飞轮储能的仿真系统研究

飞轮储能在很多能源相关领域有着广阔的应用前景。基于飞轮储能技术的基本原理及飞轮储能系统的主体结构,以Simulink为平台搭建了飞轮储能的仿真系统,包含充电模型和放电模型两部分,各自由电机本体、转速计算、磁极位置检测及位置控制等模块组成,其中转速计算模块是区分两个模型的所在。基于所搭建的仿真平台,对充放电过程进行了仿真,并对占空比、转动惯量与摩擦系数对储能系统的影响进行了仿真分析。     

飞轮储能系统电机及其控制器概述

简述了飞轮储能系统的基本组成,介绍了飞轮储能系统常用的永磁无刷直流电机、永磁同步电机、感应电机和开关磁阻电机的工作原理和特点,讨论了四种电机的控制策略,分析了各种控制策略的优缺点及其应用。     

大规模储能电站参与电力系统自动发电控制的协调控制策略优化研究

文章提出了一种双层结构的储能电站参与电网二次调频的优化控制策略。首先,综合对比分析了常规机组与储能电站参与电网二次调频的技术特性,并在调度层面对储能电站与常规机组的功率进行解耦;然后研究了储能电站辅助火电机组调频的协调控制框架,以实现不同调频资源的合理分配;在储能电站主控层面,建立了表征储能实时调频能力的评估模型,并采用改进遗传算法对模型进行求解,以对储能各单元出力进行精细化协调管理;最后,基于仿真模型验证了所提控制策略的有效性。     

应用于飞轮储能的BLDC电机功率双向流动策略设计北大核心CSCD

电机是飞轮系统实现电能与机械能相互转换的核心。BLDC(brushless direct current)电机具有体积小、噪声低、经济效益高等优点,在储能中得到了应用。为避免电机在充放电过程中产生较大绕组损耗或引入辅助电路稳定输出电压,在搭建应用于飞轮储能的BLDC电机模型基础上,提出改变晶闸管导通与关断顺序的电机充放电控制策略,改变绕组反电势与流经电流方向,实现电机充放电功能。仿真结果表明搭建的BLDC电机模型能够正确表示飞轮运行特性,也表明提出的电机充放电控制策略在不引入额外的电路拓扑结构情况下,能够使电机在充电状态吸收功率,将电能转换为飞轮动能,电机在放电状态释放功率,将飞轮动能转换为电能,并且充放电过程中相关电气量可控,从而实现功率双向流动过程,此控制策略的设计为飞轮储能的机电一体化产品实现提供一定的理论基础。     

一种适用于高速永磁电机的矢量控制策略

高速永磁电机具有转子转速高、定子绕组电流和铁心中磁通的频率高的特点,现已成为电机领域的研究热点之一。高速永磁电机可直接与高速透平膨胀机直连,省去减速齿轮箱及其控制。研究了一种适用于高速永磁电机的矢量控制策略,并基于Matlab软件搭建了永磁电机的控制模型并进行仿真,仿真结果表明此控制策略可以使高速永磁电机实时跟踪高速透平膨胀机的转轴速度,实现高速永磁电机的稳定运行,从而提高整个高速透平系统的运行效率。     

基于超级电容储能的风电并网功率调节控制系统

风能是一种随机变化的能源,风速变化会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质量产生影响,使用储能装置可以改善风电质量。通过在风电场并网的交流侧母线上并联超级电容储能单元,能实现对风电场功率的调节,减小功率的波动。文章设计了风电场并网及储能系统各部分的控制策略,在Matlab/Simulink仿真环境下创建了系统的仿真模型,验证了控制策略的正确性。仿真系统最终实现了电机侧变流器最大风能跟踪、电网侧变流器单位功率因数并网和超级电容储能单元对风电场并网功率的调节。     

三种风力发电机组的建模与仿真

建立了包括异步感应式发电机、双馈感应式发电机和永磁同步发电机在内的3种不同的风电机组数学模型,针对不同的机组类型提出了相应的风力机模型和变频器控制策略.以建立的数学模型为基础确立了接入无穷大系统的风电场模型.模拟风力机风速变化情况,对各个风机模型在风速扰动下的响应特性进行了仿真分析研究,并将仿真波形进行了简单的比较.结果验证了所建模型的正确性,并且表明变速恒频发电机组与异步发电机比较而言具有更好的动态特性.     

