边远地区孤立电力系统中风/柴/储能联合运行的关键技术研究

为解决边远地区供电问题，在边远孤立地区柴油发电系统中使用风力发电变得越来越重要。由于风的不确定性和变化性，风力发电与柴油发电并联运行会出现各种新的问题。采用概率评估方法来模拟和计算风/柴/储能电力系统，开发能够应用这些概率方法的数学模型和实施方案来评估风能随机性和不确定性对风/柴/储能联合电力系统的运行影响，并开发合适的能量储存系统模型；利用风场测速仪测量的或气象部门提供的风资源数据，开发风速数学模型来预测不同时间段的风速。在PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK仿真软件平台下，开发详细的模型来模拟风/柴/储能系统稳态、暂态和瞬态行为。这些研究对有效利用各种能源技术有很大的现实和指导意义。

内蒙古地域辽阔，风力资源丰富，风力发电和柴油发电系统在边远农村牧区得到了较广泛的应用。但单一形式电源的供电质量、经济性和可靠性较差，合理组建风/柴/储能孤立发电系统可望提高该地区的供电可靠性和经济效益。因此有必要开发一整套风/柴/储能发电系统评估模型、控制策略和仿真模型，分析风速、负荷和储能容量等因素的影响，确保系统安全可靠供电。.分别采用风速概率分布和时间序列方法建立风速预测模型，并确定各自的适用范围，通过误差和相关系数分析验证了模型能较好的反映不同时间段风速的间歇性和波动性。采用非序贯蒙特卡罗法分别建立了风力发电和储能系统充裕度评估多态模型，它能较好的体现风速随机波动和机组强迫停运率的影响。通过对比分析发现模型态数的选择对提高系统充裕度评估准确性影响较大。根据10min时间段数据，采用序贯蒙特卡罗法评估影响风/柴/储能发电系统运行的各种因素，表明当风力发电注入功率一定时，蓄电池组容量、蓄电池组最大充放电率和系统负荷变化对系统可靠性影响较大，而风力发电机组强迫停运率对系统可靠性影响不明显。基于Well-being模型和建立的改进储能系统模型，评估了三种不同运行策略下不同参数对系统供电可靠性和燃料节省的影响；同时改进储能模型考虑了故障率和充放电效率的影响，评估结果更符合实际运行要求。.研究并设计了风/柴/储能发电主要控制系统。采用空间矢量脉宽调制技术，建立了小型风力发电系统的整流器与逆变器仿真模型。分别采用电压外环、电流内环原理和Shepherd模型设计储能系统充放电控制器电路并建立仿真模型。采用五种控制方案仿真分析了风/柴/储能发电系统的静态和动态行为，提出应对不同运行条件的控制方法与策略。.从燃料节省和合理利用风能的角度，对风/柴/储能发电系统的经济性进行了分析计算。推导了系统发电及维护成本的计算公式，并采用成本效益分析法对系统进行合理的参数配置，使系统的可靠性和经济性达到平衡。.开发的风速预测和可靠性评估模型可满足风/柴/储能发电系统可靠性评估要求，可靠性评估结果可指导系统的规划、设计和运行，提高系统供电可靠性和经济性。在合理的控制策略下，风/柴/储能发电主要控制系统可满足系统运行要求。柴油燃料的节省和经济运行减少了环境污染，降低了发电成本。研究成果可以为边远地区风/柴/储能发电系统可靠性评估、系统控制策略和方法确定以及经济性分析提供理论指导。