多类型储能系统在分布式发电中的应用技术研究

近几年来,我国加快了对可再生能源的开发利用。可是,以光伏、风电为代表的间歇性分布式发电系统的输出功率存在稳定性差、连续性弱、密度低、易随外界环境的变化而变化等特点,随着这类可再生能源的发电装机容量比重的增加,这些特点会引起发电出力的波动,从而造成电网电压及频率波动的问题,对系统造成很多负面影响。在可再生能源大规模并网、提高电网稳定性及电能质量、调节峰谷差等方面,储能系统能够发挥重要作用,也是近年来国内外研究开发非常活跃的领域,其应用也越来越广泛。本文通过应用储能技术,构建了基于分布式发电的多类型储能系统,并完成了系统拓扑的设计、对系统协调控制策略的研究、系统软件的实现以及实验验证。首先,本文通过分析国内外分布式发电及储能系统的研究现状,了解微电网的各种典型结构,研究和对比多种储能方式的特性,选择了锂电池和超级电容器的混合储能方式,基于中国电力科学院新能源研究所储能变流及应用技术实验室的有利条件,设计了基于分布式发电的多类型储能系统拓扑结构。其次,本文研究了多类型储能系统的能量管理算法和协调控制算法。利用基于分布式发电的多类型储能系统的典型拓扑,分别阐述了单一储能和混合储能的协调控制算法；利用二级低通滤波控制,设计了平滑并网联络线上功率波动的协调控制算法,并通过增加限值管理的方式改进了该算法,提高了电池的使用寿命；通过计算新能源发电实际出力和目标功率之间的差额,得出储能系统所需充放电功率,并通过二级低通滤波控制分别得出锂电池及超级电容器的充放电功率,根据超级电容端电压和锂电池荷电状态,合理调整功率值,进而达到跟踪计划出力的效果；并网模式下,系统根据实时监测到的储能系统状态制定不同的优化调度策略,在保证发电系统安全稳定、实时经济运行的同时辅助大电网进行削峰填谷的控制模式；由于多类型储能系统在长时间工作后,其状态不适于继续投入使用,在空闲时间实行SOC调整策略,以达到最佳状态。然后,通过基于分布式发电的多类型储能系统的需求分析,开发了具备远程监控、能量管理、协调控制等功能的系统软件。该软件以C#为开发语言,以SQL Server作为历史数据库,通过收发Modbus协议报文来监视储能系统各部分设备的运行状态,并控制该系统的运行。本文从数据通信、数据采集、数据处理、数据显示、数据存储、用户事件处理、事件告警、控制策略等各个方面介绍了软件的运行机制。最后,通过开发完成的多类型储能系统软件,对本文所提出的各种协调控制算法进行了实验验证。在平滑波动实验中,经多类型储能系统平滑后,分布式系统的1min功率波动率和10min功率波动率都大幅下降,同时锂电池和超级电容的SOC都没有越限,达到了延长电池使用寿命的目的。在跟踪计划出力实验中,跟踪控制精度及合格率都达到了规定指标；在削峰填谷的实验中,控制偏差在合理范围的基础上,电池SOC也控制在合理区间。