永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键,文章在分析变速变桨距风力发电机特性的基础上,针对永磁同步风力发电机,提出了一种综合控制策略,研究了变桨距控制和基于转速外环、电流内环的电机侧矢量控制;并且对描述发电机工作过程的风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、发电机模型、控制系统模型等进行了研究,基于Matlab/Simulink搭建了模型,对风速变化时机组运行情况进行了仿真,验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性。     

重力/飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性北大核心CSCD

为平滑基于卷扬提升机的重力储能系统中多重物切换导致功率的间歇性和波动性,提出了以重力储能为主、飞轮储能为辅的综合物理储能系统设计和控制策略。首先对重力储能系统和飞轮储能系统的工作原理、控制方法以及电动/发电机和变流器等关键部件进行分析,构建了重力储能和飞轮储能电机并网系统模型;然后仿真两种储能系统在充电、待机和放电工况下,机侧和网侧的相电压、相电流等参数的变化;最后建立了综合物理储能系统的仿真模型,并开展了两种储能系统匹配运行特性的研究,设计了综合储能系统的能量管理和控制策略,并对其在不同运行工况下的运行特性进行仿真研究,验证了综合物理储能系统结构和控制策略的可行性。     

基于两级全钒液流电池的风电储能系统的功率优化分配控制

为更好地利用储能系统平抑风电功率波动,采用了两级全钒液流电池(VRB)储能的功率优化分配及控制策略。基于直驱型永磁同步风电系统的工作原理及系统变流器的控制策略,建立了全钒液流电池等效电路模型,采用基于VRB组荷电状态(SOC)的双模式切换的双闭环控制策略,通过比较每级电池组荷电状态值确定优选目标,以VRB组最大充放电功率为电池组安全充放电的约束条件,提出两级VRB组的功率优化分配控制策略,利用Matlab/Simulink仿真平台,在变风速条件下对不同荷电状态的两级VRB储能系统平抑风电功率波动进行仿真,并与功率平均分配策略作对比。结果表明,两级VRB储能系统功率优化分配控制策略能有效平抑风电机组功率波动,同时,还确保了电池组工作于安全运行区域,有效地减少了VRB组的充放电次数,延长了电池组的寿命。     

考虑储能容量的电网电能质量治理策略

为提高储能参与电网电能质量治理的能力,延长储能系统寿命,文章提出了一种考虑储能容量的电能质量治理策略。首先,介绍了储能变流器(Power Conversion System,PCS)的结构,并给出了参考电流生成方法;随后,根据储能系统当前容量,选择补偿控制方法,并重点针对储能容量不足情况,提出了基于比例矢量比例积分(Proportional Vector Proportional Integral,PVPI)的PCS分频控制策略,利用PVPI控制具有的频率选择特性,根据储能剩余容量有选择地治理电网谐波、无功、三相不平衡等电能质量问题;最后,搭建含储能装置的分布式电源进行并网运行的相关实验,实验结果表明,所提出的储能变流器控制策略能够在储能容量不足时,有效地改善并网电能质量。     

Distributed energy storage node controller and control strategy based on energy storage cloud platform architecture

Based on the energy storage cloud platform architecture, this study considers the extensive configuration of energy storage devices and the future large-scale application of electric vehicles at the customer side to build a new mode of smart power consumption with a flexible interaction, smooth the peak/valley difference of the load side power, and improve energy efficiency. A plug and play device for customer-side energy storage and an internet-based energy storage cloud platform are developed herein to build a new intelligent power consumption mode with a flexible interaction suitable for ordinary customers. Based on the load perception of the power grid, this study aims to investigate the operating state and service life of distributed energy storage devices. By selecting an integrated optimal control scheme, this study designs a kind of energy optimization and deployment strategy for stratified partition to reduce the operating cost of the energy storage device on the client side. The effectiveness of the system and the control strategy is verified through the Suzhou client-side distributed energy storage demonstration project.     

Dynamic simulation of thermal energy storage system of Badaling 1 MW solar power tower plant

In this paper, the thermal energy storage system of Badaling 1 MW solar power tower plant is modelled from mathematical models for whole of the working conditions using the modular modelling method. This model can accurately simulate the recharge and discharge processes of thermal energy storage system. The dynamic and static characteristics of the thermal energy storage system are analyzed based on the model response curves of the system state parameters that are obtained from different steam flow disturbances. Conclusions of this paper are good references for the design, operating, and control strategy of solar thermal power plant.     

