基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略

通常双馈风电机组运行在最大功率点跟踪模式下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,亦无备用有功功率支撑电网频率控制,风电渗透率的提升使得系统的等效时间常数降低,并且系统频率调节压力增大,从而弃风现象严重。传统超速减载控制通过保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制起动频繁等问题。为此提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路,同时综合考虑储能装置容量优化配置问题,设计出一套最高放电效率下成本最低的超级电容储能装置。相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,通过经济性评估可知,具有较强的经济优势,仿真分析可得到在源荷随机波动场景下,其发电效益接近于最大功率跟踪模式,明显高于超速减载控制模式,同时还具有明显优于传统超速减载控制的一次频率调节能力,且无需进行桨距角调节。有利于延长变桨系统的寿命,提高其运行的安全性和可靠性。     

高渗透率风电-储能孤立电网控制策略

在一些偏远或海岛地区,考虑到环境保护和燃料成本因素,需要利用可再生能源发电和储能系统形成孤立电网进行独立供电。针对高渗透率大规模风电接入的孤立电网,提出一种风电–储能系统孤立电网控制策略。该控制策略包含上层的广域功率平衡控制和下层的储能设备V/f控制,广域功率平衡控制根据超短期风电功率和负荷预测值以控制代价最小化为目标,确定下一控制周期内风电机组和负荷的最优投切量,并使电网功率波动位于储能设备功率和容量可调范围内;储能设备V/f控制实时检测电网电压和频率偏差生成有功和无功电流指令控制储能系统进行功率补偿。以广东汕头南澳岛为实例进行了具体说明,最后利用Matlab/Simulink软件对所提策略在孤立电网中控制的有效性进行了验证。     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.     

基于飞轮储能的并网风电功率综合调控策略

为了使储能系统在抑制风电功率波动的同时能够响应电网频率的变化,提出一种基于飞轮储能(FESS)的风电功率综合调控策略。在分析同步发电机电网频率响应过程的基础上,设计了飞轮储能的功率控制器结构,并对其参数进行配置。在MATLAB/Simulink环境下进行了数字仿真研究,结果表明,所提出的控制策略能够使风电出力具有类似于同步发电机的惯量响应特性,同时使飞轮储能可以在功率控制和频率控制2种工作模式下灵活切换,从而有效改善风电功率的并网特性。     

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析

为了准确研究影响并网风电机组功率波动因素及规律,提出了不同运行工况以及不同风力机模型和参数对异步风电机组有功功率的振荡频率研究.首先,采用等效集中质量法,结合异步发电机电磁暂态模型,建立了不同风力机传动链等效的异步风电机组数学模型.其次,在风速扰动下,对不同传动链模型、传动链刚度系数以及不同风速扰动频率时机组有功功率振荡的频率进行仿真分析.最后,在电网三相短路故障情况下,针对等效两个质量决传动链模型,对不同传动链刚度系数和故障持续时间的机组有功功率振荡频率进行仿真.研究结果表明相同振荡频率下的有功功率幅值与风力机模型、传动链刚度系数以及故障持续时间密切相关.     

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。     

基于电池特性的风电场综合储能优化配置

为应对高风电渗透率，对其所在区域的电网稳定性提出了更高要求。储能作为应对高风电渗透率的关键因素，其配置与系统最终稳定性密切相关。为解决单纯依靠增加单一储能配置来提升电网稳定性将会造成投资成本高等问题，兼顾储能的可靠性与经济性，基于不同类型电池特性提出了一套储能配置方案：将锂电池功率调节性强与液流电池容量储存度大的优势相结合，依据通过实际需求所设立的技术指标，结合储能平均使用成本最小化的目标函数，利用免疫算法进行求解，得到所提储能功率与容量的综合配置方案。最后利用山东某风场数据进行实例分析，评估所提方案下的储能配置对于风场出力的改善情况，验证此方案的经济性与可靠性。     

含飞轮储能单元的永磁直驱风电机组频率调节研究

在分析风力发电接入对电力系统频率特性影响的基础上,提出利用飞轮储能单元进行辅助频率调节的控制策略。该控制策略通过对飞轮储能单元输出功率的灵活控制增大系统等效惯量和阻尼,进而改善风电接入电力系统的频率特性。通过对含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统在全工况下的仿真对比研究表明,在实现最大风能跟踪控制的前提下,所提控制策略下的系统频率特性可得到有效改善,有助于提高风电接入电网的频率稳定性。     

基于模糊比例?微分控制的永磁直驱风电机组频率调节

在分析系统不同等效惯量和阻尼对电网频率影响的基础上,提出了基于模糊比例-微分(proportional differential,PD)控制的含飞轮储能单元的永磁直驱风电机组频率调节控制策略,以动态调节电网等效惯量和阻尼。建立了系统小信号稳定性模型,以确定模糊PD控制器的输出论域,并通过相应仿真验证了理论分析的正确性。通过对1台含飞轮储能单元的2MW永磁直驱风电系统进行仿真研究表明,所提控制策略能辅助电网频率调节,减小电网受扰动后的频率波动,有助于增强电网的频率稳定性。     

