38120字硕士毕业论文电力系统安全稳定储能容量概念分析
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：38120字
论点：储能,并网,风电
论文概述：
过电磁暂态数字仿真及机电暂态数字仿真求取了保证电网安全稳定运行的最小储能容量；从技术与理论层面，本文的成果为研究大规模风电并网进行了理论技术铺垫，为进一步深入研究科学合理
论文正文：
第一章导言
1.1研究背景和意义
随着中国经济的发展，能源需求日益突出。常规化石能源的大规模开发和消耗导致了现有资源的枯竭，同时也带来了环境污染的加剧。煤炭大规模燃烧产生的粉尘和二氧化硫、二氧化碳等有害气体的排放导致了温室效应和酸雨等一系列问题。可再生能源作为一种清洁、无害、取之不尽、用之不竭的能源，近年来在中国能源行业发展迅速。风能作为一种重要的可再生能源，在中国电网中的比重越来越大。风力发电系统也已经从偏远地区的离网电源发展到与电网相连的大功率风力涡轮机。风力发电场的规模也增加了。诚然，风力发电也有其自身的缺陷和问题:(1)自然风的风速和风向具有一定的随机性，分别受大气温度、气压、湿度、地形等因素的影响。因此，从风力获得的电能也具有很高的随机性。(2)风能能量密度低，风力发电机风轮的尺寸和惯性矩大。(3)早期大部分机组不具备低压能力。(4)风力丰富的地区通常位于偏远地区，自然条件恶劣，对风力发电机的可靠性提出了更高的要求。(5)偏远地区电网结构相对薄弱，接入点的极限渗透功率相对较小，限制了风电的接收功率。电网对并网电源[1]有更高的并网标准要求；同时，大型电网的安全稳定运行对系统的频率、电压、波形等指标有严格的要求，因此如何使自身风力发电更加不稳定，友好融入对电能质量有严格要求的电网，并保持电网的安全稳定运行逐渐成为[2]的研究热点。在并网风电场中增加储能系统来调节风电输出，优化其输出特性是一种有效的解决方案。储能在风电场中可以发挥以下作用:(1)提高电能质量和风电场运行的稳定性。文件
1.2国内外研究现状
丹麦在风能利用方面居世界领先地位。它在19世纪末开始探索风力发电，并开发了一种小型风力涡轮机。20世纪30年代，小型风力涡轮机达到了实际应用阶段。在美国电网仍不普及的地区，独立的小型风力涡轮机为农村电气化提供有效支持，单机容量为0.5~3kW。随着风力发电技术的不断进步，风电并网成为必然。丹麦的200千瓦风力涡轮机于1957年接入电网。采用异步发电机和定桨距叶片结构。这种类型的风力涡轮机得到了广泛的推广并取得了成功。中国的风力发电技术始于20世纪70年代初。经过长期发展，我国风力发电的制造、研究、示范和推广取得了长足的进步。从应用于离网发电解决非电力地区农牧渔业用电问题到目前5MW水平，中国风力发电产业取得了长足的进步。风力发电机组的结构也从异步固定桨距发展到变桨距大功率双馈机组和永磁直驱机组，运行方式也从离网单机运行转变为目前的大型风电场并网运行。风力发电的大规模并网也给电网的稳定运行带来了一定的不利影响。电网侧电压骤降引起的风电出力波动、风电场断线等事故甚至导致区域电网的断线，因此提高含大规模并网风电的区域电网的稳定性在当今风力发电的快速发展中尤为重要。在利用储能稳定风电输出和优化风电品质时，有效滤除了对系统影响较大的特定频率的电力扰动，从而消除了对电网不利的低频扰动功率。(2)。作为备用电源，在需要时及时提供电源输出[4】。由于风力的随机性，风电场的输出波动很大，甚至骤降为零，这将对电网的安全稳定运行产生极其不利的影响。储能提供的有功和无功功率支持可以有效缓解风电波动对系统的影响。(3)优化风电场运行，提高其经济效益[5】。应用于电力系统的储能方法包括:(1)化学储能、铅酸电池、液流电池、钠硫电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等。(2)。电磁储能、超导储能、超级电容储能和高能量密度电容储能。(3)物理储能主要包括抽水储能、压缩空气体储能和飞轮储能；目前，已投入实际运行的储能方式有抽水蓄能电站、压缩空气体储能、铅酸电池和低速飞轮，并已商业化。其他原理和模式的储能仍处于研究或示范阶段。