Flywheel array energy storage system

飞轮储能系统将能量储存在高速旋转的飞轮转子中,具有高功率密度,无环境污染,使用寿命长,运行温度范围广,充放电次数无限制等优点,已获得了广泛的应用.将多台模块化的飞轮储能单元并联起来组成飞轮阵列储能系统,是获得大容量,高功率储能的解决方案.文章首先论述了飞轮阵列储能系统的国内外发展现状与要解决的关键问题, 然后详细给出了飞轮阵列储能系统的设计方法,并联拓扑结构与控制策略.随着飞轮储能单元并联技术的逐渐成熟,飞轮阵列储能系统应用领域将逐步扩展到电力系统调频,间歇式可再生能源发电等领域,并将在提高电网对可再生能源的接纳能力等方面发挥重要作用.     

An energy system for the integration of renewable energy with energy storage in a frigid plateau region

面向高原高寒地区对稳定供热和供电的迫切需求,本文提出了一种新型的可再生能源与储能集成供能系统。该系统包括风力发电、光伏发电、水力发电、槽式太阳能集热器、储热系统、储电装置以及集成控制系统,实现了多种可再生能源高效利用;制定了一种考虑热电设备性能的实时能量管理策略,并建立了以年成本为主要优化目标的容量配置方法;利用该系统与优化方法对高原高寒地带民用住宅群的供能系统进行了优化设计,通过案例对比分析,验证了该集成供能系统容量配置方法和能量管理策略的可行性。研究结果为高原高寒地区供能系统的选择提供了有益的参考。     

径流式水电站年发电量的灰色预测

通过径流式水电站年发电量变化及其预测问题的分析,建立了径流式水电站年发电量预测的灰色数学模型,并就预测中样本序列的拓扑选择、预测的目标等问题提出了相应的策略.最后结合一个实例说明了本方法的应用.结果表明,本文的方法及分析思路,对径流式水电站年发电量的预测具有较好的应用和参考价值.     

多场景下光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略

光伏发电的间歇性和随机性是制约其大规模发展的主要因素,由此文章提出一种适用于多场景的光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略。首先,针对光伏电站多个典型出力场景,并结合并网限制要求,对光伏原始功率信号进行变分模态分解,求得并网目标功率和储能需求功率,并利用阈值补偿方法缩短计算时长;然后,通过协调互补的双单元储能系统对储能需求功率进行消纳,使得各储能单元能够在标准充、放循环深度内独立承担任务;最后,在Matlab平台上对所提信号分析算法的平抑效果,以及光伏-双单元储能系统协同平抑功率波动控制策略的普适性进行仿真验证。仿真结果表明,在多个典型场景下,所测得的并网目标功率均满足并网限制要求,所选的分析算法可有效平抑光伏出力的波动,该协同控制策略能够保证双单元储能系统的长期稳定运行,大幅度提高了光伏并网的可靠性。     

基于负荷预测的储能功率分配优化策略

针对目前电力系统调峰、调频储能电站容量有限的情况,文章提出了一种基于负荷预测的储能电站调峰、调频功率分配策略。首先建立了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化BP神经网络的负荷预测模型,对电力系统中的负荷进行精准的预测,为储能电站参与调峰、调频提供计划调度参考;在此基础上,计及储能电站参与调峰、调频辅助服务的收益以及成本,建立储能电站参与调峰、调频功率分配经济模型,并利用粒子群算法对其进行优化求解,确定储能电站最优分配结果;最后,基于MTALAB仿真平台,验证了所提功率分配策略的有效性。     

Dynamic modeling of hybrid energy storage systems coupled to photovoltaic generation in residential applications

A model of a photovoltaic (PV) powered residence in stand-alone configuration was developed and evaluated. The model assesses the sizing, capital costs, control strategies, and efficiencies of reversible fuel cells (RFC), batteries, and ultra-capacitors (UC) both individually, and in combination, as hybrid energy storage devices. The choice of control strategy for a hybrid energy storage system is found to have a significant impact on system efficiency, hydrogen production and component utilization. A hybrid energy storage system comprised of batteries and RFC has the advantage of reduced cost (compared to using a RFC as the sole energy storage device), high system efficiency and hydrogen energy production capacity. A control strategy that preferentially used the RFC before the battery in meeting load demand allows both grid independent operation and better RFC utilization compared to a system that preferentially used the battery before the RFC. Ultra-capacitors coupled with a RFC in a hybrid energy storage system contain insufficient energy density to meet dynamic power demands typical of residential applications.