基于经验模态分解的平滑可再生能源功率波动的储能容量优化

随着可再生能源并网渗透率的提高,可再生能源并网的功率波动对电网产生诸多不利影响。储能系统(energy storage system,ESS)可有效克服可再生能源发电系统的功率波动性问题。为了平滑可再生能源的功率波动并确定储能容量,应用经验模态分解(EMD)的方法:对可再生能源输出功率样本进行EMD分解,得到一系列固有模态函数(IMF)。基于分解结果,考虑ESS充放电效率、荷电状态(state of charge,SOC)以及可再生能源系统输出功率的波动率约束,确定所需最小的ESS容量。以某地区风电场实际功率数据为例,算例结果表明,采用该方法能有效平抑风电功率波动,所用的储能容量较小,且能保证系统稳定运行。     

考虑爬坡功率有限平抑的高渗透率光伏电网储能配置策略

随着光伏发电渗透率的提高,电网需有较大调频备用容量应对光伏功率的随机大幅波动。储能系统(ESS)的快速充放电能力能够对光伏发电出力的大幅波动进行快速平抑,以减小电网调频所需备用容量。但目前储能成本相对较高,无法完全依赖储能来应对光伏功率的大幅度爬坡。为此,文中首先提出了利用有限容量的储能实现光伏爬坡功率有限平抑的控制策略,对光伏出力大幅度波动进行有效平抑。然后,考虑电网调频容量需求与储能配置容量的相互制约关系,建立了ESS投入后调频成本计算的数学模型,并以等效收益最大为优化目标实现ESS能量容量和功率容量的优化配置。最后,利用遗传算法对优化模型进行求解,并通过某高渗透率光伏电网验证了该方法的有效性。     

平滑新能源输出波动的储能优化配置方法

风力、光伏等新能源发电输出功率具有波动性,为减小功率波动对电网的影响,提出平抑功率波动的储能优化配置方法。将频谱分析和低通滤波相结合,根据新能源输出功率频谱分析结果,结合并网功率波动率约束、储能充放电效率及荷电状态(state of charge,SOC),在频率波动范围内确定最佳的一阶低通滤波器的截止频率,得到经滤波和修正的并网联络线功率及储能充放电补偿功率,从而确定满足平滑出力运行控制需求的最优储能额定功率、容量和初始SOC。采用南京地区某屋顶光伏实测数据及波动要求,对该方法进行验证,结果表明采用此方法能以较小储能容量将光伏输出功率波动从27.3%降低到1.62%,且在整个周期内储能不会过充过放。     

一种平抑光伏系统输出波动的储能容量优化方法

为了平抑含光伏系统的输出功率波动,提出了一种基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的储能容量优化方法。该方法针对光伏发电特性和储能充放电时间响应特性,利用DFT对光电输出功率偏差进行频谱分析,在不同的时间范围内,采取不同的控制机制,调用相应不同类型的控制容量以补偿功率偏差。基于频谱分析结果,结合储能系统的经济性,确定储能系统最优容量。计算结果表明,所提方法能够以较小的储能容量将光伏发电预测均方根误差RMSE由2.2994%~10.0832%降低至0,大幅减小了光伏系统对电网的冲击和系统备用容量需求,提高了电网对光伏发电的接纳能力。     

双馈型风力发电系统MPPT控制方法研究

为了最大限度地利用风能,针对双馈变速恒频风力发电系统,分析了风力机特性及最大风能捕获原理。在基于电网电压定向的矢量控制的基础上,提出了一种新的无需检测风即可实现最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法。该控制方法以发电系统输出功率最大为目标,能够实时追踪最大功率点(MPP)且不依赖风力机最佳功率特性曲线,实现了发电机输出有功和无功功率的解耦控制,并构建了风力发电模拟平台进行实验验证,结果证明了该控制方法的正确性与有效性。     

平滑微电网联络线功率波动的储能系统容量优化方法

为了抑制高可再生能源渗透率并网微电网联络线功率波动对电网的不利影响,提出了用于控制微电网联络线功率输出的储能系统容量优化确定方法。在已知微电网可再生能源功率输出、负荷、可控电源额定功率及联络线功率控制目标的前提下,基于微电网平滑联络线功率所需可控功率输出的频谱分析结果,可优化选取满足联络线功率控制目标、微电网内部设备输出功率限制、储能系统效率及荷电状态运行约束的储能系统功率及容量。算例验证了所提方法的有效性。     

