基于氢储能的高渗透率光伏配电网控制策略及优化配置

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在双碳目标的驱动下,光伏电站将会大规模分布式并网,且会主要集中于光伏和土地资源丰富的配电网末端地区。但这些地区配电网架构薄弱,新能源承载和治理能力有限,难以对高峰期的光伏出力做到有效消纳,导致出现大规模弃光现象。针对该问题,本文采用了一种利用氢储能参与配电网光伏消纳的新能源治理思路。利用氢储能不仅可以直接提高配电网的消纳能力,而且可以通过氢网络与外界进行能量交换,降低光伏电站对配电网的依赖性,实现光伏电站“软离网”,从而减轻配电网的新能源治理负担,提升配电网末端地区的光伏可装机容量。首先,根据对传统储能配电网的改进,提出了一种基于氢储能的新能源治理方案,并介绍了引入氢储能后的配电网结构。随后根据氢储能的特点指出了该方案的适用范围和特殊用途,并对该方案的优越性和可行性进行了分析。为对分析结果进行论证,本文将基于数学建模的思想,采用优化配置的研究方法,对该方案的可行性和优越性进行计算分析。据此,提出了所研究配电网的数学模型。其次,为模拟系统的正常运行,对含氢储能配电网系统的控制策略进行了研究。基于分层控制理论提出了配电网的总控制结构,将负荷需求和光伏出力作为顶层扰动变量,负责提出控制需求,其他可控部分作为底层受控模块,响应控制需求。随后给出了各底层模块相应的控制策略,并将系统可能遇到的扰动情况进行了分类,分析了各种情况下系统的运行模式,基于功率平衡关系提出了配电网系统的控制策略。在此基础上,进一步考虑了底层模块的自身约束,主要为系统储能部分的容量约束,根据蓄电池和储氢罐的容量限制对系统运行模式进行了进一步的划分,改进了原有的控制策略,并通过模拟仿真验证了控制策略的有效性。最后,为验证总体方案的可行性和优越性,从经济性、新能源利用率和对配电网依赖性三个角度入手,以单位电量成本、缺电率和弃电率为目标函数对系统结构建立了数学模型。使用粒子群算法对配电网系统进行了最优容量配置计算。经过算例分析,认为配置结果满足了预期目标,验证了配置方案的可行性和优越性。在此基础上,对目标函数权重的选择进行了研究分析。
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