基于混合储能的风力发电系统功率波动抑制策略研究

随着经济的飞速发展,人们对电能的需求越来越大,风力发电系统也因此逐步参与到电力系统的运行中。由于风力发电系统的功率波动会对输出的电能质量造成影响,因此必须采取有效措施对其进行抑制。本文基于一阶滤波器法提出了功率波动的抑制策略,通过一阶滤波器实现了波动功率的分解,并分别对高频分量和低频分量进行了处理,从而实现了对功率波动的有效抑制。通过实际试验验证表明,本文所提出的控制策略能够有效实现对风力发电系统功率波动的抑制,能够保证风力发电系统的安全、稳定、可靠运行。     

基于混合高温超导材料的高温超导储能系统顺利完成并网动模实验

2011年5月24日,中国电科院电工与新材料研究所（超导电力研究所）历时两年时间自主研发的高温超导储能系统在国家电网仿真中心电力系统动态模拟实验室成功实现了并网功率补偿。实验的成功,标志着中国电科院在高温超导储能系统电力应用技术领域取得了阶段性突破,其成果可为国家电网公司下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统的分析与评估奠定坚实的基础。该高温超导储能系统是我国首个应用第一代铋系和第二代钇钡铜氧混合超导体构造的干焦容量高温超导储能系统,     

基于瞬时功率镜像补偿的斜坡式重力储能系统功率平滑控制策略

针对重力储能系统因离散质量块切换引起的输出功率波动问题,提出了一种基于瞬时功率镜像补偿的功率平滑控制策略。首先介绍了斜坡式重力储能系统的工作原理,分析引起系统功率波动的原因;然后设计了抑制功率波动的系统结构以及功率平滑控制策略,并以11 kW的斜坡式重力储能系统为例,对系统结构参数进行理论计算;最后构建斜坡式重力储能系统仿真模型,分析了系统在质量块交替过程中的暂态波动特性。结果表明,应用所提方法,质量块在交替过程中可提供连续稳定的机械功率,较好地平滑重力储能系统的输出功率,验证了该方法的有效性。     

高温超导磁储能用斩波器仿真及试验

针对高温超导磁体充、放电对超导储能系统斩波单元稳定运行的要求,对超导磁储能电压型功率调节系统进行了研究,采用状态空间平均法建立斩波器充电及放电模式的数学模型,分析斩波器充电、续流及放电的工作原理,并设计斩波器的电流闭环反馈控制方法。基于第2代高温超导线圈,考虑到线圈电感量及其限流保护,应用Matlab软件进行了斩波器充电和放电工作模式仿真,并且搭建了一个超导储能的斩波器试验系统,应用DSP2812处理器实现对超导磁体充、放电控制。磁体电压、磁体电流及直流母线电流仿真与实验波形吻合较好,所应用的斩波器数学模型及其控制方法能实现对超导磁体快速稳定地充、放电和续流。     

储能型功率补偿系统的无功功率与动态有功功率解耦控制

为降低柴油发电机组的暂态电压与频率波动,并优化其工作效率,以同步旋转坐标系下的发电机数学模型为基础获得了其输出电压和转速的阶跃响应表达式,证明只对其进行无功补偿难以解决输出电压及转速的动态跌落问题.在此基础上提出储能型功率补偿系统与柴油发电机组相并联的联合供电方案,由储能型功率补偿系统提供无功功率和负载动态变化过程的有功功率从而提高系统的动态电能质量.提出了包括无功功率和动态有功功率参考值的产生方法、有功和无功电流闭环解耦控制策略的总体控制方案,给出了相应的仿真和实验结果,结果表明,加入储能型功率补偿系统后,柴油发电机组的功率因数接近1,不输出无功功率,带动阶跃负载时,其输出电压有效值动态跌落远小于5％,动态电能质量得到显著提高.     

