混合储能提高光伏低电压穿越控制策略的研究

低电压穿越(Low-Voltage Ride Through,LVRT)是影响光伏并网发电系统稳定运行的重要因素。针对这一现状,文中提出了一种混合储能(Hybrid Energy Storage System,HESS)的控制策略来解决,HESS由蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)和超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)构成。采用低通滤波的方法将不平衡功率分频,为HESS分配功率指令。当光伏并网发电系统正常运行时,HESS用于平抑功率波动。当出现短路故障时,采用无功电流注入的策略使光伏逆变器发出无功功率,此时不平衡功率仅由SMES吸收,BESS不参与运行。通过SMES与光伏逆变器的配合,顺利实现LVRT过程。所提方法能够提高光伏发电系统的低电压穿越能力,减小功率波动对电网的冲击,有一定的实际应用价值。     

一种适用于混合储能系统的控制策略

为最大化地降低可再生能源输出功率的波动程度,优化混合储能系统的运行,采用时间常数随储能系统荷电状态变化的低通滤波算法确定目标功率值;根据蓄电池和超级电容的荷电状态,采用模糊控制理论将超出目标值的功率偏差在两种储能介质之间进行分配;当超级电容电量充足时,由其独立补偿功率偏差值,以减少蓄电池的充放电次数。算例分析表明,所提控制策略能够有效地平抑可再生能源功率波动,避免储能介质出现荷电状态越限现象,达到延长蓄电池使用寿命的目的。     

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。     

伏波动平抑下改进K-means的电池储能动态分组控制策略

针对电池储能系统(battery energy storage system, BESS)进行光伏波动平抑时寿命损耗高及荷电状态(state of charge, SOC)一致性差的问题,提出了光伏波动平抑下改进K-means的BESS动态分组控制策略。首先,采用最小-最大调度方法获取光伏并网指令。其次,设计了改进侏儒猫鼬优化算法(improved dwarf mongoose optimizer, IDMO),并利用它对传统K-means聚类算法进行改进,加快了聚类速度。接着,制定了电池单元动态分组原则,并根据电池单元SOC利用改进K-means将其分为3个电池组。然后,设计了基于充放电函数的电池单元SOC一致性功率分配方法,并据此提出BESS双层功率分配策略,上层确定电池组充放电顺序及指令,下层计算电池单元充放电指令。对所提策略进行仿真验证,结果表明,所设计的IDMO具有更高的寻优精度及更快的寻优速度。所提BESS平抑光伏波动策略在有效平抑波动的同时,降低了BESS运行寿命损耗并提高了电池单元SOC的均衡性。     

用于混合储能平抑光伏波动的小波包–模糊控制

采用能量型储能和功率型储能组成的混合储能系统平抑光伏输出功率波动。利用小波包分解可获取更多信号细节信息的优点,综合分析光伏功率信号的幅频特性、储能的性能特点,将光伏功率信号分解,得到光伏平抑目标功率和不同类型储能的充放电功率。充分考虑实际工程应用中实时控制对运算速度的要求,并通过阈值判断补偿滤波延迟效应。采用模糊控制方法对功率型储能的荷电状态(state of charge,SOC)进行自适应控制,实现功率的优化分配,提高平抑效果。算例结果表明,所提控制策略能够充分利用不同类型储能的性能优势有效平抑光伏输出功率波动。     

基于荷电状态动态调整的储能电站容量规划

储能系统平滑风电功率波动可以有效提高风电输出功率的稳定性,但昂贵的储能成本却制约着储能系统的整体性能,由此储能容量优化成为解决储能成本与平抑波动能力相互制约的方式之一。以储能系统荷电状态(SOC)为参量,提出基于可变功率修正系数的储能系统充放电控制策略,在储能系统有效平抑风电功率波动的同时,避免出现过充过放现象,保证储能系统的运行寿命。以储能系统多种成本之和最小为目标,构建计及风电场投资、运行成本和储能运行寿命的储能容量优化模型,并采用粒子群优化算法对模型进行求解。仿真分析结果验证了所提方法的有效性。     

