基于权重因子和荷电状态恢复的储能系统参与一次调频策略

电池储能可快速吞吐功率,被视为优质调频资源,但过度充放电会导致其调频能力不足。文中提出一种改善的储能系统参与一次调频效果的控制策略。首先,将储能调频死区设置在机组死区范围内,并结合电网频率特性分析储能调频死区变化对频率的影响。在此基础上,基于权重因子和荷电状态(SOC)恢复提出储能参与的一次调频策略：在频率波动超过储能调频死区时,为避免电池过度充放电提出储能调频系数计算方法,同时引入控制虚拟惯性和虚拟下垂出力比重随频率变化而调节的权重因子,进而设计了调频控制方法;在频率不超过储能调频死区时,兼顾储能恢复需求和电网承受能力,提出储能SOC恢复方法。仿真结果表明：所提策略能有效改善电网频率波动和储能SOC。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

基于虚拟惯量计算的储能虚拟惯量补偿控制方法

为使储能装置能够根据与频率稳定相关联的惯量补偿目标执行补偿控制，提出了“基于虚拟惯量计算的储能虚拟惯量补偿控制方法”。首先依据参数的基本物理意义和储能控制模型，定义计算储能虚拟惯量(H_BESS)，进而建立H_BESS与储能虚拟惯量控制相关参数的解析函数关系。然后提出由惯量补偿目标确定储能虚拟惯量控制参数，通过动态调节控制参数来跟踪惯量补偿目标的策略，即虚拟惯量补偿控制方法。最后通过独立微电网算例系统，验证了H_BESS计算结果的精确性和控制策略的有效性。     

基于动态下垂系数与SOC基点的储能一次调频控制策略

为高效利用储能资源满足电网一次调频需求,提出一种基于动态下垂系数与动态SOC基点(Dynamic Droop Coefficient and Dynamic Reference of SOC,DDC&DRSOC)的储能一次调频控制策略。提出以电网调频死区为分割边界将储能调频过程划分为调频阶段与SOC恢复阶段:在调频阶段,以SOC和最大频率偏差为控制量自适应调整储能出力深度以防止储能SOC的饱和或殆尽;在SOC恢复阶段,首先提出适应负荷变化的动态SOC恢复基点调整方法,然后提出兼顾SOC恢复需求与电网承受能力的储能出力确定方法,最后设计双层模糊控制器实现动态SOC基点值和储能出力值的确定。提出3个评价指标评估一次调频效果与SOC维持效果。以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动下验证了所提策略的有效性。仿真结果表明所提策略SOC维持效果较对比策略提高9%,调频效果提高4%。     

储能电池与常规机组配合参与一次调频的自适应控制策略

为充分发挥电池储能系统与常规机组在一次调频中的各自优势,文中对储能采用下垂控制与虚拟惯性控制结合的控制策略,通过设置随频率偏差变化而调整的下垂系数,实现增发功率在常规机组与储能之间的合理分配;为避免储能电池发生过充过放现象,提出一种考虑SOC反馈调整出力的自适应控制策略;电网中储能容量配置不如常规机组,设计一种储能适时投入与退出调频的控制策略,使储能在频率急剧变化或偏移至常规机组一次调频能力范围外时投入调频;在频率基本稳定时储能平稳退出调频以保持SOC。最后利用Digsilent/PowerFactory软件对区域电网分别进行阶跃负荷扰动和连续负荷扰动仿真实验,结果表明在阶跃扰动下该控制策略可显著改善暂态频率特性,在连续扰动下可以兼顾频率偏移指标与SOC的保持。     

面向长期调频的风机非线性下垂控制设计

传统变速风机虚拟惯量控制是针对单个频率大扰动事件设计的,其惯量模拟和转速恢复是分离的两个阶段,根据一定逻辑进行切换。该设计难以满足系统长期持续调频的需求。为此,根据风机转速恢复特性,分析了面向长期调频的风机频率下垂系数曲线的设计需求,进而提出了基于Butterworth函数的风机非线性下垂控制策略。该策略可实现风机调频控制过程中的转速自恢复,避免了复杂的逻辑切换过程。通过分析两区域系统的特征值发现,合理设计的非线性下垂控制能增强系统的小干扰稳定性。仿真结果显示,非线性下垂控制与传统虚拟惯量控制相比,能减小风机转速波动,并有效避免因风机转速恢复过快导致的系统频率二次跌落问题。仿真同时表明,在非线性下垂控制下,风电场可为系统提供与等容量同步机相当甚至更优的频率支撑作用。     

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。     

大容量电池储能参与电网一次调频的优化控制策略研究

大容量电池储能可有效缓解由于高渗透率新能源接入带来的电网一次调频性能弱化的问题,提出了一种融合虚拟惯性和可变下垂控制的大容量电池储能一次频率控制策略,引入虚拟惯性响应环节可有效降低频率波动初期的频率变化速率,在经典下垂控制的基础上基于SOC对下垂系数进行修正,在保证储能调频效果同时避免了储能过充过放,基于MATLAB平台进行了仿真验证,结果表明提出的综合调频策略可以有效降低频率波动幅度,减少频率稳定时间,同时保证储能SOC运行在合理区间,实现了储能安全运行和支撑电网频率的双重目标。     

一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题,以有效支撑系统频率。VSG控制的惯量设定与储能单元的配置密切相关,首先建立基于储能荷电状态(state of charge,SOC)约束的VSG控制模型,给出计及储能容量和SOC约束的惯量范围,然后充分利用VSG惯量和阻尼系数灵活可调的优势,结合模糊理论提出一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略,将惯量的范围作为模糊自适应环节的输出论域,使惯量和阻尼参数在合理范围内根据要求实时地进行调整来应对功率变化、负荷扰动以及频率偏移。最后通过Matlab/Simulink仿真对比不同VSG策略的控制效果,验证了所提策略的可行性和有效性。     

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.     

基于VSG的光伏及混合储能系统功率分配与虚拟惯性控制

在基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光伏及混合储能系统中,不同类型的储能之间存在协调配合问题,其荷电状态(SOC)也与VSG的控制策略密切相关。针对该问题,提出了一种基于VSG的光伏及混合储能系统的协调控制策略。在逆变器直流侧引入混合储能系统,并基于VSG控制原理对其进行功率分配。根据储能SOC与VSG虚拟惯性之间的定量关系,设计了一种改进的虚拟惯性自适应控制策略,并给出相关参数的选取原则,在改善系统输出频率和功率动态响应的同时,对储能SOC进行控制。基于MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明所提控制策略可以有效改善系统电压和频率的稳定性,实现混合储能之间功率的合理分配,提高储能的充放电性能并延长其寿命。     

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。     

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。     

光储发电系统的虚拟转动惯量控制

在深入研究光储发电系统控制策略的基础上,阐述蓄电池虚拟转动惯量的概念,分析在频率动态变化过程中蓄电池的电池储能与机械动能之间的能量转换关系,并提出基于光储发电系统的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测系统频率的变化与蓄电池荷电状态,调节蓄电池的荷电状态变化率与充放电电流的速率,从而短时调节蓄电池储备能量为系统提供惯性支持。通过光伏装机比重约为30%的仿真系统,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用蓄电池的虚拟惯量快速响应系统频率变化,从而提高了系统的频率稳定性。     

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SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。