储能电源参与电网调频的需求评估方法

基于风电功率波动特征,定量研究了大规模风电并网对电网频率的影响。定义了考察风电并网对电网频率影响的量化指标,构建了电网等效区域模型和储能电源参与一次调频的仿真模型,仿真分析了风电并网环境下,传统机组一次调频和储能电源参与一次调频2种情形下的电网频率波动特征。研究结果表明,利用储能电源的快速吞吐能力辅助电网一次调频,能有效抑制风电功率中、高频波动分量对电网频率的影响,显著减小电网频率波动,大幅度减小风电并网环境下传统机组的二次调频压力和容量需求,从而论证了大规模风电并网条件下,储能电源参与电网调频的技术必要性。     

储能电池参与电网快速调频的自适应控制策略

为充分利用储能对电网调频性能的改善作用,对储能电池参与电网快速调频的控制策略展开了研究。通过分析含储能电池的区域电网幅频特性,得到电网可承受的最大负荷扰动范围;兼顾电网调频控制要求和储能电池容量限制因素,提出一种考虑储能电池荷电状态(SOC)因素的调频自适应控制策略,并给出了储能电池参与调频的时域评价指标;最后以典型区域电网为例对该策略进行仿真验证。结果表明:所提策略能较大幅度提升区域电网所能承受的负荷扰动最大值,即改善电网的抗干扰能力;相较其他控制策略,其在短时扰动(阶跃负荷扰动)工况下,改善频率指标的效果更为显著,而在长时扰动(连续负荷扰动)工况下,其在储能电池SOC指标效果上更有优势。研究结果验证了所提方法的有效性和优势。     

电池储能电源参与AGC的控制方式分析

针对电池储能电源参与自动发电控制采用区域控制需求信号按固定比例分配的缺陷,提出一种基于区域控制偏差信号分配的储能电源控制方式。该方式直接将区域控制偏差按比例分配给储能电源和常规机组,其中储能电源出力可跟踪频率偏差动态调整。通过两种控制方式的仿真比较和储能电源出力比例系数a的灵敏度分析,就调频效果、储能电源荷电状态、机组出力情况、储能电源容量以及储能电源出力对频率的影响等方面进行了分析。仿真结果表明,所提方法在减少频偏和储能容量等方面具有优势,对于储能电源参与自动发电控制的控制策略具有指导意义。     

大规模储能参与电网调频的双层控制策略

风电等可再生能源大规模并网,其间歇性和波动性的出力特性会给电网带来机组调频容量不充足、调频效果不理想等调频问题。为此,文中提出一种大规模储能参与电网调频的双层控制策略。首先,基于复频域分析提出区域调节需求信号分配模式和区域控制误差信号分配模式的切换时机判据。然后,全面考虑不同调频电源的技术特征,提出大规模电池储能和火电机组协调响应系统自动发电控制指令的双层控制策略,在上层基于电源调频成本函数实现多约束条件下的功率经济分配,在下层基于模型预测控制实现频率分布式优化控制。最后,通过仿真验证了文中所提策略的经济性和有效性。     

飞轮储能辅助燃煤机组调频动态过程仿真研究

近年来,可再生能源的快速发展对电网稳定性带来挑战,对常规燃煤机组的调频能力提出了更高的要求。但由于大容量燃煤机组热惯性较大,过快的调频速度会严重损害燃煤机组运行的安全性和经济性,而采用飞轮储能辅助燃煤机组调频能很好的解决上述问题。基于燃煤机组在发电过程中的工作特性,构建锅炉系统、汽轮机系统的数学模型;同时根据永磁同步电机的工作原理,对飞轮储能充放电过程控制策略进行研究,并在区域电网中模拟飞轮储能系统和常规火电机组共同参与二次调频互补协调运行的过程。在MATLAB/simulink中构建仿真模型对所提出的控制策略进行验证并得到仿真结果:耦合飞轮储能系统能减少系统频率变化量约1/2,同时减少输出功率波动和锅炉主蒸汽压力波动。结果表明,利用飞轮储能系统辅助燃煤机组调频,不仅能极大地提高调频质量,同时降低汽轮机输出功率波动和锅炉主蒸汽压力波动,延长机组寿命。     

液化空气储能系统参与电网调频的动态特性研究

为深入研究液化空气储能系统参与电网调频的动态特性,基于液化空气储能系统的数学模型,建立了12.5 MW液化空气储能机组膨胀系统的仿真模型,并结合无穷大电网模型,模拟了储能系统在空载冲转、并网以及电网调频工况下的参数变化,分析了液化空气储能系统作为新的辅佐新能源电网调频技术的可行性及其动态特性。仿真结果表明:空载冲转过程中,膨胀机转子转速标幺值最大为1.013,超速比为1.3%;并网发电过程中,实际转速标幺值和实际电功率标幺值在765 s时稳定至1;电网调频过程中,实际功率标幺值在 10 s内稳定至0.990,且在调频过程中实际电功率标幺值最高为1.032。本研究为了解液化空气储能系统参与电网调频的动态特性提供了数据参考。     

