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面向风电平抑的双电池单元储能系统功率分层优化控制策略

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面向风电平抑的双电池单元储能系统功率分层优化控制策略

摘要：本文针对风电场并网运行中存在的波动性、间歇性和随机性等问题，提出了一种基于双电池单元储能系统的功率分层优化控制策略。首先，分析了风电场并网运行的特点，阐述了储能系统在风电平抑中的作用；其次，构建了双电池单元储能系统的数学模型，并设计了功率分层优化控制策略，包括能量管理、功率分配和电池状态估计等环节；再次，通过仿真实验验证了所提策略的有效性，结果表明，该策略能够有效提高储能系统的功率利用率，降低风电波动对电网的影响，提高风电场并网运行的稳定性。

随着新能源的快速发展，风电作为清洁能源的重要组成部分，其并网运行已成为电力系统的重要组成部分。然而，风电场并网运行中存在的波动性、间歇性和随机性等问题，给电网的稳定运行带来了巨大挑战。储能系统作为一种有效的电力辅助服务手段，能够在一定程度上解决风电场并网运行中的问题。本文针对双电池单元储能系统，提出了一种功率分层优化控制策略，以期为风电场并网运行提供技术支持。

第一章绪论

1.1研究背景及意义

(1)随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，发展清洁、可再生的能源已成为全球共识。风电作为一种重要的可再生能源，具有资源丰富、分布广泛、环境友好等优点，在能源结构调整中扮演着越来越重要的角色。然而，风电场并网运行中存在的波动性、间歇性和随机性等问题，给电网的稳定运行带来了巨大挑战。为了提高风电场并网运行的稳定性和可靠性，研究有效的风电平抑技术显得尤为重要。

(2)储能系统作为一种有效的电力辅助服务手段，能够在一定程度上解决风电场并网运行中的问题。通过在风电场和电网之间架设储能系统，可以实现对风电出力的平滑和调节，从而降低风电波动对电网的影响。此外，储能系统还可以在电力市场中发挥重要作用，提高电力系统的运行效率和经济效益。因此，研究储能系统的功率分层优化控制策略，对于提高风电场并网运行的稳定性和电网的可靠性具有重要意义。

(3)双电池单元储能系统作为一种新型的储能技术，具有能量密度高、循环寿命长、安全性能好等优点。与传统的单电池单元储能系统相比，双电池单元储能系统在功率调节和能量管理方面具有更高的灵活性和效率。因此，针对双电池单元储能系统进行研究，提出有效的功率分层优化控制策略，对于推动风电场并网运行技术的发展和新能源产业的进步具有深远的影响。

1.2国内外研究现状

(1)国外对风电场并网运行和储能系统的研究起步较早，技术相对成熟。例如，美国加利福尼亚州在2013年建立了世界上最大的风电场之一——斯图尔特风电场，装机容量达到539兆瓦。该风电场采用了先进的储能系统，如锂离子电池和流电池，以实现风电出力的平滑和调节。据统计，这些储能系统有效降低了风电场并网运行时的弃风率，提高了风电的利用率。

(2)在储能系统功率分层优化控制策略方面，国外学者也取得了显著成果。如美国麻省理工学院的研究团队提出了一种基于模糊控制的储能系统功率优化策略，通过实时监测电池状态，实现电池的动态功率分配。该策略在提高电池使用寿命的同时，有效提升了储能系统的功率响应速度。此外，美国能源部（DOE）资助的“先进电池技术”（ABAT）项目，旨在开发更高性能的电池技术，以满足风电场并网运行的需求。

(3)国内对风电场并网运行和储能系统的研究近年来也取得了快速发展。以我国甘肃省为例，该省在2019年建成了全球最大的风电基地——酒泉风电基地，装机容量达到2000万千瓦。为了提高风电场并网运行的稳定性，我国学者针对储能系统功率分层优化控制策略进行了深入研究。例如，清华大学的研究团队提出了一种基于模型预测控制的储能系统功率优化策略，该策略在提高电池使用寿命和降低弃风率方面取得了显著成效。此外，我国在储能系统功率分层优化控制策略方面的研究已逐步应用于实际工程，如北京电力公司利用储能系统优化了电网的运行效率。

1.3本文研究内容

(1)本文针对风电场并网运行中存在的波动性、间歇性和随机性等问题，深入研究双电池单元储能系统的功率分层优化控制策略。首先，通过构建双电池单元储能系统的数学模型，分析电池的充放电特性，为后续的功率优化控制提供理论基础。其次，结合实际风电场运行数据，设计了一种基于电池状态估计的功率分层优化控制策略，包括能量管理、功率分配和电池状态估计等环节。该策略通过实时监测电池状态，实现电池的动态功率分配，有效提高了储能系统的功率利用率。

(2)在能量管理方面，本文提出了一种基于能量平衡的电池状态估计方法。该方法通过建立电池的