【正文】 ........................................................ 25 儲能系統(tǒng)的控制方法 ............................................................................................... 26 儲能系統(tǒng)的工作模式 .................................................................................... 26 儲能系統(tǒng)的控制策略 .................................................................................... 27 微網(wǎng)中儲能設(shè)備容量的選擇 ................................................................................... 29 選擇儲能容量時的要求 ................................................................................ 29 儲能設(shè)備容量的選擇方法 ............................................................................ 30 微網(wǎng)中儲能設(shè)備容量選擇方法 .................................................................... 30 儲能設(shè)備間的配合 ................................................................................................... 31 第四章 儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中應(yīng)用的仿真分析 .................................................................... 32 微網(wǎng)中 SMES 模型的建立 ..................................................................................... 32 SMES 類型的選擇 ......................................................................................... 32 SMES 模型的建立 ......................................................................................... 32 SMES 改善負荷端電壓的控制系統(tǒng) ............................................................... 32 仿真系統(tǒng)的建立 ....................................................................................................... 33 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 .................................................................................... 33 仿真系統(tǒng)模型的建立 .................................................................................... 34 仿真參數(shù)的選擇 ............................................................................................ 35 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 仿真結(jié)果與分析 ....................................................................................................... 36 全文總結(jié) .................................................................................................................................. 41 參考文獻 .................................................................................................................................. 42 致謝 .......................................................................................................................................... 44 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 緒論 研究背景 人類社會進入 21 世紀(jì)，由于有限的化石能源的逐步消耗殆盡和環(huán)境污染的日益 嚴(yán)重，人們呼吁建立可再生的清潔能源來取代現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，于是以太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)為主的新能源技術(shù)被建立起來并且迅猛發(fā)展。