含储能元件的广义综合负荷建模及其参数灵敏度分析研究

Clean renewable energy sources are an important part of the smart grid and the energy internet. Distributed clean energy sources of the distribution system need to work with energy storage elements to make the most of the energy sources and guarantee the safe and highly-efficient operation of the grid. In this situation, the composite load model needs to be established in the simulating calculation of the power system. This model can clearly represent the Charge and discharge mode and depth energy storage elements. In-depth research is needed on the sensitivity of the model’s parameters. This project first analyzes the operational mechanism and physical characteristics of the energy storage elements. Based on the single and group model, and mainly focusing on the dynamic and static mathematic models and the parameter identification of the composite load considering various operational characteristics of different kinds of energy storage elements, analysis is needed on the impact of the composite load causing by various elements. Therefore, the sensitivity analysis of the model can be improved. Based on the above works, the sensitivity matrix of the composite load model including various energy storage elements needs to be researched; the identifying and voltage sensitivity of the composite load model including various energy storage elements need to be identified. Therefore, the scientific and accurate model and its parameters will be obtained to build the model including energy storage elements and analyze its impact on the grid stability，and the interaction mechanism between the model parameters and voltage stability sensitivity will be revealed.

可再生清洁能源是智能电网和能源互联网的重要组成部分，配电系统的清洁能源须与储能元件联合运行才能满足大电网安全稳定高效的要求。在此背景下，电网仿真计算应建立包含储能元件的广义综合负荷模型，该模型能清晰准确表征储能元件的充放电模式和深度，其模型参数的灵敏度尤其值得深入研究。课题首先分析储能元件的工作原理，以建立多种储能元件单体和成组模型为基础，以研究包含各种储能元件的运行特征的广义综合负荷的动静态数学模型和参数辨识为重点，研究各种储能元件对广义综合负荷模型的影响规律，从而改进和完善模型参数的灵敏度的分析。在此基础上研究含多种储能元件广义综合负荷模型的参数灵敏度矩阵，识别包含多种储能元件广义综合负荷模型参数对辨识结果的灵敏性和模型参数对电网电压的灵敏度，为含储能元件广义综合负荷模型的建立及分析其对电网稳定的提供科学准确的模型及其参数，揭示模型参数与电压稳定相关性和灵敏度的交互影响机理。

可再生能源是智能电网和能源互联网的重要组成部分，而分布式清洁能源发电必须与储能元件联合运行才能满足能源最大利用和电网安全高效的运行。在此背景下，大电网仿真计算须建立包含储能元件的广义综合负荷模型，该模型能清晰表征储能元件对综合负荷模型结构和参数的影响值得深入研究。.本项目的研究内容主要包括：研究适用于配网系统的多类型储能元件的物理机理和运行特征，建立能描述各储能元件特性的通用的单体与成组数学模型。研究分析含多种储能元件的广义综合负荷的模型的构成差异，建立适用于电网仿真的含储能的广义综合负荷的模型，分析储能元件对模型结构和参数的影响机理。研究辨识含多种储能元件广义综合负荷模型参数的方法，提出负荷模型参数的优化辨识策略。研究含多种储能元件的广义综合负荷的模型参数与电网电压稳定性指标之间的相互关系与影响规律。.通过对镍氢、液流、铅酸和锂电池四种典型储能单体进行物理机理及充放电特性分析，构建了适用于多储能的统一单体模型和等效模型，通过实测数据验证该模型对电池单体和成组电池堆均有较强适用性。针对含储能的广义综合负荷模型，从外特性等效拟合的角度，构建了含全钒液流电池的广义综合负荷模型，采用总体测辨法对模型进行参数辨识，利用实验数据进行内插外推验证了模型的有效性。对现有电池储能模型，提出基于电阻参数修正的电池储能系统改进模型，将电池储能系统改进模型并联经典负荷模型构成广义综合负荷模型；鉴于广义综合负荷模型中含传统的经典负荷模型，为解决经典负荷模型描述高压部分等效的缺陷，提出一种考虑配电网调压的综合负荷模型。针对模型参数辨识精度低、难度大等问题，提出了一种基于全局灵敏度分析的综合负荷模型参数辨识简化策略，避免了基于局部敏感度分析方法的繁杂求导过程。针对模型参数对电网电压稳定性的影响，基于提出的全钒液流电池储能系统，研究接入容量、地理位置、接入方式等不同影响因素对建立的广义综合负荷模型的影响，实验表明接入容量增大、接入点距配电网末端越近、集中式接入情况下对电网影响更大。建立39节点系统，分析广义综合负荷模型中的感应电机参数的改变对负荷母线电压的影响，研究发现感应电机参数几乎对负荷母线电压均有影响，其中转子电阻越大对系统暂态电压稳定越有利，其余电阻则相反。项目实验数据可为工程提供参考依据。此外，基于建立好的储能模型及储能的广泛运用，便对储能在电网调频、综合能源的应用等领域展开衍生研究。

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