平抑光伏并网功率波动的混合储能系统优化调度策略

提出了一种光伏(PV)的最大功率跟踪工作点控制和混合储能系统(HESS)协调平抑光伏并网功率波动策略,通过PV和HESS间的密切配合,能有效将PV并网功率波动抑制在电网可接受范围内。采用了多目标非线性约束模型对HESS中电池和超级电容的充放电功率进行优化调度,调度过程中充分考虑了HESS的寿命、偏离校正以及充放电效率;给出了基于滑动平均算法的PV的最大功率跟踪工作点动态控制方法。此外,采用K均值聚类算法构建了3种典型的PV功率波动场景,对所提策略和利用HESS平抑PV功率波动的传统策略进行了对比分析,结果表明:所提策略既能取得良好的平抑PV功率波动效果,还能降低HESS的运行损耗、延长其使用寿命。     

基于电池储能系统的风功率波动平抑策略

为平抑风功率中的分钟级波动,在分析波动概率特性的基础上构建了基于双电池组拓扑结构的风-储混合电站。根据电池技术特性设计了电池储能系统(battery energy storage system,BESS)的在线运行策略,即两组电池分别处于充、放电状态,根据风功率超短期预测结果,交替平抑风功率中的正、负波动分量。一旦任何一组电池到达满充或满放状态,则同时切换两组电池的工作状态。提出基于蒙特卡罗模拟的BESS运行仿真模型,在历史数据的基础上对BESS在典型时段内的运行进行了模拟。基于某风电场实测数据的仿真结果表明,基于双电池组拓扑结构的储能系统可在不显著消耗电池循环寿命的情况下有效平抑风功率中的波动分量。     

基于混合储能系统的风电场调度策略

分析了风电机组出力的波动特性,提出利用储能装置使风电场参与电网调度的方法。按照风场出力频谱特性设置低通滤波器,将风电有功出力分解为高频出力和低频出力;并分别采用快速响应型和大容量型储能装置平抑风电中的高频波动和低频波动,使联合系统出力跟踪上发电计划,从而完成调度任务。针对高频、低频波动的不同处理方式,建立了高频、低频波动联合调度模型和高频、低频波动各自独立调度模型。算例仿真结果验证了所提方法的有效性。所提方法适用于风况稳定的风电场,也可用于评估已投入运行的风电场。     

计及SOC自恢复的混合储能系统功率优化分配策略

直流微电网混合储能系统中的超级电容器和蓄电池在工作期间的荷电状态(SOC)易越限,且两者会相互影响,导致SOC恢复效果减弱。为了解决上述问题,提出一种基于双层模糊控制的混合储能系统功率二次分配策略。在第一层SOC自恢复控制上增加第二层约束控制,对恢复量加以限制,以增强SOC恢复效果。针对低频阶段虚拟电容因其特性减弱SOC恢复效果,高频阶段分频控制与SOC自恢复控制相互耦合影响的问题,对功率的二次分配进行优化,在低频阶段加入恢复补偿环节,在高频阶段将分频控制与SOC自恢复控制解耦并加入解耦补偿环节,使得恢复效果最大化,从而延长储能装置的寿命并加快功率响应速度。在MATLAB/Simulink中搭建相关模型进行仿真分析,结果表明所提控制策略可以增强SOC恢复效果,提高系统运行稳定性。     

基于两级式变流器混合储能系统的应用

为提高诸如光伏、风力等可再生能源发电功率的可控性,避免由于外界环境变化引起的功率波动对电网的负面影响,提出一种基于两级式储能变流器的混合储能系统,采用PQ控制策略平抑可再生能源功率波动的方案。通过低通滤波算法估算混合储能系统的能量补偿,进一步设计控制器,精确控制储能系统的能量流向,达到储能系统与电网之间及时准确的能量交换。以光伏发电为应用背景,在MATLAB/SIMULINK中搭建混合储能系统模型。仿真结果表明:该方法使得光伏发电模块输出功率平缓,起到了平抑效果,可以满足电力系统实时调度的要求。     

应用于超导储能的功率调节系统

讨论了一种适用于超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,简称SMES)的电流型功率调节系统.主电路设计采用了模块化结构,易于扩容;控制电路采用以主控DSP和MCU为核心的两级结构.利用瞬时功率检测方法所得到的有功功率和无功功率进行功率闭环控制.实验结果说明.功率调节系统能够在四象限内快速、独立地控制有功功率和无功功率.单机无穷大系统的三相短路实验表明,超导储能系统能够显著抑制发电机的功率振荡.     

Study on Power Fluctuation Dispatch and Capacity Design of Short Period Power Fluctuation Compensation System in Consideration of Power Loss

Since the output of photovoltaic (PV) generation includes power fluctuations caused by natural conditions, the installation of PV on a large scale is expected to affect load frequency control of the power grid. One method of compensating power fluctuations is the use of energy storage (ES), such as batteries and capacitors. A power fluctuation compensation system composed of an electrical double layer capacitor energy storage system (ESS) and a Li‐ion battery energy storage system is considered. The power loss characteristics of both ESSs during power fluctuation compensation are modeled by equivalent circuits based on ES impedance spectra. The models are validated by experiments simulating power fluctuation compensation. Using these ES models, simulations were carried out to determine the power fluctuation dispatch method between the two ESSs and the capacity of the ESSs in consideration of power loss minimization.     

