电网储能技术_Benoît Robyns, Christophe Saudemont,Hautes Etudes d’_9787111575085

本书共分7章展开论述，依次介绍了规模化电能储存面临的技术经济性问题、典型储能技术的新进展、电力系统中的储能应用场景，以及这些应用场景中储能系统的能量管理策略和程序构建方法。本书重点在于提出了一套基于模糊逻辑的能量管理程序开发方法，利用这套方法能够实现间歇性能源/储能装置的系统能量管理，完成不同运行模式之间的转换控制。本书的特点是理论方法与实际案例相结合，辅以详尽直观的图表、数据，使读者不仅能够掌握相关的理论知识，更能够通过不同应用场景的实例，掌握能量管理设计方法。

　　原书前言

　　电能储存是一个长期存在的问题，这一问题至今仍没有完全解决，尤其是从经济角度来看。到目前为止，电力生产一直主要依赖于灵活资源（基于不可再生燃料的水力和火力资源）进行及时生产。可再生能源的发展以及可降低二氧化碳排放量的输送手段的需求，已经在储能方面引起了新兴趣，已成为可持续发展的重要组成部分。本书有助于更好地了解现有储能技术以及正在开发的那些储能技术，特别是关于这些技术的管理及其经济性的提高。

　　本书的目的是:

　　1）展示电能储存在智能电网可持续发展背景下的重要性。

　　2）显示电能储存可以提供的各种服务。

　　3）介绍利用一般教育方式构建储能管理系统所采用的方法工具。这些工具都是基于因果形式主义、人工智能和明确的优化技术，将贯穿全书并结合具体案例进行介绍。

　　4）通过大量有关可再生能源并入电网的具体和有教育意义的例子，对这些方式方法进行说明。

　　第1章介绍电能储存的一些问题，电能不能直接以交流电流进行储存。这一观察已形成了当前的电力系统，该系统是以发出就消耗的电力为基础的。然而，间歇性可再生能源的发展以及朝着更加智能化电网发展的趋势，特别是就能量分布而言，有利于这种能量的储存。本章将介绍储能可以为电网提供的各种服务，从而促进其经济性提高并解决其管理问题。本章将引入基于人工智能的管理设计方法；这特别适用于复杂系统的管理，这些系统中包括与发电量、用电量和电力网方面等相关的多种不确定性，定位于多个目标，并要求进行实时处理，这是未来智能电网的一项重大挑战。

　　第2章将对目前在工业领域或以示范形式所使用的各种电能储存技术进行简要说明，并通过一些实例对这些技术进行说明，对它们的主要特性进行介绍，并将其进行相互比较。

　　第3章将对电力系统组件的一般特性进行检查，并将对输电和配电网络管理模式进行介绍，着重介绍其平稳运行所需要的一些服务，其中包括与电压和频率控制有关的辅助服务。同时，本章将讨论储能对这些服务的潜在贡献。显然，这些网络运营商、能量生产商和用户以及由电力市场自由化产生的新参与者都与这些服务直接相关。最后，本章将以具体示例展示储能对拥堵处理以及孤网突发不稳定时动态频率控制的贡献。

　　第4章对模糊逻辑进行介绍，这是本书其余部分所采用的一种人工智能方法。模糊逻辑的基本概念将应用于惯性储能系统的管理，该系统是向孤立现场供电的风能/柴油发电机混合系统的组成部分。

　　第5章将开发一种方法，能够使某一系统电力管理程序的系统设计纳入电能储存系统。由于这种方法基于模糊规则所表示的系统专门知识，因此，这种方法，包括图形创建，都不需要数学模型。输入可以是随机的，管理可以同时瞄准多个目标。由于运行模式是由模糊变量来确定的，所以，它们之间的转换是渐进性的。最后，这种方法通过朝着荷电状态（SoC）进行收敛且利用实时处理对其复杂性加以限制，而得以对储能进行管理。将其应用于惯性储能系统与变速风力发电机的关联，该关联构成了一个系统，能够供给辅助服务或以独立方式进行工作。我们将利用一个实验性应用来讨论这种类型的管理程序的实时实现，并将利用实验性试验对管理程序的不同变化形式进行比较。