目前，中国已在张北建设了风光储示范工程基地，并对可再生能源互联互通进行了深入研究。新疆风能和光伏发电资源丰富。随着区域经济的发展和西电东送的推进，风能、光伏等可再生能源的大规模并网成为研究热点。然而，由于其自身的波动性，可再生能源的产出必须具有一定的波动性。目前，新疆电网仍具有连接薄弱、大功率长距离输电等特点，电网结构相对薄弱，在大量可再生能源接入的情况下，电网的安全稳定运行面临严峻挑战，因此在不减少可再生能源接入的情况下，采取一定措施提高电网的安全稳定具有重要意义。利用储能来稳定可再生能源的波动性是一种有效的措施。考虑到系统的安全性和稳定性，储能容量越大，系统的安全性和稳定性越强，但经济性会随着容量的增加而大大降低。综上所述，研究储能对更多可再生能源并网的安全性和稳定性的影响具有重要意义。新疆科技支撑基金项目201091204和新疆自然科学基金项目2010211A10也对此进行了分析和研究。从电网实际运行的角度出发，针对新疆电网结构相对薄弱的地区电网，研究如何通过增加适量的储能来提高其对风能、光伏等可再生能源的接受度。通过电磁暂态数字仿真和机电暂态数字仿真，获得保证电网安全稳定运行的最小储能容量。从技术和理论层面来看，本文的研究成果为大规模风电并网研究奠定了理论和技术基础，对于进一步深入研究大规模风电和光伏并网条件下储能的科学合理应用，促进电网安全稳定具有重要意义。
[3]
第二章储能装置和风电场建模
研究能量储存对具有更多能量的风电场的稳定性的前提是对能量储存和风电场进行建模。本章分析了电力系统中常用储能装置的拓扑结构和并网原理，比较了它们不同的动态特性，讨论了不同类型风力发电机的结构和并网运行方式，从而研究了不同接入方式下储能对风电场和电力系统稳定性的影响。
2.1适用于电力系统的储能类型
适用于电力系统的储能可分为:(1)物理储能，主要是泵储能、压缩空气体储能和飞轮储能:；(2)电磁储能、超导储能、超级电容储能和高能量密度电容储能；(3)化学储能、铅酸电池、液流电池、钠硫电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等形式的储能。抽水蓄能是利用水的势能来储存能量的一种方式。在实际应用中，规模可达几千兆瓦，具有技术成熟、容量大的优点。由于水电站的快速响应特性，可用于大型风电场的调峰填谷、系统调频和储能调度等电力系统。当然，抽水蓄能电站的存在受到地理条件的限制。
第三章流体电池和风电场的电磁暂态建模........21
3.1流体电池模拟建模........21
3.1.1流体电池建模........21
3.1.2流体电池模拟........23
3.2流体电池互连仿真建模........24 [/溴/]3.3 PMSG并网仿真建模........35
3.4 vrb平滑风电场输出仿真分析.......43
3.5本章摘要.......46
第4章基于PSASP的储能和风电场建模.......47
4.1通用储能模型.......47
4.2并网逆变器建模...49
4.3储能电池并网仿真...51
4.4永磁风扇建模...54
4.5永磁风扇并网仿真...56
4.6本章摘要...59
第5章基于电力系统安全稳定...60
5.1限制风力发电接入能力的因素....60
5.2储能容量的计算方法.......61
5.3基于电网安全稳定的储能能力研究........64
5.4本章摘要.......79
第六章总结和展望
在现阶段，国家广泛支持利用风力和光伏等可再生能源进行并网发电。随着中国经济的发展和西电东送的逐步推进，越来越多的风力发电将并入主电网。电网的稳定性及其对风力发电的接受已成为研究热点。对于电网结构强的地区，风电容量相对较大。对于电网结构薄弱的新疆来说，如何以更低的成本换取更多的风电接入电网尤为重要。目前大多数主流电力仿真软件不包括储能模块和风力发电机模块。在以前关于储能和风力的研究中，只有储能和风力相当于负负荷。在一定程度上满足了风电并网研究的要求。然而，随着风力发电并网的日益增多，准确描述风力发电和储能的动态特性是当务之急。因此，有必要在电力系统仿真软件中建立储能和风电模型，并对特定电网进行稳定性分析和验证。本文进行了相应的研究，取得了如下成果:
(1)在分析储能数学原理的基础上，基于PSCAD/EMTDC软件环境建立了储能仿真模型，进一步完成了单极并网仿真模型。通过仿真，验证了所建模型的正确性。
(2)在分析PMSG数学原理的基础上，基于PSCAD/EMTDC软件环境，建立了PMSG并网仿真模型，并对模型进行了验证。仿真验证了模型的正确性。同时，将建立的储能模型与风电场相结合，模拟风电场的经典扰动。根据仿真结果，估计了从风电场侧考虑的最小储能容量配置。
(3)基于PSCAD/EMTDC仿真环境中建立的PMSG和储能模型，简化并等效。PSASP的UD模块用于建立储能模型和PMSG模型。通过比较两种仿真环境的动态特性，验证了模型的正确性。
(4)简述了基于电网安全稳定的储能容量计算方法。通过数字仿真，结合新疆风电场过多的实际区域电网，计算保证电力系统安全稳定运行的最小储能容量。
参考
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