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预装式微电网储能电站将储能系统、电力电子变换器、分布式电源并网接口及管理控制系统等集成在可移动钢制箱体内,是一种小型化且能适应特殊环境的孤岛微电网电站集成方案,非常适合用于海岛、牧区、边防等偏远地区供电。但由于现阶段预装式微电网储能电站建设及运行成本较高,并且控制技术尚未成熟,预装式微电网储能电站的推广应用受到了一定限制。因此,研究满足偏远地区薄弱电力场景应用需求的预装式微电网储能电站优化规划与调控技术,对于降低预装式微电网储能电站建设及运行成本,提升系统运行经济性和稳定性,具有重要的现实意义。本文的主要研究内容如下:
(1)针对预装式微电网储能电站的储能单元选型问题,提出了一种基于区间二型模糊集的多属性决策方法,保证了选型结果的客观性和准确性。首先,通过在偏远地区薄弱电力场景下对各储能方案进行经济、技术及环境影响分析,建立了微电网储能选型层次结构及指标体系。然后将区间二型模糊集合引入微电网储能选型的决策过程,提出了基于区间二型模糊集合的接近理想点法,求得各指标综合权重,完成储能备选方案排序,确定了适用于预装式微电网储能电站的储能类型。
(2)针对预装式微电网储能电站储能及分布式电源容量配置问题,提出了一种考虑等年值成本的容量优化配置方法,在保证系统需求的同时降低了预装式微电网储能电站的建设成本。首先,采用等年值投资运行成本最低作为目标函数,建立了全面考虑多种成本及约束条件的优化配置模型。然后,利用大M法将模型线性化,并使用CPLEX软件完成模型的求解,得到优化配置结果。最后,分析了燃油价格和供电可靠性对优化配置的影响。
(3)为进一步提升预装式微电网储能电站运行经济性,提出了一种考虑源荷双侧不确定性的预装式微电网储能电站能量优化方法。首先,使用三角模糊数对源荷进行不确定性建模,并综合考虑负荷侧资源及系统运行约束,提出了以运行成本最低为目标函数的能量优化模型。然后,提出了基于自适应置信度的混合时长滚动优化策略,降低了模型对精准预测的依赖,实现了模型鲁棒性和经济性的实时协调。最后,使用不确定规划理论将模型进行确定性转换,结合算例验证了所提能量优化方法的有效性。
(4)为保证预装式微电网储能电站运行过程中不同储能单元荷电状态(state of charge,SOC)的均衡,同时减小控制带来的电压偏差,提出了一种微电网储能单元自适应下垂控制策略。首先,在传统下垂控制方程中加入SOC均衡项,并在此基础上进一步考虑线路阻抗及电压偏差,在控制方程中引入自适应虚拟电阻及电压补偿因子。然后,对所提控制策略进行小信号建模,分析了控制参数对系统稳定性的影响。仿真结果证明了所提储能单元改进自适应下垂控制策略的正确性和有效性。
(5)考虑到预装式微电网储能电站运行时无大电网支撑且惯性较低,提出了一种考虑参数自适应的储能电站变换器虚拟惯性控制策略。首先,通过分析类比传统同步发电机的惯性阻尼特性,在变换器控制中引入虚拟惯性和虚拟阻尼。然后,通过分析功率波动时系统运行情况,进一步提出了控制参数的自适应调节策略,并对所提自适应虚拟惯性控制策略进行小信号建模,分析了控制参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了所提微电网自适应虚拟惯性阻尼控制的正确性和优越性。
(1)针对预装式微电网储能电站的储能单元选型问题,提出了一种基于区间二型模糊集的多属性决策方法,保证了选型结果的客观性和准确性。首先,通过在偏远地区薄弱电力场景下对各储能方案进行经济、技术及环境影响分析,建立了微电网储能选型层次结构及指标体系。然后将区间二型模糊集合引入微电网储能选型的决策过程,提出了基于区间二型模糊集合的接近理想点法,求得各指标综合权重,完成储能备选方案排序,确定了适用于预装式微电网储能电站的储能类型。
(2)针对预装式微电网储能电站储能及分布式电源容量配置问题,提出了一种考虑等年值成本的容量优化配置方法,在保证系统需求的同时降低了预装式微电网储能电站的建设成本。首先,采用等年值投资运行成本最低作为目标函数,建立了全面考虑多种成本及约束条件的优化配置模型。然后,利用大M法将模型线性化,并使用CPLEX软件完成模型的求解,得到优化配置结果。最后,分析了燃油价格和供电可靠性对优化配置的影响。
(3)为进一步提升预装式微电网储能电站运行经济性,提出了一种考虑源荷双侧不确定性的预装式微电网储能电站能量优化方法。首先,使用三角模糊数对源荷进行不确定性建模,并综合考虑负荷侧资源及系统运行约束,提出了以运行成本最低为目标函数的能量优化模型。然后,提出了基于自适应置信度的混合时长滚动优化策略,降低了模型对精准预测的依赖,实现了模型鲁棒性和经济性的实时协调。最后,使用不确定规划理论将模型进行确定性转换,结合算例验证了所提能量优化方法的有效性。
(4)为保证预装式微电网储能电站运行过程中不同储能单元荷电状态(state of charge,SOC)的均衡,同时减小控制带来的电压偏差,提出了一种微电网储能单元自适应下垂控制策略。首先,在传统下垂控制方程中加入SOC均衡项,并在此基础上进一步考虑线路阻抗及电压偏差,在控制方程中引入自适应虚拟电阻及电压补偿因子。然后,对所提控制策略进行小信号建模,分析了控制参数对系统稳定性的影响。仿真结果证明了所提储能单元改进自适应下垂控制策略的正确性和有效性。
(5)考虑到预装式微电网储能电站运行时无大电网支撑且惯性较低,提出了一种考虑参数自适应的储能电站变换器虚拟惯性控制策略。首先,通过分析类比传统同步发电机的惯性阻尼特性,在变换器控制中引入虚拟惯性和虚拟阻尼。然后,通过分析功率波动时系统运行情况,进一步提出了控制参数的自适应调节策略,并对所提自适应虚拟惯性控制策略进行小信号建模,分析了控制参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了所提微电网自适应虚拟惯性阻尼控制的正确性和优越性。