基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究

随着风力发电容量占电网容量的比重不断加大,风电场对电网稳定性的影响也越来越大。同步发电机具有调节系统功率平衡,维持电网电压稳定的作用,并具有自同步特性,适于系统并联。通过在风电场交流侧配置储能电池,并对储能系统的逆变器采取基于同步发电机模型的控制策略,将风电场等效为虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator-VSG）,使风电场向电网输送的功率平滑,并对大电网体现同步发电机的特性。根据负荷的波动,调节自身输出功率,维持系统频率与电压稳定,有效提高了大规模风电场并网性能。建立了由风力发电机组、储能电池及汽轮发电机组组成的系统仿真模型,仿真结果验证了控制策略的可行性。     

风电海水淡化孤立微电网的运行与控制

大型离网风机与高耗能的海水淡化装置联合运行将是未来淡水清洁生产技术的开发方向之一。首先根据海水淡化的负荷特性及风电的运行特性,分析含风电、储能、海水淡化负荷的孤立微电网的运行模式及控制方案。在此基础上,根据风速历史数据,计算机组出力及风功率波动的概率分布,提出风电、储能和海水淡化装置的容量配置方案以及孤立微电网协调运行的控制策略,进而提高系统经济效益和安全稳定运行能力。最后基于PXI+c RIO的仿真试验系统搭建某地区海岛微电网,针对风电海水淡化孤立系统不同运行工况进行实时仿真,验证了所提控制策略的可行性。     

风柴储海水淡化独立微电网系统能量管理方法

针对包含大型风力发电机、柴油发电机、储能及海水淡化的独立微电网系统,本文首先根据其运行目标和运行特点提出了独立微电网系统的两种运行模式,然后针对两种运行模式提出了基于超短期风速预测的微电网实时能量管理调度策略。采用基于遗传算法-神经网络(GA-BP)的预测模型进行风速预测,并根据超短期预测结果,确定当前系统的运行模式,制定海水淡化负荷的投切计划,以及风机输出功率的限制指令,从而在保证系统稳定运行的基础上,实现可再生能源发电出力与负荷的实时平衡,从而达到减少柴油发电机运行时间、充分利用风力发电的目标。最后采用基于实时数字仿真(RTDS)搭建的数模混合仿真平台针对两种运行模式的控制策略进行了仿真验证,实验结果表明本文所提策略的可行性和正确性。     

含飞轮储能单元的直驱永磁风力发电系统有功功率平滑控制

在分析传统直驱永磁风力发电系统运行特性和飞轮储能系统控制的基础上,研究并提出了适用于该发电系统的功率平滑控制策略,所提控制策略无需测量风速.建立了控制系统小信号模型,分析表明所提控制系统在小扰动条件下可保持稳定运行.对含飞轮储能单元的永磁同步风力发电机控制系统进行了仿真计算,仿真结果表明所提控制策略在保证最优风能捕获的前提下可实现良好的系统输出功率平滑控制.     

基于双回路SOC调节的风电场功率平滑控制策略

针对风电并网发电系统的功率波动问题,本文研究了一种基于双回路SOC调节的混合储能系统风电场功率平滑控制策略。对含有全钒液流电池和锂电池的混合储能系统,通过双回路SOC调节控制,合理分配锂电池和液流电池的实际输出功率,并实时更新混合储能的荷电状态。该控制策略实现了风电有功功率的平滑需求,并且使锂电池和全钒液流电池的SOC值稳定在安全范围内,可以有效减少锂电池的充放电次数,达到保护电池的目的。通过仿真实验,验证了该控制方法的有效性。     

无储能风电微网系统的下垂控制策略

包含分布式风力发电系统的微网孤岛运行时,常采用下垂控制策略。由于风能的随机性,微网中风力发电单元发电功率与下垂控制输出功率不等,需要利用储能装置来均衡功率,维持直流电压恒定。对此,提出了一种改进下垂控制策略。通过检测直流电压,动态平移下垂特性曲线,改变下垂控制平衡工作点,调节下垂控制输出功率,以促进功率均衡,减小直流侧储能装置容量。仿真及实验结果验证了改进下垂控制策略的有效性。     

离网型风力发电和海水淡化联合技术配电方案

为了搭建稳定的、以风力发电作为独立电源驱动海水淡化装置的联合系统配电网络结构,结合风力发电和海水淡化联合技术的研究应用现状,分别剖析了风电电源特性及海水淡化工艺装置的负荷特性,提出了针对离网型风力发电和海水淡化联合技术的配电方案。搭建了包含离网型风力发电机组、储能装置、海水淡化工艺系统在内的独立小型微电网系统,构成一套完整的联合系统配电网络结构,同时作为保证该微网系统稳定运行的边界条件,引入了储能系统,有效地解决了离网型风电电源和海水淡化负荷的匹配问题,为就地消纳风力发电及孤岛海水淡化工业用电开辟了新的解决模式和思路。.     

