风电功率波动特性及其与储能协调策略的研究

化石能源日益缺乏和气候变化的压力使得包括风能在内的可再生能源开发呈迅速发展之势。风力发电并网是风能大规模开发利用的有效途径。随着风电装机容量的不断增加,随机波动的风电功率将增大电网有功功率平衡机制的难度,甚至威胁电网的安全运行。调峰能力成为目前制约电网接纳风电能力的主要因素,包括两个方面：一是当风电功率随机增加时,可调节机组必须降低出力以达到电网有功平衡的能力;二是风电功率随机下降时,可调节机组必须增加出力以弥补有功缺额的能力。因此,风电并网的目标是在保证电网功率平衡的基础上尽可能多的利用风电。研究风电并网首先要研究风电功率波动的时域和地域规律,为风电场规划、建设提供基础数据和科学依据。其次,在改善电网调峰能力方面,通过储能提高风电等间歇性电源的利用水平是目前研究的热点,主要的问题在于如何协调风电与储能系统的运行。本文选择此课题进行深入研究,在目前风电迅速发展的背景下有重要的理论意义和现实价值。针对风电功率波动特性及其与储能的协调运行这两个问题,本文做了以下工作： 1)针对目前风速观测网络不完善,风资源数据缺乏的问题,利用美国航天局(NASA) GEOS-5 DAS地球观测数据库的全球风速数据,对山东电网的风电功率波动特性进行了评估。对山东电网的主要风电装机地区的风电功率的季节性波动和日内波动特性进行了分析,计算了风电功率波动的地域相关性以及与负荷波动的相关性,并通过实时运行数据评估风电功率具有的汇聚效应。所介绍的方法和研究结果为风电规划提供了科学的依据。 2)介绍了基于电网调峰容量的风电接纳能力的简化计算方法,分析了电网电源的调峰特性,以此为根据计算电网水平年不同季节典型日的风电接纳能力。通过对山东电网2011年的分析,不同季节下电网接纳风电的能力是不同的,冬季由于峰谷差大且供热机组不参与调峰,电网接纳风电的能力最小。考虑风电功率的汇聚效应以后,电网接纳风电的能力有显著的提高。 3)研究了风电与抽水蓄能电站的协调运行策略,建立了风电与抽水蓄能电站的协调运行的数学模型。通过对算例电网的分析表明,风电与抽水蓄能电站的协调运行并不总是合理的。在风电装机容量很小时,电网调峰能力足以接纳全部风电功率,不需要抽水蓄能电站运行；只有在风电装机容量达到出现弃风以后,风电与抽水蓄能电站协调运行才可以提高风电的接纳能力,减少常规电源发电量。 4)研究了电动汽车的充电负荷特性,分析了电动汽车在自由充电模式下接入电网时对电网负荷特性的影响,提出了电动汽车与风电协同调度的运行方案和数学模型。通过对区域电网2020年的情景仿真分析表明,调度电动汽车充电抵消负荷下降而风电出力上升的功率不平衡,消纳过剩风电,具有技术上的可行性。研究结果为电动汽车充电网络的规划设计和智能调度提供了依据。