【摘 要】
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随着可再生能源发电与全球能源互联网的发展,储能技术与需求侧调控技术因其可控性强、用户参与度高等优点,逐渐成为调节间歇性能源出力、促进清洁能源消纳、提高电力系统灵活性的关键技术。为降低实际应用成本,储能技术从单一的电储能技术逐渐向电热耦合储能技术发展,需求侧调控技术也逐渐向热负荷调控技术聚焦。混合储能与供热系统集成的清洁能源协同消纳技术成为当前研究的热点。基于上述研究背景,本文提出广义电池储能系统的
【基金项目】
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交直流混合的分布式可再生能源关键技术、核心装备和工程示范研究,国家重点研发计划2017YFB0903202; 基于多能流耦合的综合能源电力系统关键技术研究,上海市教育委员会科研创新计划项目19Z112030005; 大型风电场电能储存与转换关键技术研究,教育部科技基金项目113023A; 户用光伏
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随着可再生能源发电与全球能源互联网的发展,储能技术与需求侧调控技术因其可控性强、用户参与度高等优点,逐渐成为调节间歇性能源出力、促进清洁能源消纳、提高电力系统灵活性的关键技术。为降低实际应用成本,储能技术从单一的电储能技术逐渐向电热耦合储能技术发展,需求侧调控技术也逐渐向热负荷调控技术聚焦。混合储能与供热系统集成的清洁能源协同消纳技术成为当前研究的热点。基于上述研究背景,本文提出广义电池储能系统的新概念以及与之相结合的协同调控关键技术,实现了多形态综合储能系统的建模分析、均衡运行、互补调控、寿命折旧优化和退役风险优化。具体研究内容如下:(1)首次提出了广义电池储能系统的新概念,定义广义电池储能系统为任意可用电池储能模型描述的调控设备集合。重点研究热储能和热负荷等效成虚拟电池储能的方法,建立了电池-热储能、电池-热储能-热负荷、电池-超级电容和超级电容-电池-热储能-热负荷等不同应用场景下的电网络等效模型。分析广义电池储能系统的荷电状态(State-of-Charge,SOC)变化特征与寿命折旧特征,提出适用于短期调控过程的广义电池储能系统寿命折旧评估方法。(2)系统分析广义电池储能系统各调控单元的SOC差异和容量差异,制定多单元参与条件下广义电池储能系统功率均衡分配最优规则。并提出SOC均衡逼近算法,逼近功率均衡分配最优状态。基于实际工程数据的测试结果表明,所提的SOC均衡逼近算法降低了广义电池储能系统功率分配不均衡度,并在部分储能单元发生异常后,能快速调整其他储能单元的工作状态,实现功率分配策略重构,重新跟踪总调度功率。(3)综合考虑异质能源的品位差异、热泵性能系数和各单元可调控区间,制定模糊调控法则,提出异质能源互补调控方案,以提升广义电池储能系统的能源品位,降低广义电池储能系统的能量耗散,提升用户的舒适度。基于实际工程数据的测试结果表明,所提算法提高了广义电池储能系统中高品位电能的含量,减少了储热水箱的能量耗散,减小了室内温度的波动幅度。(4)系统分析广义电池储能系统的折旧特性,将广义电池储能系统分成I、II和III三种类型。提出广义电池储能系统寿命折旧最优充放电规则,并以此设计广义电池储能系统最小折旧功率跟踪算法,以实现不同类型广义电池储能系统寿命折旧最小化。基于实际工程数据的测试结果表明,与传统SOC均衡调控算法和最小折旧单元选择算法相比,最小折旧功率跟踪算法可以降低I型和II型广义电池储能系统的寿命折旧。而对于III型广义电池储能系统,传统SOC均衡调控算法、最小折旧单元选择算法和最小折旧功率跟踪算法的寿命折旧相同。(5)系统分析超级电容、电池储能和供热系统虚拟电池的折旧特性和动态响应能力,建立广义电池储能系统退役风险评估模型,提出条件折旧最大一致性跟踪算法实现退役风险最小化。基于实际工程数据的测试结果表明,条件折旧最大一致性跟踪算法降低了储能系统退役风险,减少了高历史折旧储能单元的使用频率,提高了储能系统整体运行的可靠性。并能充分利用高能量密度和高功率密度的调控单元,降低了调控过程中广义电池储能系统的整体寿命折旧。最后,对全文内容进行了总结,并对后续研究进行了展望。
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