【摘 要】
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随着传统的化石能源储量日益减少以及环境问题愈加严重,采用清洁、可再生的新能源已经势在必行。风力发电作为应用最广泛的新能源技术,其在生产、利用过程中均不会对环境造成污染,因此成为各国竞相推崇的对象。中国的风电装机总容量更是在2017年达到了世界第一,但是风电输出功率具有波动性、间歇性、随机性等劣势,它的规模化并网将会对电网带来负面影响。储能系统的接入可有效平抑风电波动。考虑氢气具有热值高、能量密度大
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随着传统的化石能源储量日益减少以及环境问题愈加严重,采用清洁、可再生的新能源已经势在必行。风力发电作为应用最广泛的新能源技术,其在生产、利用过程中均不会对环境造成污染,因此成为各国竞相推崇的对象。中国的风电装机总容量更是在2017年达到了世界第一,但是风电输出功率具有波动性、间歇性、随机性等劣势,它的规模化并网将会对电网带来负面影响。储能系统的接入可有效平抑风电波动。考虑氢气具有热值高、能量密度大且燃烧后无污染等优点,超级电容器具备功率密度高、生命周期长和响应速度快等特征。本文提出联合氢储能和超级电容器储能构建一种新型混合储能系统,用于平抑风电输出功率波动。本文主要研究内容包含:1.构建风-氢耦合系统模型,并对系统中风力发电机组、超级电容器、电解槽、储氢罐和质子膜燃料电池的模型特性及原理进行研究。2.为满足风电场并网功率波动量要求,提出了基于频谱分析与小波包分解算法的功率平抑控制策略及容量配置方法。在对风电功率频谱特性分析的基础上,运用小波包分解技术将其分解为低频并网部分和高频部分。将高频部分再次分解为亚高频部分和最高频部分,并分别通过电解槽和超级电容器来平抑。通过傅里叶逼近拟合波动功率的概率密度函数,求得期望容量配置。以风电场实测数据为基础,同时兼顾储能设备的工作特性和系统并网功率的波动量,仿真证明了所提方法能够实现对电网的友好接入。3.从风-氢耦合系统跟随给定功率曲线出发,提出了超级电容器储能系统的优先充放电级别高于氢储能系统的控制策略,研究了该策略的优越性。分析了风-氢耦合系统的运行特性,制定了系统的协调运行方法。提出以系统的总成本、能量缺失率和系统输出波动量的绝对值最小为目标,构建容量优化模型。采用粒子群算法进行容量优化求解。通过算例分析,验证了所提方案能在系统经济性和调度特性之间找到平衡点,在得到最佳容量的同时检验了所提运行方法的技术合理性。
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