支撑新能源消纳的广域储能集群研究

Wide-area energy storage cluster is an important technology on energy internet, and is also a key to accommodate large-scale renewable energy into power systems in China. Aiming at eliminating dominant risks, the project is committed to solve the key scientific problems involved in the wide-area energy storage cluster in order to support renewable energy accommodation. The main research includes: formation mechanisms, multi-scale static and dynamic identification methods, principles and criteria on dominant risk factors of renewable energy output; mechanisms, adaptability and modeling on using the wide-area energy storage cluster to accommodate renewable energy; methods, principles and models on the optimal location, the capacity planning and the coordinated control of the wide-area energy storage cluster, and so on. A system theory will be obtained by combining the theoretical analysis with the numerical simulation and the experimental validation.It has important theoretical and practical significances in promoting the development of global energy internet and overcoming the dilemma of the increasing renewable energy abandoning in our country.

广域储能集群技术是实现能源互联网的关键支撑技术之一，也是从根本上解决我国大规模新能源消纳瓶颈问题的核心技术手段。项目针对支撑新能源消纳的广域储能集群涉及的关键科学问题，以消弭新能源出力主导风险因素为目标，重点研究：新能源出力主导风险因素的形成机理及其多尺度静态和动态辨识方法、原理和判据；广域储能集群支撑新能源消纳的机理、适应性及建模；储能集群广域优化选址、容量规划和协调控制的方法、原理和模型等基础理论和方法。采用理论分析、数字仿真和实验验证相结合的研究方案，形成系统理论，其成果对于推动全球能源互联网的发展，克服我国日益严峻的新能源电能弃置困境具有重要的理论和实践意义。

由于风、光伏等新能源电源出力的随机波动性和间歇性、广域时空负荷存在的不平衡性等因素，将会威胁系统多尺度安全稳定运行风险，严重制约新能源的消纳。储能技术的高速发展使大规模电能的储存和时移变得经济、高效，成为支撑新能源消纳的重要手段。在此背景下，本项目旨在研究如何在源、网、荷侧分区规划和控制性能适宜的储能设备消弭新能源出力主导风险因素，提升新能源消纳水平和互联外送能力，形成广域储能支撑新能源消纳的理论依据和技术路线，取得如下研究成果：综合考虑新能源资源、设备、外送通道、源-荷耦合关系等全方位不确定性因素的影响，提出计及源-网-荷不确定性因素的马尔科夫链新能源出力运行风险辨识和评估方法；提出基于集合经验模态分解的功率分解方法，与超级电容器、锂电池等不同类型储能技术的四象限运行特性耦合提高新能源接纳能力和外送能力；遵循约束储能、新能源与系统行为及其互动的条件，提出基于集合经验模态分解的混合储能系统容量优化配置模型和储能多期优化选址定容模型；面向荷侧储能集群组成的消纳区、源侧储能对应的外送区两个相对独立的控制区，提出基于一致性算法的消纳区集群储能分布式经济优化控制策略和外送区储能系统多应用场景运行优化策略。依托本项目，培养博士研究生2名、硕士研究生8名，发表论文34篇，其中，SCI收录论文6篇，EI收录论文20篇，获国家发明专利授权2项，项目负责人应邀在国内会议或论坛做报告7次，以项目研究成果为支撑获山西省科技进步一等奖2项。本项目的研究成果在提升新能源消纳的储能规划、运行、控制等方面提供了理论支撑，部分研究成果应用于项目负责人所在团队自主搭建的实验室交直流混合微电网平台，提升了新能源消纳能力并保障微电网的安全可靠运行，具有在电力系统实际运行中推广应用的前景。