　　在第6章中，一种能量管理程序的设计方法将被用于多源和多储能系统。本章研究的多源设施由一台风力发电机、一个可预见且可控制的源及两个拥有不同特性的储能系统组成。尽管风力发电机源具有随机性，且相关的发电量预测具有误差，但本章的目标是让该设施成为生产计划的一部分，进而纳入一个经典的网络，并通过参与变频控制对网络的稳定性做出贡献。本章将在不同的多源系统拓扑结构上对该管理程序的设计方法进行检验，以说明其系统化和模块化的特性。本章还将借助量化指标对各种拓扑结构的性能进行比较。

　　第7章讲述了纳入具有可再生风能发电量电力网的绝热压缩空气储能的管理和经济性提高。本章的目的是分析中功率和高功率储能装置（从数十兆瓦至数百兆瓦）如何提高电力网的经济性、用途和益处。本章将利用前面几章中所介绍的管理建构方法开发一种实时储能管理策略，以最大限度地提供服务，并使盈利能力最大化。此外，本章还将对管理程序的三种变体进行比较:一种管理程序只限于基于某一天为第二天所计划供需的传统经济性提高，另一种是基于模糊逻辑的实时管理程序，最后一种则是第二种管理程序的布尔型变体。模拟结果表明，如果经济储能收益成为具有实时管理系统服务的一部分，则这种收益具有重要的意义。

　　在本书所检验的一些示例中，假设储能系统的一些量度特性（功率、能量和动态）是预先规定的。通过纳入能量管理，可以采用与管理程序参数相同的方式对这些特性相对应的参数进行优化，其目的在于通过将智能纳入管理程序而简化这一量度及相关成本，这对经济可行条件下的储能发展构成了一种挑战。本书所介绍的一些示例可以扩展到其他类型的间歇性可再生能源（光伏发电、小型水电、海洋发电等）以及其他储能技术中。此外，还可以考虑其他目的，例如，储能系统老化，以控制这些系统的演进。

