提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

面向风电平抑的混合储能系统容量配置方法

采用基于风电并网波动标准的自适应小波包分解方法处理风电功率,利用混合储能系统平抑风电并网后的波动分量。将混合储能系统内部功率指令划分与系统容量配置相结合,以储能系统年综合成本最小为目标,建立基于电池寿命量化模型的混合储能容量优化模型,进而通过穷举对比不同功率指令分界点所对应的系统成本确定最优分界点。以某风电场典型日出力数据为例,对最优分界点及其对应的储能配置进行优化分析,仿真结果验证所提方法的技术合理性和经济实用性。     

基于DIgSILENT的风电储能系统建模与仿真

针对风电功率的随机波动性,采用储能系统改善风电机组的并网运行特性。文章分析了蓄电池储能系统的基本原理及其控制策略,并基于电磁/机电暂态混合仿真程序DIg SILENT/Power Factory搭建了对应的储能系统模型,将其配置在双馈型风电场出口母线的公共连接点处。分别在风速随机波动以及电网侧发生故障的工况下,研究所建储能系统的动态响应特性,结果表明,储能系统可以减小风电输出功率的波动对电网的影响,并能提高风电场并网的稳定性。     

Inhibition of wind power fluctuations of battery energy storage system adaptive control strategy design

为了增加电池储能系统针对大规模风电并网对电网系统的友好性,降低风电功率波动对电网的不利影响,本文提出以电池荷电状态和风电功率为反馈量,改变平抑时间常数和电池储能系统充放电目标功率为目标的平抑风电功率波动的自适应控制策略。经仿真验证,上述策略能有效避免电池的荷电状态大幅波动,延长电池使用寿命,从而减小电池储能系统的安装容量,最大限度地发挥电池储能系统的作用。     

抑制风电功率波动的电池储能系统自适应控制策略设计

为了增加电池储能系统针对大规模风电并网对电网系统的友好性,降低风电功率波动对电网的不利影响,本文提出以电池荷电状态和风电功率为反馈量,改变平抑时间常数和电池储能系统充放电目标功率为目标的平抑风电功率波动的自适应控制策略。经仿真验证,上述策略能有效避免电池的荷电状态大幅波动,延长电池使用寿命,从而减小电池储能系统的安装容量,最大限度地发挥电池储能系统的作用。     

基于超级电容储能的风电并网功率调节控制系统

风能是一种随机变化的能源,风速变化会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质量产生影响,使用储能装置可以改善风电质量。通过在风电场并网的交流侧母线上并联超级电容储能单元,能实现对风电场功率的调节,减小功率的波动。文章设计了风电场并网及储能系统各部分的控制策略,在Matlab/Simulink仿真环境下创建了系统的仿真模型,验证了控制策略的正确性。仿真系统最终实现了电机侧变流器最大风能跟踪、电网侧变流器单位功率因数并网和超级电容储能单元对风电场并网功率的调节。     

平抑风电功率波动的飞轮储能系统容量配置方法北大核心CSCD

为使风电场有功功率变化满足国家标准中有功功率变化限制的推荐值范围,采用飞轮储能系统平抑风电场有功功率输出。基于低通滤波方法,由飞轮储能系统响应风电场有功功率输出的高频成分,降低并网功率波动对电网一次调频的影响。通过建立不同截止频率和不同飞轮储能系统功率容量下的双层寻优模型,得到满足飞轮储能系统约束条件、风电并网有功功率变化要求和经济性指标的最优化飞轮储能系统容量。建立飞轮储能系统模型,仿真验证飞轮储能系统能够较好地响应功率指令,有效平抑风电功率波动。     

基于变系数ES的混合储能平抑风电波动控制策略

构建基于荷电状态及功率约束的超级电容和氢储能充放电模型,提出基于变系数(variable coefficient)指数平滑算法(exponential smoothing,ES)的混合储能平抑风电波动控制策略。首先确定电网充许风功率波动范围的准目标波动量,提出基于准目标波动量的变平滑系数计算方法;其次依据变平滑系数ES计算平抑波动的混合储能功率期望值,引入修正系数计算混合储能功率分配系数,获得混合储能功率最优分配值;再次采用功率波动越限幅值总和、波动越限概率2个指标评估控制策略的平抑波动的效果。算例仿真结果表明,所提控制策略能确保混合储能荷电状态工作在合理区间,实现混合储能功率最优分配,验证所提控制策略的有效性。     

