应用于平抑风电功率波动的储能系统控制与配置综述

随着电力系统中风力发电渗透率的不断增加,在风力发电机上或者风电场并网点集成储能系统对风电功率波动进行平抑,以减少其对电力系统运行控制的影响成为研究的热点。文中首先对目前已有的应用于平抑风电功率波动的储能系统示范工程进行了介绍,然后对储能系统应用的4个重要问题进行了全面的综述与总结,包括储能类型的选取、储能系统的功率和容量配置、波动平抑控制算法、储能系统能量管理等4个方面,并对目前存在的关键技术问题以及未来的研究方向进行了探讨与分析。     

储能系统在平抑风电功率波动中的应用

作为可再生的清洁能源,风力发电技术发展势头强劲,但又有稳定性差、可靠性差、功率波动大等先天缺陷,对其形成了制约。快速发展的储能技术,尤其是锂离子储能系统,可以有效的平抑风电的功率波动。在实际应用中,配置与风机额定功率相当的钛酸锂系锂离子电池系统,通过一阶滤波算法,最终使得风机的输出功率可以控制在一个理想的范围内。     

风电功率波动的时空分布特性

风电功率的波动特性是其对接入电网安全稳定运行产生影响的根本原因。由于缺乏实测数据,量化评估风电波动的影响程度一直难以解决。我国在建巨型风电基地(1~20 GW)所覆盖的地理空间更广、机组类型及台数更多,对其输出功率波动特性的量化评估是保证接入电网安全稳定运行的基础。基于中国东北某省级电网GW级风电场群实测功率数据,定量分析了风电功率波动在不同时间、空间尺度上的分布特性。分析结果表明,风电功率波动的时空分布具有一定的趋势性,且随着风电场群集聚规模的增大,风电功率的波动特性呈现较为明显的平缓效应。     

基于概率密度拟合的风电功率波动特性研究

本文分别使用了正态分布、t location scale分布和logistic分布对风功率波动的概率密度进行拟合,并且通过t location scale分布分析了风电机组及风电场的概率数值特征。建立了基于欧式空间的波动信息丢失度量模型,分析了功率波动的平稳性和不同时间尺度下风功率波动信息的丢失率。通过数据分析,得出了随着时间尺度的增大,风电功率波动的相对可变性呈现上升的趋势,风电功率波动的时空分布具有一定的趋势性的结论。     

一种抑制风电功率波动的直流侧电压控制方法

本文提出一种风力发电系统中抑制功率波动的控制策略。这种控制策略充分利用直流侧的储能元件,允许直流侧电压在一定范围内波动,从而抑制风力发电系统输出功率的波动,同时它也不影响风力发电系统的最大风能跟踪。仿真和实验都验证了这种控制策略的正确性。     

平抑长短期风电功率波动的风储协调运行方法

提出了一种基于模型预测控制(MPC)和低通滤波(LPF)原理的实时平抑长短期风电功率波动的风储协调运行方法。首先,该方法利用风电场发电功率预测曲线,综合考虑优化时域内实际并网功率的平滑效果、储能荷电状态(SOC)、储能出力以及相关约束,通过每15min的滚动计算来实现对储能系统的优化控制。然后,建立了MPC与LPF两种原理的联系,推导了对常规LPF原理进行补偿的计算公式,使得储能SOC变化能够跟踪MPC设定的优化轨迹。算例分析表明,新方法既能够有效平抑1min和10min的短期风电功率波动,又能在15min~4h的时间尺度上,有效控制储能SOC的变化范围。     

基于附加风功率预测的风电功率波动平滑控制

为改善风电场出力平滑性,提高电网调峰能力,在现有电池储能系统(battery energy storage system,BESS)平滑风电功率波动控制策略的基础上,提出了一种基于附加风功率预测的BESS平滑风电功率波动的并网控制策略。该方法在不改变BESS现有平滑控制策略的基础上,将风电功率超短期预测技术应用于平滑控制,考虑了未来的风电出力波动对BESS的当前充/放电行为的影响,在满足风电场出力波动限制要求的基础上,优化BESS充/放电动作,防止BESS过充/放电,延长BESS的使用寿命。该控制策略包括3部分:现有平滑控制部分、附加风功率预测控制部分和总体修正部分。利用某地实测数据对某风电场与BESS联合系统进行了研究,结果证明了该控制策略的有效性。研究结果对BESS的工程应用具有指导作用。     

