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。     

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。     

基于储能电池的光伏功率波动平抑策略

为了平抑光伏发电功率波动,并优化光伏出力特性,在运用小波包分解光伏波动频率特性的基础上,提出了基于2组电池组拓扑结构的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)在线运行策略和双BESS的最优容量确定方法。模型中2组BESS工作状态分别为充电和放电状态,当某一电池组电能状态达到满充或满放时,则2组电池同时切换当前的工作状态。基于光伏发电厂实测数据,对所提方案进行了验证,结果表明,所提方案不仅在光伏出力特性上取得了较好的平抑效果,而且在电池特性上,由于采用双BESS,很大程度上降低了BESS充放电次数,提高了储能系统利用效率。     

兼顾补偿预测误差和平抑波动的光伏混合储能协调控制策略

为了提升光伏输出功率预测精度和平抑功率波动,提出一种兼顾补偿预测误差和平抑波动的光伏混合储能协调控制策略。首先,利用概率统计分布对预测误差和功率波动进行分析,确立补偿预测误差和平抑波动目标域,基于预测允许误差上下限值确定补偿预测误差目标域的充/放电参考功率,以一阶低通滤波平滑曲线确定平抑波动目标域的充/放电参考功率。然后,基于频谱分析将目标域外的功率分解为高频和低频分量,实现功率分配目的,并基于目标域将混合储能电池分为4组,根据充/放电参考功率进行充/放电池组状态切换,实现对不同工况补偿预测误差的初级控制和平抑波动的次级控制,完成混合储能充/放电优先级控制。最后,以中国新疆某光伏电站为例进行算例分析,结果表明了所提策略的有效性。     

基于改进移动回归滤波的储能实时平抑功率波动

为提高储能系统平抑风功率波动的经济性,提出了一种基于改进移动回归滤波的电池集成储能双层控制策略。上层控制中,基于改进的移动回归滤波风功率平滑策略,引入权重机制来减小控制过程中的相位滞后,并推导出基于加权回归的风功率平滑模型,使并网功率与风功率相位接近,以减少储能额定功率需求和运行负担,通过移动数据窗实现实时控制;下层控制中,将电池储能系统划分为充放电特性不同的两部分独立跟踪功率,以减小频繁充放电对电池寿命的影响,并根据荷电状态（state of charge,SOC)反馈信号判断其是否达到充/放电限值,而后切换2组储能充放电模式转换,并构建基于雨流计数法的寿命评估模型评估电池储能实际运行寿命。通过实际风电池数据对所提策略的进行验证,结果表明：所提方法可有效减少并网功率相位滞后,降低电池储能系统额定功率需求和运行负担,相较单电池储能控制,电池寿命提升了数倍。     

多级钒电池储能系统的功率优化分配及控制策略

为了更好利用储能系统平抑大容量风电场功率波动,提出采用多级全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)储能的功率优化分配控制策略。首先,在建立VRB等效电路基础上,采用交直流变换器级联多重双向直流变换器作为VRB储能系统接口,分别建立了以稳定直流母线电压为目标的DC/AC变换器矢量控制策略,以电池荷电状态为约束的VRB充放电切换的DC/DC变换器双闭环控制策略。其次,以每级电池组的荷电状态值作为吞吐功率的优选目标,以外部端电压作为电池安全充放电的约束条件,提出多级VRB组的功率优化分配策略。最后,以不同荷电状态(stateof charge,SOC)值下的2级VRB储能系统为例,对其在风速波动情况下的风电功率平抑效果以及各个储能单元充放电运行性能进行仿真,并与功率平均分配策略进行对比。结果表明,所提出的多级VRB储能系统功率优化分配和控制策略能很好的平滑风电功率波动,又能减少单台VRB组的充放电次数,并确保电池工作于安全运行区域。     

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据对所提功率控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。     

基于模糊经验模态分解的电池储能系统平滑风电出力控制策略

为减少风电波动率,提高并网可靠性,提出一种基于模糊经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的储能系统平滑风电功率波动的控制策略。采用经验模态分解对风电功率进行滤波,低频分量并网,高频分量并入电池储能系统(battery energy storage system,BESS)。使用平滑后风电波动率和储能电池荷电状态(state of charge,SOC)作为约束条件,利用模糊控制算法,自适应在线调整EMD滤波阶数,通过模糊自适应控制器,能够更好地平滑风电波动。对比其他平抑风电功率储能控制策略,仿真实例表明,该方法可以有效地平抑风电功率波动,避免储能电池过充过放,稳定储能荷电状态。     