采用自适应小波包分解的混合储能平抑风电波动控制策略

采用蓄电池和超级电容构建混合储能系统以平抑风电场输出功率波动,实现风电平滑并网。首先,针对不同风电出力场景下风电功率的波动特性,结合风电并网波动标准和混合储能系统性能特点,实现风电功率的自适应小波包分解和储能初级功率分配,得到风电并网功率和混合储能初级功率指令;其次,在混合储能系统内部,根据超级电容的荷电状态,利用模糊优化控制对蓄电池和超级电容的功率指令进行二次修正,得到优化后的混合储能功率分配指令。算例分析表明,所提策略能够自适应地实现风电功率的最优分解和合理分配,确保混合储能荷电状态工作在合理区间,有效改善风电输出功率波动平抑效果,保证混合储能系统长期稳定运行。     

储能系统平滑光伏电站功率波动的变参数斜率控制方法

为提高储能系统平滑光伏电站功率波动的能力,提出了基于超短期预测的变参数斜率控制策略。在斜率控制的基础上,通过提出控制荷电状态划分的2个参数变量以及4个充放电功率调节参数,建立了可调整荷电状态的储能系统平滑控制策略。根据超短期预测功率建立目标函数,采用自适应混沌粒子群算法对控制变量进行实时优化,实现平滑效果和荷电状态的协同优化。以光伏电站实测数据进行仿真分析,对比定参数控制策略,该方法在保证平抑效果的基础上能够限制储能系统的充放电深度。     

基于EWT-FC方法的氢-超级电容混合储能功率分配

为平抑风电功率波动,弥补单一储能的不足,引入氢和超级电容构成的混合储能装置平滑风电功率波动。针对传统功率分配方法难以建模,容易出现模态混叠现象等问题,以及为了提高储能系统可靠性,提出了一种经验小波变换EWT（empirical wavelet transform）-模糊控制FC（fuzzy control）策略方法。首先,为了验证EWT算法能实现储能设备间功率精确分配,将EWT算法与经验模态分解EMD（empirical mode decomposition）和小波变换WT（wavelet transform）算法进行对比;其次,采用EWT算法分解重构风电原始功率得到并网功率和混合储能平抑功率;最后,考虑超级电容荷电状态SOC（state-of-charge）和储氢罐压力对系统安全稳定运行的影响,采用模糊控制修正储能元件的充放电功率。仿真结果表明, EWT算法避免了模态混叠,实现了储能设备间功率精确分配。该控制策略能有效平抑风电波动,保证了SOC和储氢罐压力在合理范围内,延长了设备寿命,实现系统稳定运行。     

考虑储能单元健康状态与荷电状态一致性的BESS功率分配策略

针对由多个储能单元组成的大型电池储能系统(BESS)不规则充放电导致的储能单元健康状态（SOH）和荷电状态（SOC）不一致性问题,研究储能单元内SOH差异与SOC一致性的关系。结合充放电优先级排序和自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法,提出考虑储能单元SOH和SOC一致性的BESS功率分配策略。基于包含BESS、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,对所提功率分配控制策略与传统功率分配控制策略进行了对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提高储能单元SOC的一致性,延长储能单元使用寿命,降低储能单元运行损耗,增强BESS双向调节能力。     

超导储能蓄电池混合储能在风力发电中的应用

风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响,需要电力储能装置来提高并网性能,而常用的单一电池储能由于受到充放电次数的限制而易损坏。在建立用于平滑风电功率波动的超导储能和电池储能的混合储能模型基础上,设计超导储能用于平抑高频尖峰功率,电池储能用于平抑低频波动功率,并给出了两种储能装置的功率和容量确定方法。算例的仿真结果表明该方法同单一电池储能相比,可以有效地平抑风场并网的功率波动并减小电池的功率等级,减少电池的充放电次数和放电深度,从而延长了电池使用寿命。     

用于平抑风电功率波动的电池储能系统控制策略

摘 要：采用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）与风电场形成联合系统可平抑风电功率波动。如何制定BESS的控制策略以有效平抑风电功率波动,进而最大化系统接纳风电的能力是一个值得研究的重要问题。在此背景下,针对采用BESS平抑风电功率波动的控制策略开展研究工作。首先,针对风储联合系统的结构及特性,建立BESS的数学模型。考虑到BESS在当前时段的充放电行为影响其在下一时段的电池状态,在满足电池实际运行约束的前提下,提出用于平抑风电场出力波动的BESS的改进控制策略。之后,发展以风储联合出力波动越限概率最小为目标的BESS优化控制策略,并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后,以某风储联合系统为例,对所提出的BESS改进控制策略和优化控制策略平抑风储联合系统整体出力波动的效果进行验证。     