Improvement of Dynamic Stability in a Multimachine Power System via SMES with Active Power Modulation Controlled by Frequency Deviation

With the recent increase in demand, power systems have become large and complex and generation plants are located far from the load center. As a result, power system instability has become more serious. On the other hand, the active and reactive powers am controlled rapidly and flexibly by the superconducting magnetic energy storage (SMES) system. This paper proposes a practical method to suppress power oscillation in a multimachine power system by using SMES wherein its active power is controlled by the signal derived from a bus frequency deviation. This controlled scheme is conducted easily only by detecting the frequency deviation on the site. The proposed method is examined on a 4-machine miniature power system connecting a I-MJ SMES as well as another digital simulation using the same model. The effectiveness of the proposed method is shown.     

动态无功补偿装置在配电系统中的应用

结合配电系统无功补偿方式的特点,简要介绍了几种目前国内供配电系统常用的动态无功补偿装置的基本原理,总结了各种动态无功补偿装置的性能,并对各种装置进行了分析和比较。结果表明,STATCOM在配电系统中的应用越来越广泛。     

高压电力系统智能无功柔性补偿技术的研究

针对并联电容器作为无功功率补偿装置时所出现的一些问题,笔者在TCSC补偿技术基础上,提出可控并联电容(TCPC)的控制技术,通过降压的方法在低压侧利用电力电子器件对高压系统实行无功柔性补偿。该补偿模块不仅能够消除因电力电子器件而产生的谐波,而且还能有效地解决在高压系统中晶闸管的耐压问题。模块是分相设计的,因而可在一定范围内对三相不对称系统进行补偿。模块吸收连续可调的无功和有级电容共同作用,有效解决现行系统中有级投切振荡、不易控制等问题。有级电容的投入采用循环投切的方式,投入无涌流,可有效地延长补偿电容的使用寿命。系统的无功电流、功率因数等参数的测量及触发脉冲的产生采用CPLD来实现。结果表明,利用CPLD不仅可提高系统运行的稳定性和控制的准确性,而且还节省了硬件资源。由于无级模块是可实现分相调节,从而可实现在一定的范围内对三相不对称负荷的快速无级柔性补偿。     

高温超导电缆交直流伏安特性测试与分析

为了研究高温超导电缆在直流和交流载流情况下伏安特性的变化规律,提出基于第二代YBCO高温超导体的冷绝缘超导电缆交直流伏安特性测试方法,搭建了伏安特性测试实验系统,通过对一根0.2m长,110k V/1.5k A高温超导电缆样缆的交直流伏安特性进行测试,获得了超导电缆在直流、30Hz、100Hz和工频载流下伏安特性变化规律。结果表明,超导电缆的直流伏安特性曲线呈现E-J指数关系,且失超变化清楚,而交流下当超导电缆通流值低于直流临界值时,交流伏安特性曲线变化平缓,之后随通流能力增加后该曲线呈逐渐上升趋势,超导电缆没有出现明确的失超变化点。研究结果对于开展超导电缆运行稳定性研究提供了较大的参考价值。     

计及风、光、水能混合发电系统的建模与研究

提出了一种风光水混合发电系统,该系统包括风力发电、光伏发电、水力发电等子系统。在建立混合发电系统数学模型的基础上,分析了风光水抽水蓄能混合发电、风光互补抽水蓄能发电以及风光水简单混合发电3种运行方案的差异。通过实例仿真,对混合发电系统运行问题进行了探讨。仿真结果表明,风能、光能和水能互补性显著,可再生能源混合发电系统具有较大优势,抽水蓄能可解决电能生产与消费在时间上的不平衡问题。     

飞轮储能系统改善并网风电场稳定性的研究

采用飞轮储能单元作为并网风电场的能量缓冲装置以稳定并网风电场的功率输出。建立了基于等效电路的飞轮储能系统的数学模型,并设计了以风力发电机输出有功功率和无功功率作为控制信号时的控制策略。最后以随机风波动为例,对采用飞轮储能系统的并网风电场进行了仿真研究。结果表明,此方案能实现风电机组输出有功功率和无功功率的综合快速补偿,有效地改善并网风电场的电能质量和稳定性。