光伏电站复合储能电压波动抑制双层优化控制方法

大规模光伏电站的不断接入为电力系统的安全稳定运行带来了巨大挑战。为解决光伏电站出力不确定性所造成的功率波动问题,提高光伏电站在并网点处电压的稳定性,文章采用由蓄电池与超级电容组成的复合储能一体化控制方法,提高光伏并网点电压稳定水平。首先研究由光伏电源、复合储能构成的典型复合储能系统拓扑结构下储能双层优化控制策略;其次,在不同储能介质的荷电状态与充放电特性模型基础上,研究基于不同光伏并网点电压波动场景的多储能介质组合电压波动抑制优化控制模型及其求解算法;最后,以并网光伏电站数据为基础,建立光伏复合储能电压波动优化控制仿真模型。仿真结果及其分析表明,文章所提出的基于复合储能的并网点电压波动抑制模型能够有效提升并网点电压稳定性能。     

针对风电波动抑制的电池储能SOC鲁棒优化模型

针对风电系统输出功率波动问题,研究了基于风电波动异常数据判断及波动幅度情景划分的,能够有效抑制风电波动的电池储能系统SOC鲁棒优化模型。研究电网调度需求、风电功率预测及风电波动数据特性,建立了风电波动异常数据鲁棒判别模型,为风电波动场景划分提供数据支持;研究不同风电波动幅度场景电池储能系统SOC适应性指标,建立了在不同风险容许度下的SOC鲁棒优化模型;研究基于风电波动数据及其对应的电池储能系统SOC历史数据的SOC鲁棒优化模型求解方法,建立了基于χ2散度函数的SOC鲁棒优化算法;根据风电出力波动及电池储能系统特性,建立了基于特定区域电网的电力系统仿真模型,并根据风电波动特性对电池储能系统SOC优化结果进行仿真分析。仿真结果表明,文章针对风电波动抑制建立的电池储能SOC鲁棒优化模型,对风电波动幅度具有明显的抑制效果,提升了电网运行稳定性。     

考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略

针对风电强不确定性导致的电力系统频率不稳定问题,提出了考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略,以风电功率预测数据为基础,利用风储系统对电力系统提供频率支撑,保证电力系统频率稳定。该策略包含补偿和调频两个步骤,首先提出基于储能系统的风电预测误差补偿策略,并将风电预测误差补偿至10%以内,同时为风电场预留20%的调频容量。其次,考虑系统调频经济性,提出基于模型预测控制的风储系统参与电力系统频率控制策略,采用风电备用和储能系统进行调频。最后,将上述策略作为约束条件,采用多目标哈里斯鹰算法求解满足上述双目标的储能容量用以验证策略的有效性。仿真结果表明：本文所提调频策略能够在保障调频可靠性的基础上,降低电网频率波动,满足风电系统和电网的高效、安全运行。     

Power smoothing control for wind farms using flywheel based energy storage

在风电场增设飞轮储能装置可以有效地平抑风电场的功率波动,提高电网的风电接纳能力。本文采用在风电场出口母线处接入飞轮储能装置,通过分析风电系统和飞轮储能装置的特性,提出了一种基于瞬时功率理论的有功功率平滑控制策略。在传统低通滤波器的基础上,增加高通滤波器,对网侧有功功率的快速扰动成分进行处理,最终通过低通、高通滤波器来获得飞轮装置的补偿功率,达到对网侧有功功率波动进行抑制的目的。最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,文中的控制策略可以较好地实现电网侧有功功率的平滑控制,减小有功功率波动。     

Economic evaluation for wind power generation–hybrid energy storage system based on game theory

The installation of energy storage system to smooth the fluctuations of wind power output connected to the grid can effectively improve the electric quality and increase economic benefits of wind‐generated electricity. Aiming at the overall profit maximization of wind power generation and storage system (WPGSS), taking the smoothing effect of active power output, the cost of hybrid energy storage system, and the earnings of wind power connected to the grid into consideration, this paper brings forward a game theory‐based coordination and optimization control methodology for WPGSS adopting two low‐pass filters to smooth the fluctuation of wind power output. The smoothing control to the active power of wind power and the power distribution of the hybrid energy storage system is respectively achieved by regulating the time constants of the two filters. With the combinations of wind power–batteries and wind power–super‐capacitors as game's participants and the maximization of the WPGSS's overall profit as game's goal constraint conditions, game theory is introduced to realize the coordination and optimization between the time constants of the two filters. For comparative analysis, the model's optimal solution is respectively worked out by genetic algorithm and particle swarm optimization. The simulation results verify the effectiveness of the proposed method and provide a theoretical basis for the economic evaluation of the WPGSS. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于指数平滑与CEEMDAN的混合储能控制策略研究

