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原文传递解决弃风问题的弃能利用模式尝试研究

论文题名：	解决弃风问题的弃能利用模式尝试研究
关键词：	电池充电;混合储能;可再生能源穿透率;弃风利用;电动汽车
摘要：	风能、光能等可再生能源在现今发展迅速，但同时也面临着许多亟待解决的问题，弃风、弃光现象就是其中之一。由于能源分布不均衡，线路输送容量有限以及可再生能源本身的间歇性、波动性等原因而导致的弃能现象在造成大量资源浪费的同时也限制了可再生能源穿透率的提高。在用户侧方面，电动汽车（EV）在现如今以充电模式为主导的情况下，仍旧存在着因充电时间过长而引起的用户里程焦虑问题。不仅如此，目前的 EV并没有从源头上实现减排的目标，本质上仅仅是将城市中汽车尾气的碳排放转移成为了郊区火电厂的碳排放。综合考虑上述问题，探索一种新的输电模式，从而在可再生能源发展的过程中兼顾解决发电侧和 EV用户侧的问题是具有重要意义的。本文的研究作为一种前瞻性的探索与尝试，希望为可再生能源在未来的开发利用模式提供新的思路。本文主要工作如下：　　①以风能为例，将解决弃风问题作为出发点，提出并设计了一种弃能利用（Curtailed Energy Utilization, CEU）模式，将高负荷地区 EV换电站中的空电量电池利用铁路等低成本运输方式输送到弃风电场，利用“弃风”对电池集中充电，并同时利用电池对风功率波动进行平抑。描述了弃能利用模式的整体结构及运行方式，分析了电池在弃能利用模式中的定位。从商业运营方式、电池类型选择、物流设计、经济效益以及输电效率五个方面研究了弃能利用模式在未来推行的可行性，分析并例举了弃能利用模式的特点与优势。　　②设计了弃能利用模式下电池充电装置的拓扑结构，利用 Matlab/Simulink以及 PSCAD/EMTDC两款仿真软件搭建了风场、电池、变换器等元器件的仿真模型以及系统整体模型，并设计了模型的控制原理。考虑到弃能利用模式下，于风场充电的电池可能存在多种类型，提出了改进的充电装置拓扑结构以及控制方法，在确保电池正常充电的同时可以满足不同充电策略的需要。利用风场典型日的风速数据，进行了弃能利用模式下电池充电以及功率控制的算例分析，在仿真层面上初步验证了弃能利用模式的可行性及控制方法的有效性。针对弃能利用模式下电池模块的规格、性能标准化问题，提出了电池模块充电箱的概念。　　③分析了弃能利用模式下配置超级电容器（Super Capacitor, SC）辅助电池进行风场输出功率平抑的必要性和优势，设计了 SC最优容量确定方法。利用离散傅立叶变换对储能系统平抑部分理想的输出功率进行了频谱分析。根据频谱分析结果，综合考虑电池与SC各自的可用荷电状态（State of Charge, SOC）范围、充放电效率、循环寿命、单位成本以及资本贴现率等影响因素，以平抑部分成本工程期净现值最低为目标，通过寻找电池与SC最优分频点从而合理配置SC的容量。算例结果表明相比于单纯利用电池进行风功率平抑，配置合适容量的 SC可以使平抑部分成本工程期净现值下降26.7％。同时，考虑 SC最优容量对应的SOC初值约束以及出现极端风况的情形，设计了SC的SOC模糊控制方法并通过算例验证了控制方法的有效性，解除 SOC初值约束的同时能够避免 SC因为频繁处于过充或过放状态而影响平抑效果。　　对于弃能利用模式的研究将有可能从根本上解决弃能问题，大幅度提高可再生能源的穿透率，并极大程度地推动EV换电模式以及电池等相关产业的发展。
作者：	江涵
专业：	电气工程
导师：	张占龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文