储能系统规划设计方法与软件开发 电力系统及其自动化专业毕业论文.docx

储能系统规划设计方法与软件开发
Methods and Software Development of Planning and Designing of Energy Storage Systems
学科专业:电力系统及其自动化研究生:白临泉指导教师:肖峻副教授
天津大学电气与自动化工程学院二零一二年十二月
独创性声明
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中文摘要
储能系统在可再生能源大规模并网、调节峰谷差、提高电网稳定性和电能质量等方面发挥了重要的作用,在国内外电力系统中的应用也更加广泛。尤其在智能电网快速发展的背景下,大规模储能技术和分布式储能技术得到了快速发展和更多的应用。国内外在储能系统方面也做了很多示范工程。由于储能系统造价较为昂贵,储能系统的容量、类型以及结构对储能系统的技术经济性都有较大影响, 储能系统规划设计成为一个重要课题。为配合示范工程建设,研究储能系统规划设计方法并开发一套实用的辅助规划设计工具具有重要的意义。
本文分析了国内外储能系统研究现状,研究了储能系统规划设计方法并进行了软件开发。
(1)提出了整套的储能系统规划设计方法。将储能系统应用场景划分为平滑输出、计划发电、削峰填谷以及混合场景,并针对不同应用场景进行规划设计。首先对分布式电源和储能进行稳态建模。然后提出了基于三阶巴特沃兹低通滤波器算法和基于傅立叶变换(discrete Fourier transform, DFT)算法的储能控制策略, 并在此基础上进行储能系统容量优化。根据优化结果进行储能系统结构设计,包括逆变器设计和储能选型及串并联设计。最后,进行系统仿真,对方案进行全面的经济技术评价,通过多方案对比来得到经济性和技术性结合最佳的方案。
(2)针对混合储能系统容量优化设计,提出了用于优化微网联络线功率的混合储能容量优化方法。该方法以混合储能系统净现值最大为优化目标,利用遗传算法确定能量型储能和功率型储能的分界频率,确定不同类型储能的充放电功率指令,再进一步分别计算不同类型储能的最优容量。
(3)为了解决储能系统示范工程规划设计问题,本文在储能系统规划设计方法理论研究的基础上,开发了一套储能系统规划设计软件 PDESS(Planning and Designing of Energy Storage Systems)。软件实现了数据分析、储能容量优化、储能系统结构以及方案经济技术评价等完整的储能系统规划设计功能。该软件能够有效解决集中式储能电站和微网内部储能系统的规划设计问题。通过与国外同类软件的全面比较,展示了本文软件在方法和功能上的特点。
(4)通过不同场景的应用案例对本文所提出的储能系统规划设计方法及所开发的软件 PDESS 进行了验证。
关键词:储能系统;规划设计;容量优化;结构设计;混合储能;软件开发;
ABSTRACT
Energy storage systems (ESS) are playing a more important role in renewable energy integration, peak shaving and improving the power quality and stability of grid. ESS has a wide application in power system at home and abroad. With the development of smart grid, large-scale ESS and distributed ESS are widely used. Many demonstration projects have been constructed. As the cost of ESS is high currently, the capacity of energy storage, the stru