解決棄風(fēng)問題的棄能利用模式嘗試研究.pdf

1、風(fēng)能、光能等可再生能源在現(xiàn)今發(fā)展迅速，但同時(shí)也面臨著許多亟待解決的問題，棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象就是其中之一。由于能源分布不均衡，線路輸送容量有限以及可再生能源本身的間歇性、波動性等原因而導(dǎo)致的棄能現(xiàn)象在造成大量資源浪費(fèi)的同時(shí)也限制了可再生能源穿透率的提高。在用戶側(cè)方面，電動汽車（EV）在現(xiàn)如今以充電模式為主導(dǎo)的情況下，仍舊存在著因充電時(shí)間過長而引起的用戶里程焦慮問題。不僅如此，目前的 EV并沒有從源頭上實(shí)現(xiàn)減排的目標(biāo)，本質(zhì)上僅僅是將城市中汽車尾

2、氣的碳排放轉(zhuǎn)移成為了郊區(qū)火電廠的碳排放。綜合考慮上述問題，探索一種新的輸電模式，從而在可再生能源發(fā)展的過程中兼顧解決發(fā)電側(cè)和 EV用戶側(cè)的問題是具有重要意義的。本文的研究作為一種前瞻性的探索與嘗試，希望為可再生能源在未來的開發(fā)利用模式提供新的思路。本文主要工作如下：
　?、僖燥L(fēng)能為例，將解決棄風(fēng)問題作為出發(fā)點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)了一種棄能利用（Curtailed Energy Utilization, CEU）模式，將高負(fù)荷地區(qū) EV換電

3、站中的空電量電池利用鐵路等低成本運(yùn)輸方式輸送到棄風(fēng)電場，利用“棄風(fēng)”對電池集中充電，并同時(shí)利用電池對風(fēng)功率波動進(jìn)行平抑。描述了棄能利用模式的整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，分析了電池在棄能利用模式中的定位。從商業(yè)運(yùn)營方式、電池類型選擇、物流設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)效益以及輸電效率五個(gè)方面研究了棄能利用模式在未來推行的可行性，分析并例舉了棄能利用模式的特點(diǎn)與優(yōu)勢。
　?、谠O(shè)計(jì)了棄能利用模式下電池充電裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用 Matlab/Simulink以及 P

4、SCAD/EMTDC兩款仿真軟件搭建了風(fēng)場、電池、變換器等元器件的仿真模型以及系統(tǒng)整體模型，并設(shè)計(jì)了模型的控制原理?？紤]到棄能利用模式下，于風(fēng)場充電的電池可能存在多種類型，提出了改進(jìn)的充電裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制方法，在確保電池正常充電的同時(shí)可以滿足不同充電策略的需要。利用風(fēng)場典型日的風(fēng)速數(shù)據(jù)，進(jìn)行了棄能利用模式下電池充電以及功率控制的算例分析，在仿真層面上初步驗(yàn)證了棄能利用模式的可行性及控制方法的有效性。針對棄能利用模式下電池模塊的規(guī)格、

5、性能標(biāo)準(zhǔn)化問題，提出了電池模塊充電箱的概念。
　?、鄯治隽藯壞芾媚Ｊ较屡渲贸夒娙萜鳎⊿uper Capacitor, SC）輔助電池進(jìn)行風(fēng)場輸出功率平抑的必要性和優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了 SC最優(yōu)容量確定方法。利用離散傅立葉變換對儲能系統(tǒng)平抑部分理想的輸出功率進(jìn)行了頻譜分析。根據(jù)頻譜分析結(jié)果，綜合考慮電池與SC各自的可用荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）范圍、充放電效率、循環(huán)壽命、單位成本以及資本貼現(xiàn)率等影響因素，以平抑

6、部分成本工程期凈現(xiàn)值最低為目標(biāo)，通過尋找電池與SC最優(yōu)分頻點(diǎn)從而合理配置SC的容量。算例結(jié)果表明相比于單純利用電池進(jìn)行風(fēng)功率平抑，配置合適容量的 SC可以使平抑部分成本工程期凈現(xiàn)值下降26.7％。同時(shí)，考慮 SC最優(yōu)容量對應(yīng)的SOC初值約束以及出現(xiàn)極端風(fēng)況的情形，設(shè)計(jì)了SC的SOC模糊控制方法并通過算例驗(yàn)證了控制方法的有效性，解除 SOC初值約束的同時(shí)能夠避免 SC因?yàn)轭l繁處于過充或過放狀態(tài)而影響平抑效果。
　　對于棄能利用模式的