考虑充放电能量不均衡的双电池系统状态评估与控制策略

电池使用寿命是风电场功率波动平抑场景中影响储能系统经济性的重要因素。为了延长电池使用寿命,基于充放电任务分开执行的双电池系统运行模式,建立了给定最佳放电深度运行的双电池储能系统充放电数学模型,讨论了该运行模式下因充放电能量不均衡出现的极端运行情况。针对储能系统的实时运行状况和风电功率的波动情况,提出了能够表征双电池储能系统运行能力的充放电饱和能力指标和充放电运行平稳度指标,进而设计了模糊控制策略以自适应调节低通滤波器时间常数,优化控制储能电池的荷电状态,避免系统进入因充放电能力不足的不稳定运行区间。利用MATLAB/Simulink仿真平台,从荷电状态优化控制效果和波动平抑效果两方面对所提控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,所提模糊控制策略能够维持双电池储能系统长期稳定运行,并保证了波动平抑效果。     

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。     

风储联合系统中双电池SOC波动越限优化研究

本文分析了风储联合系统风功率平滑应用场景中双电池系统荷电状态(state of charge,SOC)波动越限问题,并提出一种改进控制策略。该策略通过风功率预测实现SOC波动越限预测,进而合理设置双电池系统充放电状态切换时刻,有效避免SOC波动越限,维持储能系统良好的充放电深度。基于两种湍流风速的仿真结果验证了本文改进控制策略的有效性和优越性。     

基于元模型优化算法的混合储能系统双层优化配置方法

混合储能兼具能量型储能与功率型储能的优势,针对混合储能在风电平抑中的配置问题,提出了一种基于元模型优化算法的混合储能双层优化配置方法。首先,利用小波分解对风电功率的原始数据进行分解,得到混合储能需要平抑的功率。然后,针对功率分配策略对混合储能容量配置的影响问题,提出一种混合储能容量嵌套式双层优化配置方法。该方法的内层为混合储能功率优化分配策略,以荷电状态、充放电功率为约束条件,以蓄电池总体充放电功率最小为目标函数,以提高蓄电池的使用寿命;外层以最小容量、最小功率为约束条件,以混合储能的全寿命周期年均成本最小为目标函数。针对多变量、非线性、计算密集型双层优化方法具有求解复杂、计算时间长等问题,提出基于元模型优化算法的优化求解方法。算例分析结果表明,所提优化配置方法可以在保持混合储能经济性最优的同时,有效避免蓄电池频繁充放电,从而提高了其使用寿命;相比于传统的启发式求解方法,基于元模型优化算法的优化求解方法的计算速度更快,所得优化配置结果更精确。     

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。     

平抑光伏出力波动的混合储能系统控制策略

针对由电池和超级电容器构成的混合储能系统,设计了一种平抑光伏出力波动的储能控制策略。基于含阀值判断的低通滤波算法制定储能系统总充放电功率,在平抑光伏出力波动的同时避免对储能系统的过渡调控。综合考虑储能介质充放电状态,基于滑动平均原理制定储能介质的功率分配策略,以充分发挥不同储能介质的优势,优化储能系统的整体运行性能。仿真分析验证了所设计控制策略的有效性,储能系统可以较小的调控代价完成对光伏出力波动的平抑,且超级电容器平抑功率波动的快变分量,有效降低了储能电池的充放电次数。研究结果对混合储能系统在平抑光伏出力波动中的应用提供了理论参考。     

基于准零相位滤波器的电池储能系统平滑风电波动控制方法

利用电池储能系统(BESS)平滑风电功率波动可以提高风电场输出稳定性,但基于一阶低通滤波器的控制方法易将风电功率趋势分量引入BESS充放电指令,增加BESS容量需求。针对该问题,提出一种基于准零相位滤波器的BESS控制方法。首先,分析滑动平均滤波器时频特性及滞后相位特性对BESS充放电控制的影响。然后,以中心滑动平均滤波算法为基础,融合风电功率趋势预测信息来构建一种相位延时近似为零的准零相位滤波器。最后,该滤波器提取风电功率波动分量,显著降低滤波延时,减小BESS充放电指令中的趋势分量。对典型风电功率波动情景的仿真结果表明:在获得与传统低通滤波方法近似平滑效果时,所提策略能够明显减小BESS最大能量波动和累积能量交换,进而降低容量配置要求,延长使用寿命。