电池储能平抑风电功率波动的预测控制方法

风电波动性和随机性严重影响电力系统安全稳定性。为了平抑风功率波动,提出了一种基于模型预测控制(MPC)原理的平抑风电功率波动的电池储能控制方法。该方法利用风电场超短期功率预测信息,以并网风电功率的波动范围、电池储能荷电状态(SOC)、储能出力大小等为约束,通过滚动优化实现对储能的优化控制。算例表明,该方法既能有效平抑风电功率波动,又能超前控制储能SOC值,维持储能的平滑能力,避免储能过充过放。     

平抑风电功率波动的电池储能系统模糊控制方法

在应用储能系统平抑风电场功率波动的过程中,为有效增强功率波动平抑的效果,同时延长储能系统的工作寿命,提出了基于模糊控制的储能系统控制方法。该方法根据风电机组输出功率的变化值和储能系统的电池荷电状态,采用模糊控制方法,实时调节低通滤波器的滤波时间常数,在尽可能平抑风电机组功率波动的同时,有效地保证电池荷电状态维持在限定范围内,避免电池过度充电或过度放电。在SIMULINK环境下进行了采用和不采用模糊控制的仿真对比,结果表明采用模糊控制的储能系统控制方法可以有效降低风机输出功率的变化率,同时也能降低储能电池荷电状态的变化率。     

基于模糊神经网络风电混合储能系统优化控制

采用风电储能系统来平抑风电波动功率在当今是一个有效的措施,然而储能系统控制策略的好坏直接影响风电系统的技术性能和经济性能。根据超级电容器和蓄电池在功能上的互补性,将其应用在基于双馈电机的风电场中,风电场采用分布整流集中逆变拓扑控制结构,并对其设计模糊神经PID控制器,采用模糊神经网络算法对混合储能系统PID控制参数进行在线优化。基于Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并进行仿真分析,验证了混合储能系统能够提高储能装置的使用寿命。根据储能系统补偿功率和其荷电状态的波动范围,以及对风电波动功率的平滑程度,验证了该控制系统的有效性。     

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。     

考虑储能荷电状态平抑风电功率的抛物线规则变滤波时间常数方法

利用电池储能系统平滑风电功率波动提高风力发电并网的可靠性,考虑储能系统荷电状态的调节问题,提出一种抛物线规则变滤波时间常数的电池储能系统平滑风电功率控制策略。通过抛物线规则变滤波时间常数算法获得风储系统有功功率并网目标值,经过变化率限制、荷电状态功率修正、功率限幅等环节获得电池储能系统实际出力,下达给储能变流器进行对电池的充放电动作,平滑风电功率,保证SOC维持在安全范围。通过MATLAB仿真验证该策略的可行性和有效性。。     

A Robust H∞ Controller Based Gain-scheduled Approach for the Power Smoothing of Wind Turbine Generator with a Battery Energy Storage System

Output power fluctuation of the wind turbine generator is a serious issue for power systems. The battery energy storage system is installed to the power system to solve this problem. However, the large battery energy storage system can increase the capital cost of the wind turbine generator system. Hence, the capacity of the battery should be reduced as much as possible. This article presents an H_∞ based control method for the output power smoothing method of the wind turbine generator by using a battery energy storage system. The output power fluctuation of the wind turbine generator is considered in the frequency domain. Low-frequency fluctuations are smoothed by pitch angle control of the wind turbine generator, while high-frequency variations are smoothed by charge or discharge of the battery energy storage system, respectively. The battery energy storage system’s capacity and mechanical stress of wind turbine blades can be reduced by the proposed method. In addition, the gain-scheduled control theory is applied to the pitch angle control system of the wind turbine generator. Therefore, the robust control performance for high non-linearities of the wind turbine generator model can be achieved. The effectiveness of the proposed method is validated by numerical simulations.     