基于分段平滑风电输出功率波动的储能系统容量配置方法

风电功率具有波动性,为减少并网功率波动对电网安全的影响,提出分段平滑风电输出功率波动的储能系统容量配置方法。考虑并网功率波动率约束、储能充放电效率及荷电状态约束,确定满足并网波动要求的储能系统额定功率及额定容量。采用福建某50 MW风电场实际数据仿真分析,结果表明该方法可以更好地确定储能系统额定功率与额定容量的配置。     

一种并网BIPV的储能容量优化DFT方法

光电与建筑一体化(BIPV)将成为新能源和建筑节能的有效途径,对此提出了一种BIPV储能容量优化的频谱分析方法。在并网运行方式下,基于微电网平滑功率波动所需可控功率的频谱分析结果,确定用于补偿功率偏差的控制容量需求以及辅助设备和系统机组提供控制容量的能力。计算结果表明,所提方法配置的储能容量相对较小,且能够恰好地满足微电网联络线功率控制目标,并有效平抑BIPV系统发电输出和负荷用电功率波动。     

大型并网型风光互补发电系统的协调控制

针对大型并网型风光互补发电系统中,系统最大输出功率大于给定功率时,风力发电子系统和光伏发电子系统功率如何协调的问题,提出了一种功率协调控制方法。在该方法中,采用分级递阶控制结构,上级决策单元为功率协调控制器,下级决策单元为两个子系统。根据系统并网效益和输出功率平滑性构建目标函数,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对风力发电子系统和光伏发电子系统的输出功率进行多目标优化,协调控制子系统的发电功率。仿真结果验证了该功率协调控制方法的有效性。     

风光储输系统最优容量配比研究

风能和太阳能均为可再生清洁能源,由于其不确定性,接入电网会造成一定的波动,但风能和太阳能有天然的互补性,再与蓄电池储能相结合,可使其功率输出平稳,减少波动。以弃风损失、弃光损失最小为目标对风力发电、光伏发电和蓄电池储能三方面进行容量最优配置的研究。首先针对风速数据和太阳辐射量数据,确立了风速模型以及光伏阵列倾斜面上太阳辐射量的计算,利用风力机功率输出特性和光伏阵列输出特性,得到风力发电量和光伏发电量与风速和倾斜面上太阳辐射量的关系式,最终建立一个含不确定参数的优化模型。以某地区的风速数据和太阳辐射量数据为例,根据优化模型,在该地区建立风光储输系统并对系统各部分的容量进行最优化配置。     

基于钒电池储能系统的风电场并网功率平抑控制

为平抑风电场输出功率波动,选择在风电场并网母线位置配置钒电池储能系统。采用双向AC/DC变流器作为钒电池储能系统的功率调节器并推导出其在d-q坐标系下的暂态数学模型。针对此数学模型强耦合、非线性等不利于控制器设计的特点,采用状态反馈精确线性化方法,将其转化为线性形式,再采用变结构原理中的变指数趋近律方法设计系统的闭环控制器。仿真结果表明,当风速快速变化时,钒电池储能系统能够通过快速充放电平抑风电场输出波动;而且与PI控制相比,变结构控制可使系统的动态性能更好。此外,钒电池储能系统具有有功和无功功率可以独立调节的特点,可实现风电功率的解耦控制。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

考虑最佳期望输出与荷电状态的风电场储能容量优化方法

风电场储能配置成本与功率波动平抑效果相互制衡,而储能容量的最优化则是解决上述问题的重要方式。为此,首先以并网功率目标值偏移量方差最小为优化目标,计算最佳期望输出,消除功率波动平抑输出目标值设定的主观性,并作为储能容量最优化的理论前提。其次,引入储能荷电状态(SOC)参量,基于模糊控制理论,根据SOC和充放电状态适时调整充放电功率,构建储能系统充放电策略,有效抑制过度充放。最后,由SOC关联的惩罚成本与运行成本之和最小建立优化模型,实现兼顾调度决策需求、储能系统运行寿命和经济性的储能容量最优化。利用改进的粒子群优化算法对相关优化问题进行求解。通过山东某风电场实际运行数据进行验证,对比分析结果表明了该方法的有效性。     

基于非对称Copula函数的风电场黑启动储能优化配置

在高比例风电接入的区域电网中,为加快停电后的恢复速度,可以采用风电场配置储能系统作为黑启动电源。针对启动发电机组过程中风电出力平滑问题,提出一种基于非对称Copula函数的储能优化配置方法,以投资成本最小为目标,使风电场具备黑启动电源的能力。将储能的功率配置和容量配置看作2个随机变量,根据样本数据分析两者之间的相关特性,基于非对称Copula函数建立二元联合概率分布进行准确描述。利用核密度估计得到2个边缘概率分布,通过极大似然估计和拟合度测试确定最佳Copula函数。仿真结果表明,所提非对称Copula函数拟合准确度更高,得到的储能配置成本更低。     

