一致性,本文基于电池基本特性和测试手段,围绕液态金属电池的电池分选和均衡管理优化问题开展了一系列工作,为液态金属电池的安全、高效管理提供指导。本文主要的研究内容和结果归纳如下:(1)研究了液态金属电池的开路电压、倍率、循环稳定性等基本特性,阐述液态金属电池的结构、工作原理、典型特征等;基于Li||Sb-Sn液态金属电池样本的活化数据进行了不一致性分析,运用统计学理论分析了电池放电容量分布特征和放电电压曲线的差异性。研究表明,在电池特性上,液态金属电池具有较宽的开路电压平台、显著的倍率特性以及良好的耐热冲击性;在电池不一致性上,液态金属电池样本的放电容量符合比例参数为48.41、形状参数为77.77的韦伯分布,平均放电电压平台为0.720～0.793 V,且放电初期和末期电池放电电压的差异性明显高于平台期;(2)提出了一种基于液态金属电池综合特性的分选方法;通过皮尔逊相关性分析,选取若干典型静态特性指标作为聚类特征,采用模糊C均值聚类算法进行初分选,然后以动态时间规整相似度对电池放电曲线的差异性进行量化评估,并采用减法聚类算法进行再分选;研究表明,分选后液态金属电池组容量提高了6.77%,电池放电曲线差异减少了88.28%;(3)采用图论理论建立了不同均衡单元的图论模型,同时对不同均衡拓扑结构的均衡效率和均衡速度进行对比分析,设计了基于电感和反激变压器的模块化双层均衡拓扑结构;研究表明,该结构能够实现模块内或模块间任意单体对单体的能量转移,同时在经济性、电路体积、操作难度、技术实现可行性等方面均具有一定的现实意义;(4)设计了一种基于图论和蚁群算法的均衡路径优化策略,利用图论模型建立带约束条件的均衡路径优化数学模型,然后采用蚁群算法计算最优均衡路径;研究表明,与传统的最值均衡策略相比,该路径优化策略在静态和动态工况下均能找到最优路径,其均衡速度提高了88.62%,均衡效率提高了19.43%。
液态金属电池一致性分选及路径优化均衡系统研究
这是一篇关于储能,液态金属电池,电池分选,图论,均衡路径优化的论文, 主要内容为随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,构建以新能源为主体的新型电力系统成为新时代下电力行业发展的重要战略路线。大规模电化学储能技术可以为可再生能源的高效消纳、利用提供重要技术支撑。作为一种新型储能技术,液态金属电池具有低成本、长寿命、大容量、高安全等特点,在智能电网构建、电力系统削峰填谷、新能源并网等领域具有广阔的应用前景。液态金属电池一般以模块串联成组的形式构建大型储能系统。由于电池在制造和运行过程中不可避免地存在差异,由此导致的不一致性问题会严重影响串联电池组的可靠性和安全性。因此,解决电池不一致性问题是十分迫切与紧要的。为了有效提高液态金属电池串联成组的一致性,本文基于电池基本特性和测试手段,围绕液态金属电池的电池分选和均衡管理优化问题开展了一系列工作,为液态金属电池的安全、高效管理提供指导。本文主要的研究内容和结果归纳如下:(1)研究了液态金属电池的开路电压、倍率、循环稳定性等基本特性,阐述液态金属电池的结构、工作原理、典型特征等;基于Li||Sb-Sn液态金属电池样本的活化数据进行了不一致性分析,运用统计学理论分析了电池放电容量分布特征和放电电压曲线的差异性。