基于储能技术的新型电力系统安全运行基础理论与方法研究

针对特大型风电场（百万千瓦至千万千瓦）难以并入大电网的问题，综合考虑我国风电和核电的发展规划，提出通过高压大容量远距离输电将大规模风电输送到抽水蓄能电站所在电网的解决方案，利用抽水蓄能平滑min及以上级的风电功率波动，利用飞轮、蓄电池平滑ms～min级的波动与扰动；基于抽水蓄能、飞轮和蓄电池研究大容量、大功率、快响应的多元复合储能技术以实现主动致稳，提出含高比例风电与核电的新型电力系统的安全高效运行方法；发展基于连续体建模的机电波理论，阐述能量及其扰动在大电网中大范围传播的机理，提出基于储能的功率振荡控制方法；构建多元复合储能系统和新型电力系统的物理模拟实验平台，开展动模实验研究；发展电力系统规划理论，建立新型电力系统的综合性能评价体系，开发具有3个层次优化功能的新型电力系统规划决策支持系统；以我国核电和可再生能源规划目标为指导，提出多元复合储能系统在我国核电基地和风电基地中的布局建议。

项目组圆满完成了项目计划书的研究任务，取得了以下创新性的研究成果： .1.系统地研究了储能装置在含大规模风电电力系统中不同层次上的应用，提出了比较完整的基于多元复合储能的大规模风电并网理论方法和关键技术，构建了新型电力系统动模仿真实验平台，开展了实验研究。 .2.针对大型风电场的远距离输送和并网问题，提出了采用混合型变换器的陆上风电三端直流输电并网方案以及海上风电混合多端直流输电并网方案，给出了详细的控制策略和仿真分析结果，证明了所提方法的有效性和实用性，可为我国大型风电基地并网提供参考。 .3.提出采用储能装置实现两个交流互联系统的解耦控制，为增强交流互联同步电网的稳定性提供了一种新思路；针对储能装置容量有限的特点，提出了抗饱和控制策略，提高了储能装置的致稳特性；进一步提出了采用目标导向启发式动态规划方法优化控制器设计，使控制器能自动适应系统的不同运行工况。 .4.针对风电出力不满足常见概率分布以及多风电场间出力具有较强的相关性的特点，系统地研究了含大规模风电电力系统的概率潮流计算，针对工程实际中对计算精度和速度的不同需要，分别提出了 5 种适合不同精度和速度要求的概率潮流计算方法，为新型电力系统分析提供了有力的工具。 .5. 发现了风电出力变化满足 t-location scale 分布，提出了持续时间指标以更好地刻画风电随机性并发现其满足逆高斯分布，提出采用 Copula函数来更全面地描述风电场间出力的非线性相关性，开发了能够更加全面地保持原始风电功率特征的风电功率序列生成软件，这些成果可为风电场规划设计和运行调度提供技术支持。 .6.提出了采用功率型储能提高风电有功出力可控性的方法，给出了储能需求量化指标和控制策略；将鲁棒优化和p-有效点等理论应用于含大规模风电电力系统优化问题中，不依赖于风电的具体概率分布函数形式，实现不确定优化问题到确定性优化问题的解析转换，获得能应对风电随机性的规划和运行决策，在理论上保证所得决策可应对风电在给定范围内的随机波动或在给定置信度水平下满足电力系统供电充裕性的要求，实现风电的最大消纳。 .7.针对链式电力系统研究了机电扰动在系统中传播的反射和透射特性，推导出扰动作用下发电机的转子角和功率增量随时间变化的解析解，探讨了机电波传播与低频振荡模式的关系；基于机电波原理，实现了任意透射系数的机电扰动控制器。