其中，儲能設(shè)備無疑是微 電 網(wǎng)中 最 重要的組成部分 之一 。在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)用儲能設(shè)備可以使新能源發(fā)電的電力穩(wěn)定而可靠地并入電網(wǎng)，因而為了使新能源發(fā)電能為用戶提供高質(zhì)量的電力，儲能設(shè)備是必不可少 的，儲能設(shè)備的發(fā)展也是勢不可擋的。但是各種儲能設(shè)備都有它自己的優(yōu)勢和局限，因而針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)電要求，應(yīng)當(dāng)使用不同的儲能設(shè)備。為了解決分布式發(fā)電對配電網(wǎng)帶來的影響，美國可靠技術(shù)解決方案協(xié)會（ CERTS） [1]把分布式發(fā)電與負荷組合作為配電的子系統(tǒng)，提出了微電網(wǎng)的解決方法 與其 概念：微電網(wǎng) 系統(tǒng)由負荷和微電源共 同組成，并且 可 以同時供 能和 供熱 ； 相對于大電網(wǎng)微電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，它可以保證用戶電能的質(zhì)量和供電安全；微電網(wǎng)內(nèi)部電能的轉(zhuǎn)換和控制主要由電力電子器件提供。 微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 微網(wǎng)的 一般 結(jié)構(gòu) [2]如圖 所示，它的結(jié)構(gòu) 一般 有 微電源、能量管理系統(tǒng)、儲能設(shè)備和負荷四個部分 ，可以根據(jù)實際的應(yīng)用進行增減 。 A、 B、 C 三條饋線通過微網(wǎng)的主隔離裝置與外部電網(wǎng)進行聯(lián)結(jié)，主隔離裝置一般為一個靜態(tài)開關(guān)，開關(guān)的附近設(shè)有公共連接點 PCC（ Point of Common Coupling）。 1） 圖中虛線表示的是能量管理器 的信息傳輸線，連接著各個分離器與微電源，可以綜合分析整個微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。 2）圖中圓圈表示的是微電源。圖中畫出的光伏電池、燃料電池 都屬于直流電源，需要經(jīng)過升壓與 逆變 后 才能進行并網(wǎng)。另外，有的微電源本身就屬于工頻交流電源，如風(fēng)力發(fā)電機外 部 電 網(wǎng) 微型燃氣輪機 光伏電池 敏感負荷 供熱 可中斷負荷 微型燃氣輪機 燃料 電池 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 和一些小功率的發(fā)電機，它們都屬于鼠籠式感應(yīng)電機。 4） 在 微網(wǎng)中， 微電源 所 提供的總功率和負荷需求 是動態(tài)變化的，并非任何時候都達到了平衡。儲能設(shè)備能夠使微網(wǎng)在自治運行的時候更加安全、高效和可靠，可以使微網(wǎng)向負荷提供的電能質(zhì)量更高。并網(wǎng)運行時，微網(wǎng)中負荷的能量由主網(wǎng)提供 。 微電網(wǎng)需要有既完善又穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，才能增加運行的可靠性，并且能輸出高質(zhì)量的電能。因此，微電網(wǎng)必須能夠在電網(wǎng)事件中自己收集本地信息，然后自主做出響應(yīng)。 微網(wǎng)的運行與控 制應(yīng)當(dāng)能夠自主的選擇運行方式，從而可以平滑地與外部電網(wǎng)并網(wǎng)和分離，而且一個其它電源的接入應(yīng)當(dāng)不會影響到系統(tǒng)的運行。 一般來說， 微電網(wǎng) 有以下幾類 控制方 式 [3]： 1）基于電力電子技術(shù)的 控制方法 ，比如“即插即用” 。 但是這種方法的應(yīng)用范圍比較狹窄，只是針對微電源在電力電子方面的控制，因為沒有考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率恢復(fù)的問題，使得在微網(wǎng)在受擾動時不能穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率。 這個方法滿足了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的要求， 系統(tǒng)的有功和無功功率由它分別開來并且單獨控制。這個方法的缺點是不能協(xié)調(diào)地與調(diào)速發(fā)電機相結(jié)合控制系統(tǒng)。 由于采用了多代理控制技術(shù)，能夠分散控制微電網(wǎng)系統(tǒng)的反應(yīng)能力和自制性能，這個方法的缺點是 不能進行頻率和電壓的控制。發(fā)展與創(chuàng)新儲能技術(shù)對于 我國的電力產(chǎn)業(yè)和交通產(chǎn)業(yè)具有決定性意義。 儲能技術(shù) 按照儲能方式的不同可以分為三大類， 例 如抽水儲能、 飛輪儲能、壓縮空氣儲能 等 屬于物理儲能；例 如氧化還原液流電池、 鉛酸電池、鋰離子電池 、 鈉硫電池等屬于化學(xué)儲能；例 如 超級電容器儲能 和超導(dǎo)電磁儲能 等 屬于電磁儲能 。主要有兩方面： 從電網(wǎng) 的 角度 來看 ， 能夠 提高電網(wǎng)的靈活性 ；另外， 從分布式電源 的 角度 來看 ， 可以 為 微網(wǎng)中的 分 布式電源配備儲能 設(shè)備 。 分布式儲能的優(yōu)點 分布式儲能具有 很多 優(yōu)點： ①分布式儲能系統(tǒng)是模塊化的 系統(tǒng) ， 所以，它能夠快速地組裝，并且靈活性好，現(xiàn)場安裝更加簡便，可以實現(xiàn)多功能。 ③ 與普通的儲能方式相比，分布式儲能有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和響應(yīng)速度。 