计及弃风利用的塔筒升降机储能系统优化配置研究

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近年来风电行业发展迅速,风电并网也随之逐渐增加,由于风电出力波动大、调峰能力不足、网架建设速度约束等原因,导致风电场弃风现象严重,如何合理利用风资源并将弃风消纳已成为人们逐渐重视的问题。此外,在每台风机上配备的塔筒升降机可以保障检修人员执行检修维护作业时的生命安全,也可以提高风电机组检修效率,但塔筒升降机的频繁运行势必造成大量能耗。针对上诉两方面问题,本文提出了利用弃风电量供塔筒升降机运行,为解决弃风电量无法满足塔筒升降机运行能耗情况,同时为升降机安装补偿电量的储能系统,在弃风电量较多的情况下为塔筒升降机直接供能,并且将部分弃风电量储存于储能系统,在无弃风电量情况下利用储能系统为塔筒升降机运行补偿电量。首先,分析了弃风产生的原因并介绍了弃风计算的相关方法。本文采用了纵向时间序列分析方法对新疆达坂城某风电场的各个时刻弃风功率进行概率分布统计,进一步统计风电场上班时间段弃风功率,结合加权平均法对该时间段内弃风电量进行估算,以此分析风电场上班时段弃风电量情况,为后续弃风利用研究奠定基础和参考依据。其次,分析了安装塔筒升降机的优势,对比人工攀爬、助力器攀爬及塔筒升降机三种攀爬方式的特点,凸显了塔筒升降机较其他两种提升方式的优势。为计算塔筒升降机运行能耗,对塔筒升降机运行能耗进行建模,运用牛顿第二定律以及直流或交流变频电控系统的提升设备电耗计算方法对塔筒升降机一次运行能耗进行计算;然后采用专家调查法对风电机组检修时长与塔筒升降机运行次数关系进行评估,根据评估结果,利用概率统计法对风电场塔筒升降机运行次数进行统计并估算一日内运行次数,结合一次运行能耗情况,量化计算该风电场利用塔筒升降机运行总能耗。最后,以弃风电量为主要供能方式为塔筒升降机检修运行提供能量,考虑在弃风电量不能满足塔筒升降机运行的情况下,需为塔筒升降机安装补偿电量的储能系统。提出以储能配置成本最低和负荷缺电率最低为目标函数、以储能电池的荷电状态、充放电功率、能量平衡为约束构建储能系统数学模型,利用NSGA-II多目标遗传算法进行优化求解得出储能优化配置结果,优化结果可为风电场配置经济适用的储能系统提供参考,并对弃风消纳具有重要研究意义。
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