储能电池参与电网调频的优化配置及控制策略研究

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1、学校代号10532学号B1109S006分类号TM761密级博士学位论文储能电池参与电网调频的优化配置及控制策略研究学位申请人姓名黄际元培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称李欣然教授学科专业电气工程研究方向电力系统分析控制及其仿真建模论文提交日期2015年8月27日学校代号：10532学号：B1109S006密级：湖南大学博士学位论文储能电池参与电网调频的优化配置及控制策略研究学位申请人姓名：黄际元导师姓名及职称：李欣然教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电气工程论文提交日期：2015年8月27日论文答辩日期：2015年

2、10月21日答辩委员会主席：曹一家教授StudyonoptimalallocationandcontrolstrategydesignofbatteryenergystoragesystemforpowergridfrequencyregulationbyHUANGJiyuanB.E.(ChangChunUniversityofTechnology)2009AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngine

3、eringinElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIXinranAugust,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全惠识到本声明的法律后果由本人承担。元。作

4、者签名：巧日期／：年月日学位论文販校使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可从将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可ｙ？采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密ｈＣ＂’（请在＞１＾上相应方框内打小）１１心。；夺恃日期言＇作者签名：；年月日＾１＞：＜／；导师签名日期：＾月

5、日：心年储能电池参与电网调频的优化配置及控制策略研究摘要风电具有波动性和不确定性且不具备传统电源的惯性响应特性，大规模接入后会显著加剧电网调频压力，尤其是当含大规模风电的电网发生冲击性负荷扰动时，传统电源的响应速度将难以满足调频需求，该问题已成为电网接纳大规模风电的主要制约因素之一。因此，为缓解间歇式电源并网瓶颈并改善电网频率指标，有必要引入新的辅助调频手段，而储能电池的快速响应特性使其在参与电网调频方面具有优势。本文在传统调频的基础上，探索了储能电池参与电网调频的方法，研究了面向电网调频的储能电池仿真模型、技术经济评估模型和

6、容量优化配置及其参与调频的动作时机与深度，并研发了储能电池参与电网调频的分析与控制软件，主要研究内容如下：1、构建了一种面向电网调频的储能电池仿真模型。通过分析一、二次调频工况的充放电频率和幅值特点，得到了储能电池的出力特征；基于储能电池的电磁暂态模型，提出了一种满足电网调频研究需求的仿真模型；采用多个不同磷酸铁锂电池的实验数据，辨识了仿真模型的参数，分析了储能电池的不同初始荷电状态和脉冲电流运行方式对模型参数的影响；在一定情况下将该模型进一步简化，基于调频工况仿真验证了简化模型对电网调频研究需求的适用性。2、提出了一种储能电池参

7、与含风电电网调频的容量优化配置方法。阐述了储能电池功率和容量设计的通用方法；通过结合储能电池的仿真模型和储能电池参与一、二次调频的方法，并计及PCS的功率转换效率和电池储能设备的充放电效率，得到储能电池的物理特性模型；通过分析储能电池在调频运行过程中的成本和效益，基于全寿命周期理论，运用净现值法构建了储能电池参与电网调频的经济评估模型，结合物理特性模型形成了储能电池的技术经济评估模型。设计了一种储能电池参与一、二次调频的充放电策略，在此基础上，考虑受风电出力波动影响的电网综合负荷，从与之对应的电网频率和区域控制误差（ACE）信号波

8、动特性出发，在确定的电网调频及储能电池运行要求约束下，得出调频效果最优、经济性最优以及两者综合最优目标下的储能电池容量配置方案。3、提出了一种储能电池参与一次调频的控制策略。在复频域中利用灵敏度原理，分析了含储能电池参与一次调频的区域电网频率特性，