基于风电功率min级分量波动特性的风电场储能容量优化计算

储能为抑制风电功率随机波动性对电力系统的不利影响提供了可能。为减小风电功率随机波动分量对电力系统的影响,提出用储能设备平滑风电功率随机波动频繁的min级分量,并通过分析风电功率min级分量的波动特性,建立对应的储能容量优化配置模型。该模型在充分把握风电功率min级分量波动特性的基础上,以概率统计的区间估计理论确定储能系统的容量配置和最大充放电功率。该优化模型可以较小容量的储能设备改善风电功率的平滑输出,有利于减小风电功率随机波动性对电力系统的不利影响。仿真算例表明了该算法的有效性。     

基于风电功率min级分量波动特性的风电场储能容量优化计算

储能为抑制风电功率随机波动性对电力系统的不利影响提供了可能。为减小风电功率随机波动分量对电力系统的影响,提出用储能设备平滑风电功率随机波动频繁的min级分量,并通过分析风电功率min级分量的波动特性,建立对应的储能容量优化配置模型。该模型在充分把握风电功率min级分量波动特性的基础上,以概率统计的区间估计理论确定储能系统的容量配置和最大充放电功率。该优化模型可以较小容量的储能设备改善风电功率的平滑输出,有利于减小风电功率随机波动性对电力系统的不利影响。仿真算例表明了该算法的有效性。     

西北地区风电功率波动特性概率密度及波动统计

为了准确描述西北地区风电功率波动特性的概率密度分布及波动变化,在对西北地区风电功率数据分钟级分量进行分布拟合统计后,得出特殊t(t location-scale)分布可以描述西北地区风电功率波动特性的概率分布.将西北地区风电功率数据划分为幅值差波动和斜率波动,因CLARANS算法常用在大数据聚类划分上,故利用CLARA...     

风电功率在时间和空间尺度的波动分析

风电功率自身的随机性和波动性对电网的运行影响重大。根据我国国内某地区的实测电网数据对基于NASA地球观测数据库的区域风电功率计算分析方法进行验证,并对基于时间和空间的风电功率波动在线评价指标包括风电容量因数和负荷功率的相关系数,负荷峰谷差率,等效负荷峰谷差率,风电场之间年平均功率波动的相关系数进行计算与分析,为调峰能力计算及风电接入能力分析提供科学依据。     

并联储能系统平抑风电功率波动的仿真研究

分析了sTATcoM／BEss的工作原理,建立了STATCOM／BESS的数学模型,设计了基于电流解耦控制策略的控制框图,利用Matlab／simulink仿真证明sTATcoM／BEss平抑风电功率波动的有效性。     

时滞对风储平滑功率效果的影响分析

风储配合是平抑风功率波动的有效途径,时滞给风储系统控制策略的运行效果带来了不利的影响。分析了风储系统各环节的时滞对功率平滑策略产生的影响,并提出了增加系统指令更新周期的解决方法,在Matlab/Simulink平台中对该方法进行仿真,分析了不同的系统指令更新周期对风储系统风功率平抑控制策略运行效果的影响。仿真结果表明,系统指令更新周期为系统平均时延的2倍时,可以保证平抑风功率控制策略的有效实现。将该结论应用于实际风储系统中进行论证,仿真结果和实际风储系统运行情况均表明了该方法的有效性,可以为风储系统平滑功率等相应策略的设计提供参考。     

