先进绝热压缩空气储能系统动态建模及电网协同调度技术研究

The advanced adiabatic compressed air energy storage (AA-CAES) system has the advantages of low cost, long lifetime, few limitations from geographical conditions and non-supplement of fuel compared with other types of large-scale energy storage systems. It is considered as one of the most effective methods to accommodate renewable energy and to improve the power system economy and security. On the development trend of AA-CAES system in future China power system, the dynamic modeling technology of AA-CAES system and the power system scheduling strategy with AA-CAES system intergraded should be studied. Firstly, the energy transform and conversion mechanism of AA-CAES system is analyzed. The AA-CAES system dynamic mathematical model and the dynamic simulation library are established. And the validity and feasibility of the simulation library is verified by physical experiments. Secondly, the dynamic external characteristics of AA-CAES system are studied by means of the AA-CAES system dynamic simulation library, and the multi-time scales dynamic scheduling model of AA-CAES system is established. Finally, considering the uncertainties from renewable energy sources and demand response (DR), a multi-time scales coordinated optimization scheduling strategy for the power system including AA-CAES systems, renewable energy sources and DR mechanism is proposed. The achievements of the research will lay a theoretical foundation for the further application of AA-CAES system in the power system, and have broad application prospects.

先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统相对其它类型的大规模储能系统，具有成本低、寿命长、受地形和水资源限制小、不依赖化石燃料等优点，利用该系统进行大规模的电能存储是解决间歇性能源消纳问题、提升电力系统运行经济性和安全性的最有效手段之一。本项目立足于AA-CAES系统在未来电网中的广泛应用，研究其动态建模及电网协同调度关键技术问题。项目首先深入分析AA-CAES系统各关键物理量间的传递转化关系及相互影响机理，建立其动态数学模型及全系统动态仿真平台，并进行物理实验验证；在此基础上，研究AA-CAES系统在变工况条件下的动态外特性，进而提出其多时间尺度动态调度模型；最后，面向含AA-CAES系统、间歇性电源和多种需求响应机制的复杂电力系统，提出计及源荷双侧不确定性的电网“源荷储”多时间尺度协同调度策略。本项目的研究成果将为AA-CAES系统在电网中的深入应用奠定理论基础，具有广阔的应用前景。

近年来，先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）因具有容量大、寿命长、成本低、清洁环保等优点而备受瞩目，利用该系统进行大规模的电能存储也被认为是解决间歇性能源消纳问题、提升电力系统运行经济性和安全性的最有效手段之一。但是，AA-CAES技术目前尚处于工程示范阶段，系统建模与运行理论尚不成熟，亟待进一步研究与完善。鉴于此，本项目立足于AA-CAES系统在未来电网中的广泛应用，研究其动态建模及电网协同调度关键技术问题，为我国AA-CAES系统的快速发展与工程应用奠定理论基础。本项目的主要工作包括：. （1）针对AA-CAES系统仿真建模问题，提出了AA-CAES全系统动态仿真建模方法，为研究AA-CAES系统的动态运行特性奠定了基础。首先，基于我国兆瓦级AA-CAES示范系统的实际机型配置情况，构建了AA-CAES系统各关键部件的动态仿真模型，形成了全系统动态仿真元件库；其次，基于实验数据验证了各关键部件仿真模型的准确性和有效性；最后，基于所构建的仿真元件库，搭建了兆瓦级AA-CAES全系统仿真平台，并开展了系统全过程动态仿真分析。. （2）针对AA-CAES系统多时间尺度动态调度建模问题，建立了AA-CAES系统日前、日内、实时等多时间尺度下的调度模型，准确反映系统不同运行工况下的动态调度约束条件。首先，结合并网型微电网事故备用的典型应用场景，详细分析了AA-CAES系统变工况条件下的动态外特性；其次，考虑系统多类型状态量间复杂的耦合关系，提出了计及AA-CAES电站变工况条件下运行特性的储能电站运行约束集合，并建立了系统日前、日内、实时等多时间尺度下的调度模型。. （3）针对含AA-CAES的电网多时间尺度优化调度问题，建立了源荷双侧不确定性模型，并提出了AA-CAES参与的电力系统“源-荷-储”协同调度策略。首先，充分考虑间歇性电源出力和柔性负荷需求响应的不确定性，建立了源荷双侧不确定性模型；其次，结合不同时间尺度下电力系统优化目标的侧重点，提出了含AA-CAES的电力系统日前、日内、实时协调调度策略；最后，基于多时间尺度滚动调度架构，提出了AA-CAES参与的电力系统“源-荷-储”协同调度策略。