Frequency control of a wind-diesel system based on hybrid energy storage

Owing to the significant number of hybrid generation systems (HGSs) containing various energy sources, coordination between these sources plays a vital role in preserving frequency stability. In this paper, an adaptive coordination control strategy for renewable energy sources (RESs), an aqua electrolyzer (AE) for hydrogen production, and a fuel cell (FC)-based energy storage system (ESS) is proposed to enhance the frequency stability of an HGS. In the proposed system, the excess energy from RESs is used to power electrolysis via an AE for hydrogen energy storage in FCs. The proposed method is based on a proportional-integral (PI) controller, which is optimally designed using a grey wolf optimization (GWO) algorithm to estimate the surplus energy from RESs (i.e., a proportion of total power generation of RESs: Kn). The studied HGS contains various types of generation systems including a diesel generator, wind turbines, photovoltaic (PV) systems, AE with FCs, and ESSs (e.g., battery and flywheel). The proposed method varies Kn with varying frequency deviation values to obtain the best benefits from RESs, while damping the frequency fluctuations. The proposed method is validated by considering different loading conditions and comparing with other existing studies that consider Kn as a constant value. The simulation results demonstrate that the proposed method, which changes Kn value and subsequently stores the power extracted from the RESs in hydrogen energy storage according to frequency deviation changes, performs better than those that use constant Kn. The statistical analysis for frequency deviation of HGS with the proposed method has the best values and achieves large improvements for minimum, maximum, difference between maximum and minimum, mean, and standard deviation compared to the existing method.     

风储联合发电系统电池荷电状态和功率偏差控制策略

提出了一种新型的基于风电功率预测偏差和电池荷电状态(SOC)反馈的储能系统控制策略,通过预测结果计算风电功率的变化偏差,得出完全补偿波动所需的储能系统充放电功率,引入补偿系数联合求解获得储能系统的充放电控制指令。同时,建立了补偿系数的动态优化模型,包括长时间尺度下基于输出功率波动和电池容量变化指标的基准补偿系数寻优模型,短时间尺度下基于电池SOC指标和充放电状态的补偿系数快速修正模型。算法采用的最优求解和SOC指标具有广泛的适应性,便于推广不同容量储能系统在风电功率平滑中的应用,可以兼顾储能电池的寿命和输出功率的平滑性。算例结合风电场的功率实测数据,进行储能系统配置仿真,验证了该控制策略能够最大程度发挥储能系统能力,在维持电池能量稳定前提下,平抑风电场输出功率的波动。     

基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制

随着风力发电并网容量的增加,风电场功率波动对电网的影响越来越大.为提高风电场并网运行的稳定性,在其出口处增加新型环保钒氧化还原液流电池(VRB)储能系统,以有效调节并网功率.根据VRB的等效数学模型,分析了VRB荷电状态与端电压之间的变化特点,采用一级双向DC/AC变换器作为VRB储能系统的功率调节器,设计了相应的充放电控制与能量管理策略,并对具有VRB储能单元的风电场并网系统进行了建模和仿真.仿真结果表明,在风速波动的情况下,采用VRB储能系统能够快速、有效地平滑风电场输出的有功功率波动,并可为电网提供一定的无功支持,有效地改善了风电场的并网运行性能.     

平抑风电波动的混合储能容量配置及控制策略

为了平滑风电场输出功率,降低风电波动对电网造成的冲击,利用能量型储能元件电解槽与功率型储能元件超级电容相结合形成的混合储能系统对风电波动进行平抑。首先对大量时间片段内的储能出力进行概率统计分析,通过并网功率波动率在风电波动限值范围内的概率变化评估风电波动平抑效果,将给定置信水平的输出功率作为混合储能额定功率。在此基础上,通过考虑经济性的自适应滑动窗口算法将混合储能功率分解,进而确定超级电容的额定容量以及电解槽的额定功率,实现了兼顾经济性和波动平抑效果的容量配置。其次,依据超级电容的荷电状态、电解槽额定功率、储能系统总体功率指令制定混合储能系统的运行控制策略。最后结合风电场实际运行数据,仿真验证了所提方法可以实现功率分配、保证储能各元件正常运行,同时有效降低了风电输出功率的波动。