基于空间相关性的风电功率预测研究综述

由于风电具有很强的随机性和波动性,因此大规模风电并网会对电力系统的运行和稳定性造成很大的影响。如何准确预测区域风电场的功率已经成为当今电力系统亟待解决的研究课题。现有的风电功率预测方法未考虑空间相关因素,预测体系有待进一步完善。基于空间相关性的风电功率预测是一种考虑了本地信息和空间相关信息的综合预测方法。文中给出了基于空间相关性的风电功率预测的定义、概念和基本特点,分别从统计模型、物理模型、空间降尺度过程和空间升尺度过程4个方面详细阐述了基于空间相关性的风电功率预测的实现方法,并对空间相关性在风电功率预测方面应用的最新国内外研究进展作了系统的分析评述。最后,针对该领域尚存在的问题与不足,总结了今后的发展方向和需要进一步探索的研究内容。     

浅析承德电网并网风电电压异常波动

承德地区并网风电场大规模集中开发于电网末端,具有远离负荷中心、网架结构薄弱、送出距离长等特点,致使风电场节点电压波动异常敏感。文章从风电场调整主变分接头、投切电容器、风机低电压脱网、空投变压器4个方面对电压异常波动进行了初步分析。     

基于多重分形理论的风电消纳能力评估方法

风电波动特性是影响电网风电消纳能力的重要原因之一,掌握风电波动特性,并在此基础上建立消纳能力的评估模型对于高比例风电并网研究具有重要意义。本文基于多重分形理论提出了一种风电消纳能力评估新方法。首先,引入多重分形参数描述风电的波动特性,分析了风电波动性与消纳电量间的相关性;然后,采用摇摆窗算法(SDA)对消纳能力评估周期内的风电功率曲线进行波动过程划分,依据波动性参数和风电与负荷间的匹配程度对具有相似特性的波动过程进行聚类分析。基于波动聚类结果,以各类波动过程的奇异性参数为自变量建立了风电消纳能力评估的泛函分析模型,简化了评估模型计算流程;最后,以江西某电网为例,验证了该方法的有效性,并对模型中可调参数对消纳能力的影响进行了定量分析。     

近海风电场接入对地区电网电压的影响和允许接入规模

近海风电场接入本地电源支撑不足的地区配电网时,风电出力波动引起的系统电压波动将是主要制约条件。文中研究近海风电场接入对地区电网电压波动的影响。首先,针对风电场定功率因数和定电压两种无功控制模式,推导了风电功率波动与接入点电压波动的量化关系。在此基础上,基于电压允许波动范围约束,建立了风电接入规模与节点短路容量的函数关系。在PSCAD/EMTDC中搭建近海风电场并网系统模型,对不同系统短路容量下风电场的最大并网容量进行了仿真测试,并与理论推导进行对照。最后通过珠海桂山风电场实际工程的仿真测算验证了模型的有效性。     

关于风电不确定性对电力系统影响的评述

风电的波动和间歇行为都具有强烈的不确定性,其对电力可靠性、电能质量、经济性及社会福利的影响随着渗透率的增加而越发突出。为此,讨论风电波动性、间歇性与随机性的关系;归纳风电不确定性因素的构成、描述,及其对电力系统功角稳定性、频率与电压可接受性、充裕性、电能质量、电力市场及减排等方面的影响;并将其纳入广义阻塞的框架。回顾对其机理的研究现状;讨论发电侧、电网、需求侧及其综合的不确定性分析及协调控制;提出计及风电不确定性的电网三道防线;强调量化和风险观点在上述研究中的重要性。     

储能电池平抑风功率波动策略

为了平抑风功率波动,并优化风电场出力特性,基于双电池组拓扑结构的电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)提出了在短期内平抑风功率波动的新型控制策略。该策略基于即时控制策略,把未来风功率波动对当前储能电池充放电行为的影响纳入考虑范围。双BESS则根据策略需求进行充电或放电,任一电池组电量达到满充或满放,则两组电池的工作状态同时切换。在新型控制策略中通过风电预测并结合滚动优化法实现双BESS动态控制。实践表明该策略在风电出力特性上不仅取得了较好的平抑效果,而且能降低因储能容量不足引起的瞬时大功率波动。在电池特性上,由于采用双BESS,很大程度上降低了电池充放电次数,延长了电池寿命。