储能系统参与电网调频控制技术研究

正尽管电力系统不断进步,但电网二次调频依然面临挑战。针对此问题,构建了储能系统参与电网调频的控制系统。该控制系统包含常规机组一、二次调频的协调控制方法、储能系统与常规调频电源的协调控制方法以及储能系统参与电网二次调频协调控制方法。对协调控制方法进行了仿真验证,通过建立满足控制策略的目标函数,实现了区域控     

考虑源–荷功率随机波动特性的双馈风力发电机一次频率平滑调节方法

常规超速减载控制下的双馈感应风力发电机组虽然可参与系统一次调频,但存在发电效益低、转速调节范围小等问题。为提高系统频率品质,增强电网稳定性,该文综合考虑源–荷功率随机波动对系统频率产生的影响,提出双馈感应风电机组一次频率平滑调节控制策略。根据风电场一次大风气象周期的风电功率波动历史数据,研究单台风电机组在不同时间尺度下风电功率波动对系统频率产生的影响,确定了最佳时间尺度下一次频率平滑调节所需储能装置的容量,并对其进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证表明,所提控制策略的一次频率调节能力相较于常规一次调频控制具有明显提高,为双馈感应风力发电机的升级改造提供了新思路和新应用。     

考虑储能电池参与二次调频的综合控制策略

随着储能辅助常规机组参与调频在电力系统中得到规模化的应用,如何制定合理的储能出力控制策略来实现储能和常规机组互补协调运行是储能调频应用中的关键问题。文中基于实时状态感知与综合研判,利用Logistic回归函数,构建储能自适应调频和自恢复储能荷电状态(SOC)两种工况的控制规律;将区域控制偏差信号划分成不同的状态区间以定量描述电网二次调频备用容量状态,得到电网调频需求和运行状态限制,兼顾储能调频能力及SOC自恢复需求,确定储能在不同区间上的出力目标和动作深度,实现储能和常规机组参与二次调频互补协调运行。在MATLAB/Simulink中构建储能参与二次调频两种典型场景,对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,所提控制策略在改善调频效果和储能SOC维持效果以及提高常规机组利用率等方面具有优势。     

考虑储能参与快速调频动作时机与深度的容量配置方法

提出一种考虑储能参与快速调频动作时机与深度的容量配置方法。首先依据复频域灵敏度原理分析了含储能的区域电网的频率特性,基于此提出一种针对储能的综合控制模式,它包含了虚拟惯性控制和虚拟下垂控制模式。然后,基于时域灵敏度原理和调频评估指标,理论推导了储能在参与快速调频时的时域频率响应特性,分析了确定其合理动作时机应当满足的条件,结合此条件给出了相关动作时机及其应当采取的控制模式;同时,结合调频评估指标要求确定了动作深度,并给出了所必需的动作深度与额定功率之间的关系,进而形成了储能容量配置方法并给出了相应的流程。最后,以某典型电网的参考事故为初始条件进行了仿真验证,结果表明所提方法能以较小的储能配置容量实现调频评估指标要求。     

基于飞轮储能的火电机组一次调频研究

随着新能源在电网中的占比逐步提高,电网频率的稳定性受到了严重挑战,对电网中火电机组的调频能力提出了更高的要求。然而传统火电机组对功率的调节响应慢,难以满足一次调频的快速需求,且频繁的扰动也会对火电机组造成严重磨损,降低机组运行的安全性和经济性。飞轮储能技术凭借其快速响应功率变化的优势为解决火电机组调频问题提供了新的思路。基于MATLAB建立了飞轮储能辅助火电机组参与一次调频的两区域电网仿真模型。仿真结果表明,飞轮储能辅助火电机组参与调频能极大提高机组的调频质量,最大暂态偏差减小了29.5%,常规火电机组出力波动也明显减小,波动范围缩小了34.2%。机组出力波动小有利于机组原状态的恢复,延长机组寿命,提高电厂经济性。     

基于混合储能的风电场一次调频控制

基于机组侧的混合储能装置,提出了风电机组参与电力系统一次调频的方法。针对DFIG风电机组,研究了网侧换流器的附加功率控制方法,并设计了混合储能系统的控制器,可实现混合储能系统对风功率波动的平衡及提供一次调频的功率。针对电网频率变化进行了仿真分析,验证了该控制方法的有效性。     

考虑超短期负荷预测的储能电池参与电网一次调频控制策略

考虑电力系统调频效果和储能容量,提出一种储能参与电网一次调频的出力策略。通过超短期负荷预测曲线得到调频需求,提出了基于双层模糊控制的动态荷电状态(SOC)基准储能容量恢复策略,并给出了储能电池参与一次调频的效果评价指标与储能SOC健康度评价指标。最后,以典型区域电网为例,对所提策略在2种典型工况下进行仿真分析并与常规控制策略比较。结果表明,所提策略能够有效改善调频效果和储能SOC健康状态。     

