微电网经济运行中储能的建模..doc

微电网经济运行中的储能建模 依据储能技术的特性，可将其划分为两种：第一种是功率密度高、响应迅速、可进行频繁充放电的功率型储能技术，如超导储能、飞轮储能、超级电容储能等；第二种是能量密度高、可进行大规模能量存储的能量型储能技术，如抽水蓄能、压缩空气储能、蓄电池储能等。 一、钠硫电池的储能建模 1.储能系统的功能 钠硫电池模块可以经串并联方式组合以满足大容量、高功率的需求。通常，钠硫电池储能系统由钠硫电池模块、功率转换系统和出口变压器组成。美国电力公司将钠硫电池储能系统的功能分为：电能质量(power quality，PQ) 和削峰(peak-load shaving，PS)2 种应用模式。顾名思义，PQ模式指短时间内的功率调整，以保证电能质量；PS模式指一天或更长时间周期内的削峰填谷。PQ模式下，电池可以成倍地输出额定功率，输出功率倍数(即钠硫脉冲因数) 可高达5；但是，输出功率越大，能量损失也将越大。PS模式下，电池将以较小的恒定功率输出。目前，诸多钠硫电池储能示范工程的运行，是由NGK公司预设好多种运行模式，用户可以根据具体情况进行选择。 2.钠硫电池储能系统的特性 钠硫电池储能系统存在放电状态、备用状态、最大充电功率充电状态、半功率充电状态4种运行状态。当充电快结束时，须用一半的最大充电功率对电池进行短时充电，这种状态本文简称为半功率充电状态。 、、、 钠硫电池通过变换器可独立控制有功和无功输出。如果变换器的容量足够大，那么钠硫电池的瞬时放电功率可达到额定功率的1~5倍。但基于电池内部温度，其输出功率有一定的限制，该限制称为钠硫脉冲限制。电池的可持续放电时间与有关，其关系可拟合为式 电池内部所存储的能量的表达式为 式中：令， 为调度周期的初始时刻，为非负整数，为时间间隔，且令调度周期。为正整数；为电池放电所释放出的能量；为最大充电功率充电时向电池提供的能量；为半功率充电时向电池提供的能量；为电池的充放电效率。、、除与电池的放电功率、最大充电功率有关外，还与电池的运行状态相关。 3.含钠硫电池储能的微网运行优化模型 3.1系统运行控制策略 根据微网与主网间的能量交互方式及微网内DER 是否享受优先调度权，可将微网与主网间的交互运行控制策略分为以下3 种： 1 ）优先利用微网内部的 DER 来满足网内的负荷需求，可以从主网吸收功率，但不可以向主网输出功率； 2 ）微网内部的 DER 与主网共同参与系统的运行优化，但仍是可以从主网吸收功率，不可以向主网输出功率； 3 ）微网可以与主网自由双向交换功率。 对于可再生能源发电系统，虽然环境效益很好，运行成本也很低，但长期以来安装成本较高，使其综合经济效益无法与其他发电形式相竞争。故中国电力行业目前的管理方式是可再生能源发电享受优先调度权和电量被全额收购的优惠。本文的研究亦以此为前提。 二、飞轮储能系统储能建模 飞轮储能是一种存储惯性机械能的蓄能技术。随着新型复合材料的发展，飞轮储能系统的可靠性及性能均有了大幅度地提升，价格则大幅度下降，目前在电能质量改善、分布式发电、国防、卫星、电力系统调峰、机车牵引和电动汽车方面均有应用。 飞轮储能系统主电路拓扑如图 1 所示，由电机、飞轮转子、辅助运行系统（如水冷、真空泵等，图中略）、电力电子变流器构成。 飞轮充电时，变流器驱动电机以电动机状态运行，拖动大转动惯量的飞轮转子高速旋转，电能转换为旋转的动能。 飞轮放电时，因电机端电压小于直流母线电容上的电压而无法直接放电。若等下降后以不控整流方式放电，会使直流母线电压不稳定。波动的直流母线电压影响并网逆变器的控制特性，恶化逆变器的输出性能。目前有两种放电方式，一种在主电路中加一级DC/DC升压电路，如图2所示。另一种通过控制变流器使电机以回馈制动状态运行，飞轮转子旋转机械能转换为电能，维持直流母线电压恒定。电机回馈制动本质上是将电机电感作为储能电感的升压电路，可省略升压电路的硬件，大大简化了电路，提高了系统的可靠性，仿真中采用该控制方式。 飞轮的储能量由式（1）决定。 （1） 式中：为飞轮转子的转动惯量；为飞轮转子转速；为飞轮储能系统在充放电循环中设定的最低转速，一般为额定最高转速的的一半。当时，飞轮达到设计的最大储能量。从式（1）可知，提高飞轮转速是增加飞轮储能量最有效手段，但大功率高速飞轮储能系统造价很昂贵。在工程应用中，以10 000 rpm 以下的钢转子飞轮储能为主。 三、超级电容器储能原理及模型 超级电容器储能系统(Super Capacitor Energy System，SCES)用多组超级电容器将能量以电场能的形式储存起来，其基本结构如图1所示，主要由储能用的超级电容器组、双向DC／DC变换器、AC／DC整流器、DC