基于分布式控制原理的 电池储能系统二次调频控制

在电力系统由同步电机单一供电向同步电机、新能源发电机联合供电的发展过程中,利用分布式电池储能(BESS)参与电网二次调频成为提高区域电网调频能力的重要手段,也是现阶段二次调频控制策略的主要研究方向之一。该文基于分布式控制原理,提出一种考虑分布式BESS参与的二次调频控制策略。该策略能够精确控制BESS调频出力并保证其运行的可持续性。同时,分布式控制策略使调度中心在面对多个分布式BESS时,能够确保二次调频控制的响应速度,在工程实践方面具有可行性。最后,利用Matlab对区域电网调频动态模型仿真的结果表明,该控制策略能够充分利用BESS和传统机组的调频特征,确定各自的动作时机和动作深度,提高区域电网调频效果。     

电池储能参与电网一次调频的优化综合控制策略

为研究电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)参与电网一次调频的高效性控制策略.本文在对电力系统调频需求进行分析与储能电池荷电状态(State Of Charge,SOC)考虑的基础上,提出一种兼顾电网调频需求与储能电池SOC状态的一次调频综合控制策略,给出不同荷电状态下的控制策略下垂系数自适应优化与均衡调节控制方法,实现了储能电池参与一次调频的自适应调整与状态均衡,并基于含储能电池的区域电网调频仿真模型,分别在阶跃扰动与连续扰动下对所提控制方法进行仿真分析.结果表明,所研究控制策略在电力系统频率调节与电池SOC保持方面均具有较佳的效果.     

基于寿命模型的混合储能参与二次调频的经济性研究

针对储能电池在参与电网二次调频过程中的寿命损耗问题,提出一种计及电池寿命的混合储能参与调频的控制策略。在含有磷酸铁锂电池和铅炭电池的混合储能系统中,考虑放电深度、循环使用次数等因素,建立电池寿命模型;在功率分配环节,利用一阶低通滤波器对区域控制需求信号进行高低频的划分;综合考虑混合储能损耗、调频需求及评价指标等约束,以滤波时间常数为优化变量,进而建立以经济效益最大为目标的混合储能系统调频模型。利用Matlab/Simulink对含有混合储能的区域电网二次调频模型进行仿真验证,结果表明该模型不仅能有效改善调频性能,而且对降低电池损耗及后期更换成本具有重要意义。     

考虑荷电状态约束的储能参与电网一次调频综合控制策略

电池储能具有响应速度快、控制精度高、容量配置灵活的优点,近年来在电网调频中得到广泛关注。但传统控制方式易造成电池过充或过放,给电网运行及电池使用带来负面影响。针对该问题,提出一种考虑荷电状态 (state of charge,SOC)约束的储能参与电网一次调频综合控制策略。首先,构建储能电池参与电网一次调频的自动发电控制(automatic generation control, AGC)模型,提出根据电池SOC约束进行储能容量配置的方案。其次,通过对储能虚拟惯性控制及虚拟下垂控制的特征分析,根据电网频率偏差动态变化进行分配比例系数的设计,实现2种方式参与度的平滑改变。再次,以适应于电池SOC状态的参数自适应调节为目标,进行储能充放电控制系数的调整,以改善调频性能及电池SOC的变化特征。最后,通过多种方法的仿真对比,验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

计及SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略

考虑电池储能系统自身容量限制下提升一次频率响应的自适应性,提出一种计及荷电状态(SOC)的电池储能系统一次调频综合控制策略.建立电池储能系统一次调频动态模型,对比分析了虚拟惯性与虚拟下垂控制对电网频率偏差的调节特性.设计考虑SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略,并引入一种由综合考虑频率偏差及其变化率的输入系数与计及电池储能系统SOC的反馈系数相结合的自适应因子,输入系数由模糊逻辑控制器自适应调节,反馈系数通过回归函数自适应调节.最后搭建仿真模型进行阶跃和连续负荷扰动工况下不同控制策略对比分析,仿真结果验证了所提控制策略能自适应控制电池储能系统出力,有效提升一次调频效果.     

面向电网二次调频需求的“PXP”储能集群分布式均衡控制策略

电力储能是维持新能源高渗透形势下电网频率稳定的有效手段,分散布置、统一调度是其参与系统二次调频的主要控制模式。针对现有控制策略分配二次调频需求合理性不足的问题,该文提出面向二次调频需求的PXP储能集群分布式均衡控制策略,其中PXP储能表示一类将电能(power)转化为其他形式能(X)再转回电能(power)的储能形式。该策略通过构建考虑储能实时容量的调频耗量函数,利用分布式算法,以调频耗量最小化为目标,实现对系统调频需求的最优分配。仿真结果表明,该策略能够打破功率型和能量型储能的界限,实现集群容量的均衡控制。同时,分布式算法使控制策略的运算速度显著提升,满足储能即插即用的要求。综上所述,该文所述策略通过对PXP储能集群在二次调频中的高效利用,提高了电网频率的稳定性。     

基于模糊控制和SOC自恢复储能参与二次调频控制策略

通过对储能电池基于区域控制偏差ACE信号和区域控制需求ARR信号参与系统AGC控制的优缺点进行分析,提出了一种综合控制方式,并定义了切换的时机和深度。即在系统频率恶化,且|△f|较大时,基于模糊控制理论根据SOC状态来平滑储能电池的出力深度;在系统状态良好,且|△f|较小时,为充分利用传统机组二次调频的剩余调频容量,对储能进行SOC自恢复。并根据定义的评价指标,利用Matlab/Simulink对储能协同传统机组参与电网二次调频,选取典型连续扰动与传统策略进行了对比仿真。结果表明,所提出的控制策略兼顾减少最大频偏和稳态频偏的优点;相较于基于ARR的控制方式对储能电池的容量和功率需求更小,相较于基于ACE的控制方式其调频效果更优且对常规机组的利用率更高;提升了储能电池参与二次调频的调频能力。     