基于状态观测器的风电机组单机储能系统虚拟惯量控制

随着风电在电力系统中的渗透率越来越高,特别是大规模风电场或风电集群集中接入电网,风电出力的波动性对电力系统的调度和频率稳定等诸多方面带来了不可忽视的影响。针对变速恒频风电机组通过变频器并网、机组功率与系统频率完全解耦、不具备惯量响应特性的问题,就风电机组单机储能系统基于扩张状态观测器提出一种利用储能补偿风电机组惯量的控制策略。该控制策略采用扩张状态观测器估计系统频率的变化率,将未知测量噪声和外部扰动作用作为扩张状态进行估计可较好地解决频率变化率测量中的噪声对控制效果干扰的问题。同时还可以通过变参数控制实现风储联合系统虚拟惯量的动态调节。以1.5MW直驱风电机组配备350kW储能为对象的仿真结果表明该策略能够在不影响风电机组最大功率追踪的情况下,有效补偿风电机组虚拟惯量,使风储联合系统输出功率迅速响应系统的频率变化,较比例微分(PD)虚拟惯量控制能更好地抑制电网频率波动,提高风电机组对电网的频率支撑能力。     

储能协助风电机组参与电网调频控制策略研究

风机通过电力电子设备连接至电网,当转子动能与系统频率解耦,无法为电网频率变化提供惯性支撑,随着系统中风电比例的增加,系统频率稳定受到严峻挑战。文中提出一种变系数综合惯性控制方法,风机能够根据频率的扰动灵活调节输出功率;在此基础上,提出结合桨距角备用控制协同调频方法,通过对风速的分段处理,使风电机组参与电网调频具有针对性;为进一步优化风电机组调频性能,风电并网系统增加了储能装置,通过对风储系统惯性进行详细分析,提出了一种风储系统联合调频控制策略,采用模糊控制策略对中高风速区间风储出力分配制定相应的规则,实时调节储能出力系数。最后对风储调频策略进行仿真验证,结果表明,所提方法能有效改善风电机组调频效果,保证高比例风电并网的频率稳定。     

协调大规模风电汇聚外送的储能配置优化规划

可再生能源富集中心与负荷中心分布上的不均衡,以及风电出力的反调峰特性,导致网络潮流对可再生能源高渗透率地区的大规模风电汇聚外送的约束日益凸显。结合风电汇集区及外送通道的布局特征,计及配置储能前后外送电通道利用率提升的影响,以储能系统配置净收益最大化为目标,建立协调大规模风电汇聚外送的电网侧储能优化配置混合整数线性规划模型,优化决策电网侧储能的选址定容及运行策略。算例分析表明,协调风电汇集区和外送通道空间分布优化规划电网侧储能,可提升外送通道的利用率,促进可再生能源消纳。     

基于多尺度形态学滤波的火电机组一次调频控制方法

高比例新能源并网给电力系统的频率稳定带来了严峻的挑战.相比风光储等并网新能源,火电机组惯量更大,一次调频可挖掘潜力更大.根据机组惯性作用、一次调频、二次调频的不同响应时间尺度,基于多尺度形态学滤波方法对火电机组一次调频负反馈通道的频率信号进行快速分解,通过对各频段信号设置合理的调差系数,实现分频段调频控制,并有效提高机...     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

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。     

含大规模风电与储能元件的电力系统调频技术研究综述*

随着风能的大规模开发与利用,未来电网的风电渗透率将逐渐增高,但是过高的风电渗透率会对系统的安全稳定运行造成一定的影响,尤其反映在频率方面。文章结合国内外的研究现状,分析了大规模风电接入对系统频率产生的影响,并从风电机组自身的调频控制技术(虚拟惯量控制、转子超速控制、桨距角控制)及目前新兴的储能技术两个方面介绍高风电渗透率系统下所采用的调频方法。分析了各种调频方法的原理,并对每种控制策略的优缺点及适用范围进行总结。最后对风电参与系统调频的未来研究方向以及储能技术在电力系统中的应用前景进行了展望。     

考虑频率响应过程的风储联合调频策略及储能系统优化配置方法

风能接入电网后会对系统频率产生负面影响,制定合理的风储联合调频策略可以减小风机并网引起的频率波动.为了准确分析风储联合调频策略的经济性,首先结合电网、风机与储能系统特性,考虑电网与风机的惯性后对风储联合系统进行建模,模拟了风储联合调频时的频率响应过程.然后确定调频功率、风功率及系统频率的关系,结合调频效果确定调频系数,并改进了备用容量的配置策略与调频功率的分配策略.最后以调频成本最小为目标建立了优化模型,使用粒子群优化算法对储能系统的最优配置进行求解.算例结果表明,采用的风储联合调频策略及储能系统优化配置可以有效降低调频成本,提高风储联合系统的经济性.     

风电参与电力系统调频综述

目前风电并网运行渗透率逐步增大,利用风电参与电网频率调整,增强系统运行的稳定性已经成为国内外研究的热点问题。综述了风电参与系统频率调整的控制策略研究进展,对比研究了虚拟惯性控制、下垂控制、转子转速控制、桨距角控制、附加储能系统等不同控制策略,明确了各种控制策略的原理、优缺点以及适用范围。分析了风电场内不同风机之间的协调控制算法以及风机与其他常规机组之间的协调配合控制。阐述了智能算法、虚拟同步发电机技术给风电调频带来的新思路以及电压源型高压直流输电技术的应用给风电调频带来的挑战。最后,展望了未来研究的重点内容:源荷双侧的高度不确定性对风电调频的影响;风电调频算法参数整定的依据;风电参与系统调频容量的评估方法。     

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。