考虑源–荷功率随机波动特性的双馈风力发电机一次频率平滑调节方法

常规超速减载控制下的双馈感应风力发电机组虽然可参与系统一次调频,但存在发电效益低、转速调节范围小等问题。为提高系统频率品质,增强电网稳定性,该文综合考虑源–荷功率随机波动对系统频率产生的影响,提出双馈感应风电机组一次频率平滑调节控制策略。根据风电场一次大风气象周期的风电功率波动历史数据,研究单台风电机组在不同时间尺度下风电功率波动对系统频率产生的影响,确定了最佳时间尺度下一次频率平滑调节所需储能装置的容量,并对其进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证表明,所提控制策略的一次频率调节能力相较于常规一次调频控制具有明显提高,为双馈感应风力发电机的升级改造提供了新思路和新应用。     

一种新型风力发电机与飞轮储能联合系统的并网运行控制

风力发电机的输出功率具有随机性和波动性,大规模风电并网对电力系统的稳定运行带来严重的影响。多功能柔性功率调节器(FPC)是一种基于双馈感应电机的飞轮储能装置,具有储能、发电和调相等多种功能。为了改善风力发电机的输出特性,提出一种新型的风力发电机与多功能柔性功率调节器的联合系统(WG-FPC),并根据WG-FPC的拓扑结构和控制目标,提出采用模糊推理方法实现有功功率的优化控制和通过FPC提供无功补偿稳定机端电压的控制策略。在Matlab/Simulink平台上进行了数学建模和仿真研究。研究结果表明,所提出的WG-FPC具有可行性和有效性,能较好地改善风力发电机并网运行特性。     

基于云模型的风电功率平滑控制策略研究

大规模风力发电并网已经是新能源发展的必然趋势。利用储能装置平抑风力发电系统的输出功率已经成为风电系统不可或缺的一部分。由于风电功率的波动性大和随机性强等特点,传统的一阶低通滤波器控制策略具有一定的局限性,导致储能系统容量配置过高或利用率过低。本文将云模型控制策略引入风光储能系统中,利用一维云模型调整惯性滤波器的时间常数,进而实现风电功率的平滑控制,并与传统的定时间常数惯性滤波功率平滑方法进行了对比。仿真结果表明,在满足风电系统并网要求的前提下,基于云模型的平滑控制策略可以有效优化储能系统容量,降低了风储联合系统的成本。     

高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法

提出了一种高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法.以频率变化率和频率偏差为限制条件,建立新能源系统所能承受的最大功率增量与等效惯性常数、调差系数以及风电渗透率等已知参数的联系.通过对3阶虚拟同步机控制策略下的储能系统容量与控制参数进行量化配置,提高不同风电渗透率系统对不平衡功率的消纳能力.以储能配置在频率支撑中贡献的等效单位调节功率为参考,对不同功率增量下储能系统的频率响应贡献、调频出力占比以及输出功率特性进行刻画与分析.仿真验证了该配置方法下的储能系统可控性强,能够较为精准地提供电网所需的有功调节量,有效改善风电并网环境.     

VRB储能系统对风电场LVRT特性影响分析

为满足电网规定的并网风电场必须具有低电压穿越能力（LVRT）要求,提出一种在风电场并网点加入直接功率控制的钒液流电池（VRB）储能系统的拓扑结构来提高风电场LVRT.根据目前风电机组发展趋势风电场采用基于全功率双脉宽调制AC/DC/AC控制策略的逆变器的永磁直驱风电机组（PMSG）,VRB储能系统逆变器采用DC/AC双向功率流动的控制策略.所提出的控制策略通过协调控制风电机组机侧整流器、网侧逆变器和VRB变换器,实现平抑风电场出力和电压跌落时PCC点电压稳定控制及向电网提供一定的无功补偿.仿真结果表明,风速波动和系统电压跌落时,提出的方案可以有效平抑风电场出力波动,提高风电场LVRT能力,减小对系统安全稳定运行的负面影响.     

支撑电网黑启动的风光储新能源电站协调控制策略

针对局部风光资源丰富地区大停电黑启动的方案,首先建立了风光储新能源电站黑启动控制模型,研究其支撑电网黑启动的过程,储能系统作为主电源保证黑启动过程中系统电压和频率稳定。其次,提出了一种风光机组负荷跟踪功率协调控制策略,当风光出力不足时,风光机组采用最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,储能系统作为主电源负责微电网功率的平衡;当风光出力足够时,风机根据光伏出力的变化进行减载运行,有效跟踪负荷功率变化,减少储能充电功率。该控制策略不但可减少储能系统充放电转换次数提高储能系统使用寿命,还能大大降低黑启动中储能系统配置容量,提高经济效益。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台搭建了风光储新能源电站控制模型,仿真验证了风光储新能源电站作为电网黑启动电源的可行性和所提控制策略的有效性。     