研究表明,在电池特性上,液态金属电池具有较宽的开路电压平台、显著的倍率特性以及良好的耐热冲击性;在电池不一致性上,液态金属电池样本的放电容量符合比例参数为48.41、形状参数为77.77的韦伯分布,平均放电电压平台为0.720～0.793 V,且放电初期和末期电池放电电压的差异性明显高于平台期;(2)提出了一种基于液态金属电池综合特性的分选方法;通过皮尔逊相关性分析,选取若干典型静态特性指标作为聚类特征,采用模糊C均值聚类算法进行初分选,然后以动态时间规整相似度对电池放电曲线的差异性进行量化评估,并采用减法聚类算法进行再分选;研究表明,分选后液态金属电池组容量提高了6.77%,电池放电曲线差异减少了88.28%;(3)采用图论理论建立了不同均衡单元的图论模型,同时对不同均衡拓扑结构的均衡效率和均衡速度进行对比分析,设计了基于电感和反激变压器的模块化双层均衡拓扑结构;研究表明,该结构能够实现模块内或模块间任意单体对单体的能量转移,同时在经济性、电路体积、操作难度、技术实现可行性等方面均具有一定的现实意义;(4)设计了一种基于图论和蚁群算法的均衡路径优化策略,利用图论模型建立带约束条件的均衡路径优化数学模型,然后采用蚁群算法计算最优均衡路径;研究表明,与传统的最值均衡策略相比,该路径优化策略在静态和动态工况下均能找到最优路径,其均衡速度提高了88.62%,均衡效率提高了19.43%。
微型模块化储能变流器拓扑与控制研究
这是一篇关于多电平变换器,储能,双载波交叉移相调制,容量均衡策略,故障诊断的论文, 主要内容为为了推进碳达峰与碳中和的国家发展战略,加快能源转型,新能源正成为国家大力发展的对象,但以光伏和风电为代表的可再生能源受光强和风速等影响,具有间歇性、随机性和不稳定性的缺点,新能源汽车受技术条件限制,具有续航里程短、剩余电量估计不精确等缺点。多电平储能变换器由于其输出的波形具有等效开关频率高、谐波含量低、可储能且控制简单灵活等特点,使其在光伏、风电等新能源发电系统中得到广泛的应用。此外,还可用于新能源车的电池系统进行电池单元能量管理,进而提升续航里程和剩余电量估计精度,缓解驾驶员的里程焦虑。为了能够缓解多电平储能变换器在新能源发电以及新能源汽车中出现的拓扑成本高、均衡控制复杂、新能源消纳难、功率器件电压应力大、故障诊断与容错控制难等问题,本文提出了一种新型的模块化多电平储能变换器拓扑结构及其调制策略等关键技术,并提出了新型的容量均衡策略、故障诊断与容错控制策略。本文提出的新型的模块化多电平储能变换器拓扑由两个完全对称的桥臂构成,每个桥臂均是由多个带有储能电池的半桥子模块串联而成。基于该拓扑,首先介绍了其等效电路,建立了数学模型,分析了工作模态以及相对于已有的多电平变换器拓扑所具有的优势,并采用了新型的双载波交叉移相控制策略实现了该新型变换器拓扑的基本功能,推导了双载波交叉移相控制下输出电压双重傅里叶变换的数学表达式。针对该新型变换器拓扑,搭建了仿真模型,分析了不同调制度情形下控制策略的可行性和负载动态切换过程中系统的动态性能,搭建了硬件平台验证了该新型变换器拓扑及其调制策略的正确性。基于所提拓扑的储能子模块,本文提出了一种新型的电池容量均衡控制策略,介绍了该均衡策略的工作方式与运行流程框图,分析了各个储能子模块的工作模态,揭露了该均衡策略的工作原理,最后搭建了仿真模型,验证了该电池容量均衡策略的正确性。为了提高新型模块化多电平储能变换器系统的实用性及运行可靠性。本文对变换器储能子模块的故障诊断原理进行了分析,包括故障类型和故障特征、开路故障下子模块输出电压数学表达式。并根据上述分析,首先提出了一种针对开关管开路故障的故障诊断策略并绘制了开路故障诊断流程图。接着提出了一种新颖的基于双载波交叉移相调制策略的中断驱动信号方式的短路故障诊断策略,并推导出每个驱动信号的中断时间段的解析式,该策略解决了当前变换器拓扑短路故障诊断难、危害大的问题,并提出了针对不同故障类型的容错控制策略。最后,通过仿真和实验验证了针对新型多电平变换器的故障诊断策略的可行性。最后,设计并搭建了硬件实验平台,主要包括硬件电路设计和系统软件设计两部分。其中,硬件实验平台的设计包括主电路设计、驱动电路设计以及采样电路设计三部分;系统软件设计包括实验控制模型的模型设计、搭建、参数调试和系统运行的整个过程。利用该硬件平台完成了上述实验验证。
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