目录译者序原书序原书前言第1章电能储存的相关问题 1.1 电能储存面临的困难 1.2 电能储存的原因 1.3 电网储能的增值 1.4 储能管理 1.5 参考文献第2章储能的最新发展 2.1 概述 2.2 储能技术 2.3 储能系统的特性 2.3.1 储能容量 2.3.2 最大功率和时间常数 2.3.3 能量损失和效率 2.3.4 老化 2.3.5 成本 2.3.6 能量和比功率 2.3.7 响应时间 2.3.8 灰色能量 2.3.9 能量状态 2.3.10 其他特性 2.4 水力储能 2.4.1 水力储能原理 2.4.2 练习:黑湖电站 2.5 压缩空气储能 2.5.1 压缩空气储能原理 2.5.2 第一代和第二代压缩空气储能 2.5.3 绝热压缩空气储能 2.5.4 空气储能 2.5.5 液压气动储能 2.6 热态储能 2.6.1 显热储能 2.6.2 潜热储能 2.7 化学储能 2.7.1 电化学储能 2.7.2 氢气储能 2.8 动能储能 2.9 静电储能 2.10 电磁储能 2.11 储能技术的对比性能 2.12 参考文献第3章电力系统中储能的应用和价值 3.1 概述 3.2 电力系统介绍及其运行 3.2.1 发电装置 3.2.2 电网 3.2.3 需求 3.2.4 电力系统运行的基础知识 3.3 储能可提供的服务 3.3.1 概述 3.3.2 并入输电网所需的服务 3.3.3 为输电系统运营商提供的潜在附加服务 3.3.4 储能为配电系统运营商提供的潜在服务 3.3.5 为集中式发电业主提供的服务 3.3.6 为可再生能源分散式发电商提供的服务 3.3.7 为用户提供的服务 3.3.8 从市场活动中获取的利益 3.4 储能对处理拥堵事件贡献的示例 3.4.1 电网充电状态的指标 3.4.2 电网演进愿景 3.4.3 布列塔尼拥堵事件的处理 3.5 储能对孤岛电网频率控制提供动态支持的示例 3.5.1 服务背景和潜在利益 3.5.2 什么是欠频甩负荷 3.5.3 动态支持的技术规范 3.5.4 详细研究动态支持所采用的方法 3.5.5 第一阶段:理论方法 3.5.6 第二阶段:动态模拟 3.5.7 第三阶段:实验室执行 3.5.8 经济价值决策 3.5.9 结论 3.6 总结 3.7 参考文献第4章模糊逻辑及其在混合风-柴油机系统动能储存管理中的应用 4.1 概述 4.2 模糊逻辑介绍 4.2.1 模糊推理原理 4.2.2 模糊逻辑与布尔逻辑 4.2.3 模糊管理程序的阶段 4.2.4 模糊推理示例 4.3 孤立网络中风动能储能与柴油发电机的组合 4.3.1 概述 4.3.2 能量管理策略 4.3.3 模糊逻辑管理程序 4.3.4 使用模糊管理程序的模拟结果 4.3.5 简单滤波的模拟结果 4.4 结论 4.5 参考文献第5章配有储能系统的风力发电管理程序构建方法 5.1 概述 5.2 研究的能量系统 5.3 管理程序开发方法 5.4 规范 5.4.1 目标 5.4.2 限制 5.4.3 实施动作 5.5 管理程序结构 5.5.1 输入值 5.5.2 输出值 5.5.3 管理程序开发工具 5.6 各种运行状态的确定:功能图 5.6.1 N1功能图 5.6.2 N1.1功能子图 5.6.3 N1.2功能子图 5.6.4 N1.3功能子图 5.7 隶属函数 5.8 运行图 5.8.1 N1运行图 5.8.2 N1.1运行子图 5.8.3 N1.2运行子图 5.8.4 N1.3运行子图 5.9 模糊规则 5.10 实验验证 5.10.1 管理程序的植入 5.10.2 实验配置 5.10.3 实验结果和分析 5.11 总结 5.12 参考文献第6章混合多源/多储能系统的管理程序设计 6.1 概述 6.2 含风力发电的混合多源系统管理程序的构建方法 6.2.1 系统规格的确定 6.2.2 管理程序架构 6.2.3 功能框图定义 6.2.4 隶属函数的确定 6.2.5 运行图的确定 6.2.6 模糊规则提取 6.3 混合多源系统中不同变量特性的比较 6.3.1 模拟系统的特点 6.3.2 不同混合源变量的模拟 6.3.3 根据不同指标对混合电源的特性进行比较 6.4 结论 6.5 附录 6.5.1 输出值波动范围 6.5.2 模糊规则 6.6 参考文献第7章并网型绝热压缩空气储能的能量管理和经济性提升 7.1 概述 7.2 储能提供的服务 7.2.1 储能规划 7.2.2 频率控制 7.2.3 拥塞管理 7.2.4 易变的可再生能源发电保障 7.3 监管策略 7.3.1 方法 7.3.2 目标、限制和实施动作 7.3.3 管理程序结构 7.3.4 功能图的确定 7.3.5 隶属函数的确定 7.3.6 运行图的确定 7.3.7 模糊规则的提取 7.3.8 指标 7.4 服务的经济价值 7.4.1 购买/销售机制 7.4.2 频率控制计费 7.4.3 额外服务计费 7.5 应用 7.5.1 测试电网 7.5.2 储能用于辅助服务时的贡献收益 7.5.3 模糊管理程序与布尔管理程序的利益对比 7.6 结论 7.7 致谢 7.8 参考文献

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