基于频谱分析和滑动平均滤波的混合储能容量配置方案

以风电为典型的可再生能源由于其随机性和间歇性的特点,其入网功率波动大,为减小并网时对电网造成的冲击,文中研究一种混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)来平滑风电出力波动,使入网波动符合并网规范。基于傅里叶变换对风电原始数据进行频谱分析并得到符合风电接入电网规范的理想目标输出,将两种功率的差值做为混合储能系统的补偿功率,再由滑动平均滤波方法分配混合储能中蓄电池和超级电容器的功率补偿量,考虑并网波动、充放电效率和荷电状态来确定蓄电池和超级电容器的额定功率和容量,在计及蓄电池损耗的基础上,考虑储能折旧和维护因素,计算混合储能系统的配置成本。最后算例表明混合型储能比单一型储能配置成本更低,更具有经济性,验证了该方法的可行性。     

基于快速储能的风电潮流优化控制系统

风电功率的间歇与波动致使电场容量可信度低、可调度性差;同时易引起局部电网的电压不稳、频率波动,影响了系统的电能质量及稳定性。针对此现象,将超级电容器与蓄电池组成快速储能装置,用于风电的潮流优化控制。采用三重双向直流变换电路控制储能元件间的功率流动;采用四象限交直流变换电路控制储能与电网间的能量交换。提出基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配方法,可显著减少蓄电池的充放次数;提出基于储能元件荷电状态的储能能量调整规则,可避免储能元件的过充和频繁深度放电,以优化其功率调节能力。实验结果表明,系统可实现2种储能元件的优势互补,能有效平滑调节风电注入电网的有功功率,并实时补偿控制风电接入点的无功功率。     

平抑风电功率波动的新型储能系统控制策略

风电功率波动率是并网考核的重要内容之一,并网功率波动率过高将影响电力系统正常运行,基于传统混合储能系统,提出了一种“一组超级电容器+三组蓄电池”组成的新型混合储能系统。其中,超级电容器用于平抑高频功率波动,两组蓄电池作为充放组用于交替平抑低频正、负功率波动,另外一组蓄电池作为补充组,当充放组蓄电池达到满充、满放时接替其工作。在计及蓄电池寿命损耗的基础上,建立了储能系统成本模型。仿真分析表明本方案可实现风电功率波动率的优化,且相较于对比方案,本方案可有效提高蓄电池使用寿命从而降低成本投资。     

基于EEMD与模糊控制的混合储能控制策略

为实现风电平滑并网，采用蓄电池和超级电容组成的混合储能系统平抑风电出力波动。本文提出了基于集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）与模糊控制的混合储能控制策略。首先，利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）对风电输出功率信号进行分解。根据低、高频固有模态函数（IMF）能量的明显差异确定EEMD滤波阶次。其次，按照风电并网波动率的限制要求，对滤波阶次进行调整，将符合波动率要求的低频分量并网，高频分量分配给混合储能系统。然后，对蓄电池和超级电容的实时荷电状态（State of Charge，SOC）进行判断，利用模糊控制对超级电容的功率指令进行优化，防止超级电容过充和过放。仿真实例表明，所提策略既能实现风电输出功率的合理分配，有效的抑制风电波动，又能使混合储能系统的SOC稳定在合理区间，提高储能系统的使用寿命。     

考虑电动汽车的微电网复合储能容量优化配置

复合储能在微电网功率平衡、平抑可再生能源波动、提高电池使用寿命等方面有着显著作用,是未来微电网储能发展方向之一。针对含有风力发电和光伏发电的微电网,考虑微电网中电动汽车有序充放电,建立复合储能容量优化模型。通过经验模态分解分割平抑任务,最后利用粒子群优化算法对所搭建模型进行求解。比较无电动汽车、电动汽车随机充电和有序充放电3种模式下的容量优化配置结果。通过搭建仿真,对有序充放电模式下复合储能的功率分解以及荷电状态进行分析,验证了该方法在平抑波动方面的有效性。     

链式电池储能功率转换系统研究

风力发电出力具有间歇性、波动性和随机性的特点,风功率直接并网可能给电网的电压、频率稳定带来消极影响,这就需要在风电场中安装储能系统来平抑风力发电输出功率波动。介绍了电池储能功率转换系统的发展现状,给出了一种链式电池储能功率转换系统方案和功率控制方法,推导了通过零序电压注入和在各H桥单元交流输出电压附加相应的分量来实现相间电池簇和相内电池组荷电状态均衡的原理,在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真验证。