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

基于经验模式分解的风电场多时间尺度复合储能控制策略

储能装置在平滑风电功率波动、提升电能质量等方面具有重要的作用。目前常见的蓄电池、超级电容复合储能系统受制于成本因素而普遍容量较小,难以破解风电并网瓶颈。为此提出了一种由压缩空气、蓄电池与超级电容组成的多元复合储能系统,利用压缩空气储能容量大、成本低的优势,对风电功率"削峰填谷",有效提高电网消纳风电的能力。针对多元复合储能系统中多种储能装置的协调控制这一难题,在分析风能波动幅频特性基础上,提出了一种基于经验模式分解原理的多时间尺度复合储能功率协调控制策略,将风电场输出功率分解为多个不同波动时间尺度的子分量,根据各储能装置响应特性和储能成本重构子分量,生成对应目标功率,实现能量在不同储能装置间的优化分配。仿真算例验证了所提复合储能结构和控制策略的有效性。     

风储联合发电系统参与频率响应的模型预测控制策略

储能电池的柔性控制作用使其在参与电网调频方面具有优势,将风电和储能相结合,构成风储联合发电系统参与电网调频,具有协同增效的优势。为此,基于模型预测控制方法,提出风储联合调频策略。该策略在考虑风电场和储能各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域最优控制问题协调了两者之间的出力分配,并使用滚动时域估计方法来实时估计电网的有功功率不平衡量,从而可根据更准确的系统状态信息来计算最优控制量。最后对提出的策略进行了仿真分析,结果表明该策略能够提高电网的调频性能。     

储能系统在区域电网一次调频中的应用研究

储能系统具有响应迅速、跟踪精确的特点,将其应用于区域电网的一次调频时,可以有效改善区域电网暂态频率特性。为了实现储能系统与区域电网中常规机组一次调频的配合,基于区域电网的一次调频理论模型,分析了常规机组独立参与一次调频时及与储能系统配合参与一次调频时的各自特性及相互配合的问题。基于此,提出了常规机组作为一次调频主体,储能系统承担功率缓冲的配合原则;并提出了包含改进下垂控制、调频退出控制及能量管理控制的完整的储能系统参与一次调频的控制策略。最后,搭建了相应的仿真模型,验证了控制策略的正确性。     

电力市场环境下考虑风电调度和调频极限的储能优化控制

风电功率间歇性不仅使风电场难以精确响应调度计划,还导致电网频率波动加剧.为提高风电可调度性和电网频率安全,该文以日前调度为例构建日前调度计划和电网调频极限的形成方法,在此基础上提出利用储能辅助风电场跟踪日前调度计划并参与调频的策略;然后在电力市场环境下以风储电站利润最大为目标建立风储运行模型,该模型考虑由所提策略形成的风储电站联合出力约束和频率安全约束,用来计算储能辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频的最优出力;最后基于实测数据对该策略进行仿真分析,结果表明所提策略可以提高风电场跟踪日前调度计划能力和电网频率安全性,同时还具有良好的经济效益.     

考虑功率变化速率的储能辅助单机调频控制策略

风电具有显著的波动性和不确定性,大规模风电并网给电力系统的频率调节带来了严峻的挑战。储能具有灵活爬坡特性和双向调节能力,可有效辅助常规机组参与频率调节,提高参与自动发电控制(AGC)的机组响应能力,从而提高高风电功率波动系统的频率稳定性。以机组功率调节速率能否弥补系统功率波动为判断依据,以储能的有功功率变化速率和有功功率基点作为控制变量,提出一种考虑功率变化速率的储能辅助单台火电AGC机组参与电力系统频率调节的协调控制策略,自适应决策储能的动作时机和动作速率。基于PSCAD/ETMDC平台的仿真结果表明,所提策略以储能更少的动作频度和动作深度,达到了更优的调频效果,可有效减少储能功率/能量容量配置,具有良好的经济性,为储能的多场景应用奠定了基础。     

考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法

规模间歇电源并网引起的电网频率问题,导致对引入储能辅助调频的研究越发迫切。提出一种考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法。阐述了储能电池功率和容量设计的通用方法;通过分析储能电池在调频运行过程中的成本和效益,基于全寿命周期理论,运用净现值法结合仿真模型构建储能电池参与一次调频的技术经济模型;设计了一种储能电池参与一次调频的充放电策略,在此基础上,考虑受风电出力波动影响的电网综合负荷,从与之对应的电网频率信号波动特性出发,在确定的电网调频及储能电池运行要求约束下,得出调频效果最优、经济性最优以及两者综合最优目标下的储能电池容量配置方案。仿真结果表明了该方法的合理性及有效性。本研究有助于推动储能电池在辅助调频服务上的示范与工程化应用。