儲能設(shè)備在微網(wǎng)中的重要 作用 1） 短時供電 在 微電網(wǎng) 運行中 有兩種運行模式：并網(wǎng)運行模式 和 孤島運行模式。 在這兩種 運行 模式的轉(zhuǎn)換 過程 中， 微電網(wǎng) 往 往會存在 一定的功率缺畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 額， 解決功率缺額的方法就是 在 微 網(wǎng) 系統(tǒng)中配備 一定 數(shù)量 的儲能 設(shè)備 ，它們的作用就是儲存能量， 以 保證 這兩種模式 的轉(zhuǎn)換能夠 平穩(wěn)過渡， 從而保證 系統(tǒng)的 穩(wěn)定 運行 。 2） 電力調(diào)峰 微網(wǎng)中的微電源一般由分布式電源組成，在遇到外界環(huán)境變化的情況時，它們的發(fā)電量往往會發(fā)生波動。 如果用調(diào)峰電廠來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的峰值負荷，雖然可以解決這個問題，但是調(diào)峰電廠運行昂貴， 實現(xiàn)比較困難。如圖 所示， 儲能系統(tǒng)解決了電力負荷需求的峰值問題，在負荷低谷期，系統(tǒng)中的儲能設(shè)備可以儲存多余的電能，再在負荷的高峰期回饋給微電網(wǎng)，從而調(diào)節(jié)了負荷對電力功率的需求。 所以，作為微網(wǎng)的功率緩沖環(huán)節(jié)，儲能系統(tǒng)對于微網(wǎng)的作用越來越重要 。 儲能 設(shè)備 用于電力負荷不平衡時，在用電量低時儲電，而在用電高峰時送電。 3） 改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量 微電網(wǎng)要作為一個電源與外部大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，就必須要能應(yīng)對電壓閃變、電流諧波畸變、功率因數(shù)變化和電壓不對稱的要求。儲能設(shè)備能夠提供有功功率和無功功率，并且通過控制并網(wǎng)逆變器，能有 效地調(diào)節(jié)它的輸出，保證電能質(zhì)量。 在微電網(wǎng)中如果有光伏發(fā)電或風(fēng)能發(fā)電等微電源，外界環(huán)境 的變化可能會使微電源的輸出功率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降，發(fā)生電壓驟降或跌落的問題。 使用 了 儲能設(shè)備，就能提供一個快速功率緩沖 ， 吸收或供電 ， 提供有功功率 ， 有功或無功功率的補償 ， 就能穩(wěn)定 ， 平滑電網(wǎng)電壓的波動。另外，當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時，儲 能系統(tǒng)可以削弱負荷高峰，補償諧波電流；當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島運行狀態(tài)的時候，儲能系統(tǒng)可以在 微電網(wǎng)斷開大電網(wǎng)后 保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。 目前，主要的 機械儲能 方式有 抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等 ，主要的化學(xué)儲能方式是 各類蓄電池，包括 各類 鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池 和 鋰離子電池等 主要的電磁儲能方式有 超導(dǎo)儲能和超級電容器儲能 等。 蓄電池能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能 進行長期保存 ，而且它價格低廉 ，經(jīng)濟效益高 。 壓縮空氣儲能的原理是在一個密閉的高壓容器內(nèi)壓入空氣，釋放壓縮空氣時空氣會推動活塞或汽輪機，從而產(chǎn)生 電能。 抽水蓄能是在負荷較低時從下水池向上水池抽水，將電能轉(zhuǎn)化成勢能儲存起來，在負荷較高的時候利用上水池的水來發(fā)電。 飛輪儲能以動能的形式存儲能量，經(jīng)過功率變換器，完成機械能與電能之間的互相轉(zhuǎn)換。 h。 它的原理是把能量儲存在一個磁場中，這個磁場是由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的， 能量幾乎不產(chǎn)生損耗。 鈉硫電池充電迅速，電池功率的密度也非常高。 所以各種儲能方式都有自己的優(yōu)點和缺點，有不同的特性和應(yīng)用方向。所以，根據(jù)不同的儲能設(shè)備的特性，還有不同的應(yīng)用環(huán)境，來選擇最適合、最有經(jīng)濟性的儲能設(shè)備是 極其有必要的。飛輪儲能設(shè)備在電力系統(tǒng)中可以用于調(diào)峰、 UPS 或與新能源發(fā)電結(jié)合，用以穩(wěn)定輸出功率。 其中， 飛輪儲能設(shè)備的核心組成部分是 轉(zhuǎn)子、電機和電力轉(zhuǎn)換器 。 電機的轉(zhuǎn)子和飛輪的轉(zhuǎn)子是連接在一起的，飛輪充電（儲能）時，電機作為電動機驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)到一個很高的速度，使電能轉(zhuǎn)化為機械能，然后在飛輪放電（釋能）時，電機又作為發(fā)電機，通過降低飛輪的速度把飛輪的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為電能。飛輪儲能設(shè)備的實際原理就是電能到機械能再到電能的轉(zhuǎn)化，圖 展示的是它的原理框圖。 2）飛輪能量保持模式： 飛輪保持最高轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，需要依靠一定的交流電輸入。 飛輪儲能的 特性 研究飛輪儲能的特性應(yīng)當(dāng)分為兩部分，一是充電特性，二是放電特性。 一個繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的薄圓盤