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。     

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。     

考虑SOC的电池储能系统一次调频策略研究

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)以其控制精度高、响应速度快等优势被广泛应用于电网中。为充分发挥BESS参与电网一次调频的优势,提出一种基于荷电状态(State Of Charge,?SOC)与频率偏差的综合控制方法。首先,为了改善电池循环寿命,设计基于荷电状态SOC的下垂系数与虚拟惯性系数。引入基于频率偏差的加权系数将下垂出力与虚拟惯性出力相结合,在频率偏差较小时增加虚拟惯性出力权重以稳定频率,在频率偏差较大时增加下垂出力权重以快速调节频率偏差,并在频率偏差超过一定限度后进行故障穿越时的频率支撑,而当电网状态变好且SOC较低或较高时进行SOC恢复。其次,提出BESS参与电网一次调频的评价指标以定量评估所提策略的调频效果及SOC维持效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建BESS仿真模型,并在阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、瞬时性短路故障及光伏间歇性出力扰动工况下仿真验证所提策略的调频效果及SOC维持效果。仿真结果表明,所提策略能实现较好的调频效果并将SOC维持在合理区间内。研究成果为BESS成套设备生产厂家合理设计控制保护参数提供参考,对提升BESS涉网性能具有实际意义。     

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。     

基于灵敏度分析的储能电池参与二次调频控制策略

针对储能电池参与电网二次调频,基于灵敏度分析,提出了一种综合区域控制误差(ACE)信号分配模式和传统的区域控制需求(ARR)信号分配模式优点的控制策略。首先,针对ACE和ARR信号分配模式,在复频域中利用灵敏度原理分析含储能电池参与二次调频的区域电网频率特性,据此提出确定储能电池动作时机及调节模式的方法;计及时域中储能电池的能量限制和传统电源的爬坡速率限制,依据动态调频容量指标,提出确定储能电池动作深度的方法;最后形成考虑动作时机与深度的储能电池控制策略,并给出相应的实现流程。结合实际电网的阶跃扰动工况进行仿真证明,结果表明该策略不仅能较大程度地改善电网调频以及储能电池运行的性能,而且充分利用各调频电源的技术优势。     

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。     

平抑电网大功率扰动的规模化电池储能系统控制方法

为了满足电网调控需求，提出了规模化电池储能系统平抑电网故障下大功率扰动的优化控制方法。基于电网频率、电压与有功、无功功率的平衡关系，首先建立了考虑电池荷电状态约束的规模化电池储能系统有功、无功功率控制模型，该控制模型包含测量滤波环节、增益环节、死区环节、控制环节等完整环节，在此基础上推导出适用于电网调控的规模化电池储能系统调频、调压控制模型。针对不同容量电池储能系统和电网的调控需求，应用改进的响应曲线法对模型中的控制参数进行优化，从而提高控制系统的灵活性和适应性。最后，应用PSASP软件验证了规模化电池储能系统平抑电网故障下大功率扰动的优化控制方法的有效性。结果表明：当电网大功率扰动引起电网频率、电压异常时，提出的规模化电池储能系统有功、无功控制方法可将系统频率控制在49.8~50.2 Hz，将母线电压控制在UN±10%UN，满足系统频率电压要求。     

澳大利亚100 MW储能运行分析及对中国的启示

2017年12月1日,100 MW/129 MW·h特斯拉(Tesla)锂电池储能电站在澳大利亚南澳州投运,并于2017年12月14日和2018年1月18日维多利亚州的Loy Yang发电站机组跳闸事故中跨区参与电网调频。首先,分析了Tesla储能电池投入澳大利亚电网运行的物理和经济原因,介绍了电池的结构及控制策略,Tesla储能投运后的运行状况;然后,从制定中国储能参与电网运行技术标准和评价体系、发挥储能部分替代火电机组一次调频的能力、借鉴国外快速调频辅助服务模式、探索储能自盈利商业模式等角度深入探讨了Tesla储能运行对中国储能及储—网技术的启示和借鉴。     

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高，增加了电网频率控制的复杂度，储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题，但受储能运行的安全性与经济性约束，需要调频措施更具针对性。本文对此展开研究，提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先，在储能辅助电网调频模型基础上，选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法，通过电网频率变化率(rate of change of frequency，RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析，设计基于频率响应特性的调频需求分区规则；然后，根据不同调频需求对应的分区判断，对储能有功输出方式进行动态调整，以响应调频需求的不确定性；在此基础上，针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系，通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡。最后，仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上，有效降低储能充放电深度。     

AGC协调优化策略

随着建设新能源为主体型电网目标的提出,协调新能源主要形式之一的光伏发电系统配合传统水、火电同步机组参与电网频率调节是保证电网稳定运行的必要措施。针对包含光伏以及水火机组系统的二次调频过程,综合考虑系统中火电成本及污染,水电振动区等各类型机组在AGC环节中的特点,通过基于第三代非支配排序遗传算法（NSGA-III）的多目标进化算法对各类型机组出力进行协调优化。最后,在DIgSILENT软件中,搭建了包含光伏并网系统以及调频环节的IEEE 39节点仿真系统,通过与传统比例分配策略的对比验证了所提优化策略的优越性。