随着风电并入电网渗透率的提高,其出力波动性会危及电力系统的安全稳定运行,混合储能装置的使用能很好地平抑风电并网的波动,改善电网的运行能力。为符合国家并网的标准,文章提出了混合储能控制策略。首先,运用指数平滑法滤除风电出力的高频分量得到并网功率;其次,采用自适应噪声的完整集合经验模态分解,将风电波动功率按频率高低依次划分为不同的固有模态分量,计算相邻固有模态分量的互信息来分离高频和低频分量,并分别由电池和超级电容承担低频、高频分量;为了消除荷电状态越限的问题,采用自适应调整分界点实现储能内部协调优化运行。算例结果表明,文章所提出的控制策略具有一定的适用性,能确保储能装置运行在安全荷电状态,延长其运行寿命。     

基于复合控制的风光储系统配置状态研究

针对新能源系统中风、光能源输出功率的不稳定性和强随机性特点,提出一种以储能系统存电量比和功率平滑参数为目标的复合控制算法,该算法通过对系统进行充电、放电或离网运行等操作,可将波动幅度控制在设定值之内。在单、双储能两种配置状态下,采用该复合控制算法分别进行仿真试验,对比其功率平滑效果、经济效益及其他综合指标。结果表明,单储能状态下系统具有更好的运行效果。     

多场景下光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略

光伏发电的间歇性和随机性是制约其大规模发展的主要因素,由此文章提出一种适用于多场景的光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略。首先,针对光伏电站多个典型出力场景,并结合并网限制要求,对光伏原始功率信号进行变分模态分解,求得并网目标功率和储能需求功率,并利用阈值补偿方法缩短计算时长;然后,通过协调互补的双单元储能系统对储能需求功率进行消纳,使得各储能单元能够在标准充、放循环深度内独立承担任务;最后,在Matlab平台上对所提信号分析算法的平抑效果,以及光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略的普适性进行仿真验证。仿真结果表明,在多个典型场景下,所测得的并网目标功率均满足并网限制要求,所选的分析算法可有效平抑光伏出力的波动,该协同控制策略能够保证双单元储能系统的长期稳定运行,大幅度提高了光伏并网的可靠性。     

Review on combined wind power generation and energy storage systems

储能系统由于能够实现电能的时空平移,具有响应速度快,规模化等优点,是改善风电波动性,提高其并网能力的有效手段,构建风储联合发电系统成为目前研究重点.简单介绍了风电并网对电力系统的影响及不同类型电池储能技术的发展现状,给出了部分国内外风储联合发电系统的示范工程,并分析了平滑风电功率波动,跟踪计划出力曲线和削峰填谷3种主要运行方式,重点阐述了目前风储联合发电系统控制策略和储能容量配置研究现状,对进一步开展风储联合发电系统的研究进行了展望,指出经济性仍然是制约储能技术应用的关键问题之一,提高包含储能单元的风储联合发电系统的经济性是今后的研究重点.     

基于SOC的混合储能风电功率平抑方法

近年来风电等可再生能源的装机容量越来越大,鉴于风电的输出功率随机性特别强且波动性十分大,在混合储能风电平抑系统的基础上引进滞环控制,提出了一种基于超级电容端电压的能量管理方法。该方法通过在低通滤波算法中引进滞环控制,可将风电功率的波动幅度严格控制在滞环宽度之内;同时根据监控超级电容端电压判断电池的荷电状态(SOC),防止超级电容频繁过度地充电和放电,有利于延长储能装置的工作寿命,最后通过仿真试验,验证了该方法的有效性。     

基于时频分析的改进小波包风电功率波动平抑方法

针对传统小波包风电波动平抑方法存在的过度平抑问题,提出一种基于时频分析的改进小波包平抑方法。首先,找出功率最大变化范围超过波动标准的时刻对集合,利用小波包对风电功率进行小波分解得到各频段分量;然后,从高频到低频依次对各频段分量在时刻对集合上进行局部削峰填谷,直到风电功率满足波动标准,从而得到平抑后的风电并网功率和储能功率指令;最后,对波动平抑效果进行评价。算例仿真表明该方法在满足风电波动标准的基础上,减小了储能功率指令的累积功率和充放电切换次数,有利于降低储能配置成本、延长储能寿命。