论文总字数：21607字

摘 要

伴随着经济社会的快速发展，用户对电力系统的要求不断提升，能源问题和环境恶化问题日益严峻。各种新能源快速发展逐渐取代化石能源成为电网主要的能源结构，其中风能为现在电网主要使用的新能源。由于新能源技术发展的不成熟不充分，其不确定性较大且易于波动，容易对电网频率造成较大影响。近年来，储能技术能可以利用其快速、准确响应的特点来弥补电网调频的不足，储能技术的发展和应用受到了国内外学者的广泛关注，其发展速度愈发迅猛。

本文主要针对火电机组的在一次调频中的缺陷，结合储能系统的优势，综合考虑SOC的状态可能会造成的影响，展开对控制策略的研究。首先从分析火电机组一次调频和储能技术的相关工作原理入手，完成对电池储能参与电网一次调频的有效性的理论证明。本文选择采用戴维南等效模型，采用参数为3.2V、1.1Ah的锂离子电池单体模型对SOC和锂电池内部相关参数响应的关系进行分析，在的仿真中进行验证。最终基于所提出的储能模型和火电机组模型进行锂电池储能参与调频的策略研究。本文通过对比虚拟下垂控制、虚拟惯性控制和仅火电机组作用的一次调频特性曲线，证明控制的有效性。针对PCS系统控制，从PI控制和虚拟同步发电机的两方面进行分析，通过在中建模仿真验证了PI控制的快速有效性，证明了控制策略的有效性。

关键词：一次调频；储能系统；储能模型；控制策略

Research on Control Strategy of Energy Storage System

Auxiliary Thermal Power Unit Participating

in Primary Frequency Modulation

Abstract

With the rapid development of economy and society, the demand of users for electric power system is increasing, and the problems of energy and environment are becoming more and more serious. The rapid development of new energy sources has gradually replaced fossil energy sources as the main energy structure of the Power Grid, among which wind energy is the main new energy used in the power grid. Because of the immature and insufficient development of new energy technology, its uncertainty is big and easy to fluctuate, which easily affects the frequency of power grid. In recent years, energy storage technology can make use of its rapid and accurate response to make up for the lack of grid frequency modulation, energy storage technology development and application by domestic and foreign scholars have been widely concerned, its development speed is more rapid.

This paper mainly aims at the defect of primary frequency regulation of Thermal Power Unit, combined with the advantage of energy storage system, considering the influence of SOC state, and studies the Control Strategy. Firstly, the working principle of primary frequency regulation and Energy Storage Technology of thermal power unit is analyzed, and the validity of primary frequency regulation with battery storage is proved. In this paper, Thevenin equivalent model is adopted, and the 3.2 V, 1.1 Ah lithium-ion battery model is used to analyze the relationship between the SOC and the internal parameters of the lithium battery. Finally, based on the proposed energy storage model and thermal power unit model, the strategy of Lithium Battery Energy Storage participating in frequency modulation is studied. In this paper, the effectiveness of the control is proved by comparing the primary frequency modulation characteristic curves of virtual droop control, virtual inertial control and only thermal power unit. Aiming at the control of PCS system, the Pi Control and the virtual synchronous generator are analyzed, and the effectiveness of the Pi control is verified by modeling and simulation in Matlab.

Key words: Primary Frequency modulation;Energy Storage system;Energy Storage model;Control Storage

目 录

储能系统辅助火电机组参与一次调频的控制策略研究 I

摘 要 I

Research on Control Strategy of Energy Storage System II

Auxiliary Thermal Power Unit Participating II

in Primary Frequency Modulation II

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 4

1.1 课题研究的背景及意义 4

1.2 一次调频与储能技术研究现状 4

1.3 储能技术参与电网调频研究现状 5

1.4 本文所做工作 5

第二章 火电机组一次调频及储能系统工作机理 6

2.1 电力系统调频概述 6

2.1.1电力系统负荷频率特性 6

2.1.2 电力系统调频机理 7

2.2火电机组一次调频工作原理 8

2.3 储能系统的结构及其参与电网一次调频的工作原理 9

2.3.1 储能系统的结构 9

2.3.2 电池储能参与一次调频的工作原理 9

2.4 本章小结 10

第三章 储能电源参与电力系统调频的模型 11

3.1 锂离子电池储能的结构与工作原理 11

3.2 锂离子电池储能模型和火电机组模型的建立 11

3.2.1 锂电池储能系统的建模 11

3.2.2 火电机组调频系统的模型建立 13

3.3 锂电池参数灵敏度分析 15

3.4 仿真验证 16

3.5 本章小结 16

第四章 电池储能系统参与电力系统调频的控制策略 17

4.1 电池储能系统参与一次调频控制策略 17

4.1.1传统控制策略阐述 17

4.1.2 PCS控制策略的阐述 18

4.2 仿真验证 19

4.3 本章小结 21

研究结论 22

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

用户对电力系统的需求也在不断提升是经济社会快速发展应运而生的产物，传统的以化石能源发电的方式造成了环境污染、气候变暖和能源紧张等全球性问题。为解决环境能源问题，实现绿色可持续发展战略，以风能为代表的清洁能源逐步代替化石能源成为能源结构的主要结构。然而，由于各类新能源发电均具有较强的不确定性和波动性，容易对电网的频率和安全造成严重影响。电压、频率、波形三者共同决定电网的电能质量，电力系统中常采用参数频率来考察有功功率的供需平衡，电力系统的安全运行会因频率的异常而受影响。因而，必须对频率进行有效的控制以保证电网频率的安全与稳定性。

目前，火力发电和水力发电是我国主要的发电方式，火力发电机组现仍为我国应用最广泛和发展较为完备的发电方式。由于火电机组本身存在的缺陷，在发电侧机组组织调频响应的速度相对较慢，无法对短周期调频问题进行有效调节， 造成在参与一次调频时会出现响应时间长及死区设置过大等现象。同步发电机面对电力系统的大扰动无法快速响应来维持电力系统的稳定性，此时只能通过将负荷和发电机排除来维持稳定性，这种情况会导致电力系统的安全稳定问题更为突出。

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