基于小波分析的风电系统负荷调峰

针对风电系统负荷调峰问题,以减少调峰机组的爬坡出力次数与能源消耗为目的,提出了一种基于小波分析的负荷调峰方法。该方法采用近似对称光滑的紧支撑双正交小波db4(Daubechies函数)作为小波基,通过多分辨分析的Mallat算法对预测等效负荷进行2尺度分解,并将其中低频基础负荷分配给负荷调峰机组。仿真算例将该方法与未含小波分析的负荷调峰方法进行了对比,比较结果证明了其调峰性能优于后者。这表明该方法具有良好的调峰性能,能使调峰机组出力较为平缓,有效减轻对调峰机组的损耗和减少能源的消耗。     

Application of STATCOM/BESS for wind power smoothening and hydrogen generation

This paper proposes static synchronous compensator (STATCOM) incorporated with battery energy storage system (STATCOM/BESS) to smooth the line power of wind farm consists of fixed-speed wind generators. Constant output power reference is not a good choice because there may be some cases where wind speed is very low and then sufficient power cannot be obtained. In that case, energy storage device can solve the problem but large energy capacity may be needed. This paper proposes exponential moving average (EMA) to generate the reference output power, and thus the energy capacity of BESS unit can be small. Another salient feature of this study is the generation of hydrogen by using wind energy. At the wind farm terminal, two topologies of hydrogen generators are considered to be connected and their merits and demerits are analyzed. Finally, by taking the advantage of STATCOM/BESS, simple hydrogen generator topology composed of rectifier and electrolyzer is proposed. Detailed modeling and control strategy of hydrogen generator and STATCOM/BESS topologies are discussed and a cooperative control is developed. The effectiveness of the proposed system is verified by the simulation analysis using PSCAD/EMTDC.     

基于参数优化变分模态分解的混合储能功率分配策略

为平滑风电输出功率,通常将功率型储能元件和能量型储能元件结合成混合储能系统与风电系统相连。为了提高混合储能系统的灵活性和经济性,对一种基于参数优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）的混合储能系统控制策略进行了研究。采用粒子群算法确定VMD算法中K值（分解模态数）和α值（二次惩罚因子）的最优值组合,预设K值和α值将不平衡功率信号经VMD分解后在蓄电池和超级电容之间进行合理分配,最后采用模糊控制对混合储能系统的荷电状态进行优化。仿真结果表明,所提方法既能实现储能元件间合理的功率分配,有效平抑风电波动,又能使荷电状态稳定在一定区间,实现混合储能系统长期安全运行。     

基于极点对称模态分解和需求响应的风电消纳策略

在全球能源互联网的大背景下,风力发电作为一种清洁能源受到重视。由于风电的波动性对电力系统的经济、稳定运行造成强烈的冲击,弃风情况日益严峻。文章提出一种新的风电消纳策略,采用极点对称模态分解(extremepoint symmetric mode decomposition,ESM D)把原始风电出力分解为光滑的出力曲线和波动分量,使用混合储能吸收其波动分量,同时在系统运行中通过需求响应消纳更多的风电。针对粒子群算法容易陷入局部最优的缺点,将莱维飞行引入粒子群算法以增强粒子跳出"早熟"的能力。算例结果证明了这种风电消纳策略的有效性,即在维持一定的运行费用的同时,利用混合储能和需求响应,提高系统的风电消纳能力。     

风储交流微电网自动功率平衡控制策略

风储交流微电网主要包含风力发电设备、储能系统和交流负荷。在风储微电网中,需要建立发电、储能和负荷间的协同功率调控机制,以确保风能得以高效利用;同时尽可能避免储能系统发生过度充电与放电。为此,提出了一种适用于风储交流微电网在离网运行模式下的自动功率平衡控制策略。在负荷轻载下,通过储能系统主动改变微电网频率,由风机主动降功率,放弃部分风能,使得电池不易过度充电;在负荷重载下,微电网频率主动上升,主动切除部分负荷,使得电池不易过度放电。暂态数值仿真说明了该控制策略可实现交流微电网的功率自动平衡,同时有效避免了储能系统的过度充电与放电。     

基于移动平均法和风电波动率约束的电池储能系统平滑风电出力控制策略

利用电池储能系统平滑风电功率波动可以提高风力发电功率输出的稳定性。针对风电出力的间歇性和波动性,基于移动平均算法,在同时考虑储能系统的荷电状态（state of charge,SOC）和风电功率波动率的情况下提出了一种平滑风电功率控制策略,并与传统一阶低通滤波平滑风电功率方法进行对比。通过Matlab/Simulink仿真验证了该方法的有效性,在平滑风电并网功率的同时可以有效减少储能使用次数与储能能量。