中文摘要 摘要:风电功率预测对电力系统有着重要的意义,精确地预测可以降低风电并网 带来的冲击,提高风电渗透率,增强电力系统运行的稳定性。由于我国风电预测 水平的局限性,加之我国风电场所处地形的复杂,风况相对不稳定,国内风电预 测的精度依然有待进一步提高。储能技术能够实现能量存储和功率双向流动的特 性,不仅为可再生能源大规模接入电网提供了一种有效方法,而有助于提高电网 运行的稳定性,经济型和灵活性。 为了突破风电预测精度进一步提高的瓶颈,本文提出了一种利用储能系统来 平抑风电预测误差的方法。首先,本文建立了储能系统仿真模型,分析了 BESS 模块的端口功率特性,得到了电池储能与荷电状态之间的关系。基于一个实际风 电场的出力及其预测数据,详细分析了储能系统规模、初始荷电状态分布、风电 场装机容量和风电预测技术水平等因素与最终的风电预测误差平抑目标之间的关 系。研究表明,将风电场与储能系统联合协调运行,可以在很大程度上平抑风电 预测误差,将不可调度的风电场变成可预测可调度的风电场,是一条经济可行的 途径。 关键词:储能系统;荷电状态(SOC);功率调节系统(PCS);风电预测;BESS 分类号:TM46 北京交通大学专业硕上学位报告 A B S T R A C T ABSTRACT ABSTRACT: Wind power prediction is significant to electrical power system. An accurate forecasting can reduce the impact of wind power on power system, and increase the penetration of wind power and enhance the stability of power system operation. Because of the intermittence mad fluctuation of the wind and the complexity of China's topography, the wind condition is not stable relatively. So China's wind power prediction is remained to be improved in accuracy. Energy storage technology can achieve the goal of energy storage and Two-way power flow. It not only provides an effective method for large-scale renewable energy access grid, but also helps to improve the stability, economy and flexibility of the power grid operation. For breaking the bottleneck that further improvement of the wind power prediction accuracy encounters,an idea of making use of Battery Energy Storage System (BESS) to depress wind power prediction error is proposed. Firstly,a detailed BESS simulation model is established and the port power characteristics of charge/discharge unit is analyzed. The relationship between the battery storage energy and the state of charged (SOC) has obtained. Based on a realistic wind power output and its prediction data, the relationship between the size of BESS,initial state of charged distribution, wind power installed capacity and wind power forecasting technique level to the target of depressing wind power prediction error is analysed in details. The results show that the coordinated operation of wind farms and BESS can depress wind power prediction error to a great extent, proven it is an economic and feasible way to turn the undispatchable wind farm into dispatchable energy sources. KEYWORDS: Energy Storage System ; State of charge (SOC); Power Conversion System (PCS); wind power prediction; BESS CLASSNO: TM46 北京交通大学专业顷士学位报告 目录 目录 中文摘要 iii ABSTRACT iv 1 ■ 1 1.1研究背景 1 1.2风电预测发展现状 2 1.2.1国外情况 2 1.2.2国内情况 3 1.3研究目的与意义 4 1.4本文主要研究内容 5 2储能技术 7 2.1前言 7 2.2储能技术的分类和储能装置在风电并网系统中的应用 7 2.2.1储能技术的分类 7 2.2.2储能技术在风电并网中的应用 10 2.2.3储能技术在风电并网中的示范应用工程 11 2.3电池储能系统构建 12 2.3.1配置方式 13 2.3.2电池系统 13 2.4系统集成 17 2.5本章小结 17 3电池储能系统的建模与控制 18 3.1前言 18 3.2电池模型 18 3.2.1电池性能的基本参数 18 3.2.2锂电池的数学模型 19 3.3电池储能系统模型及其控制特性 20 3.3.1电池储能系统的模型及其工作原理 20 3.3.2功率转换系统主电路数学模型及其控制特性 22 3.4 BESS模块PQ解耦仿真分析 31 3.5本章小结 33 4电池系统的SOC估计 34 北京交通大学专业硕士学位报告 目录 4.1 前 34 4.2 SOC估计的基本理论 34 4.2.1电池SOC的定义 35 4.2.2电池SOC的影响因素 35 4.2.3 SOC估计方法分类 36 4.2.4电池充放电的时间特性 40 4.2.5电池充放电的能量特性 40 4.3电池系统充放电过程仿真分析 41 4.4本章小结 45 5利用电池储能系统平抑风电预测误差的技术可行性研究 46 5.1风电场功率预测误差 46 5.2 BESS运行约束条件 46 5.3电池储能系统平抑风电预测误差运行仿真的步骤 48 5.4单个BESS模块在不同功率要求下的仿真 51 5.5单个BESS模块的功率极限仿真 53 5.6电池储能系统平抑风电预测误差的运行仿真 54 5.7本章小结 58 6利用电池储能系统平抑风电预测误差的经济效益评估 59 6.1弓丨胃 59 6.2国外基于发电功率预测的经济效益分析 59 6.3国内风力发电功率预测的经济效益的研究 62 6.4风力发电功率预测的环境效益研究 66 6.5本章小结 68 7结论与展望 69 7.1结论 69 7.2展望 69