基于混合储能的风电场一次调频控制

摘要： 基于机组侧的混合储能装置,提出了风电机组参与电力系统一次调频的方法。针对DFIG风电机组,研究了网侧换流器的附加功率控制方法,并设计了混合储能系统的控制器,可实现混合储能系统对风功率波动的平衡及提供一次调频的功率。针对电网频率变化进行了仿真分析,验证了该控制方法的有效性。     

基于随机规划的风光互补系统特性分析与准入功率极限计算

分析风、光及风光互补发电系统出力特性,针对风速、光照强度及负荷的随机性和互补性,提出一种基于随机规划的风光互补系统准入功率极限分析方法;建立含多个随机变量、多约束、非线性的机会约束随机规划模型,采用基于随机模拟技术的改进粒子群优化算法求解,并于IEEE-30验证系统约束条件置信水平及不同季节条件等对风光互补系统准入功率极限的影响。结果表明该模型能全面考虑风光机组实时运行波动与互补特性,求解算法简单,操作方便,计算速度快,误差小。     

考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略

针对风电强不确定性导致的电力系统频率不稳定问题,提出了考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略,以风电功率预测数据为基础,利用风储系统对电力系统提供频率支撑,保证电力系统频率稳定。该策略包含补偿和调频两个步骤,首先提出基于储能系统的风电预测误差补偿策略,并将风电预测误差补偿至10%以内,同时为风电场预留20%的调频容量。其次,考虑系统调频经济性,提出基于模型预测控制的风储系统参与电力系统频率控制策略,采用风电备用和储能系统进行调频。最后,将上述策略作为约束条件,采用多目标哈里斯鹰算法求解满足上述双目标的储能容量用以验证策略的有效性。仿真结果表明：本文所提调频策略能够在保障调频可靠性的基础上,降低电网频率波动,满足风电系统和电网的高效、安全运行。     

孤网运行微电网中混合储能管理与控制策略研究

对孤网运行风光互补微电网电压频率控制和混合储能功率分配问题提出了混合储能管理控制策略,该策略将混合储能中锂电池设定恒功率和压频电源两种模式,对超级电容器采用电压/频率控制。锂电池作恒功率电源时,根据发电预测和负荷预测结果平复系统波动;超级电容器则依据电压/频率控制补偿系统实时功率缺额,保障微电网稳定运行。为此在MATLAB/SIMULINK中搭建了仿真模型,进行了孤网运行、能量分析、模式切换三次仿真,结果表明该策略正确。     

考虑风电出力不确定性的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度北大核心CSCD

风电和抽水蓄能电站联合运行可以平抑风电随机波动、提升风电消纳率。文章针对多个风电场的出力不确定性,采用概率性序列方法进行处理,提出了一种基于厂网协商机制的风电-抽水蓄能联合调度模式,并建立了基于机会约束规划的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度模型。模型以风电-抽水蓄能互补系统总发电收益最大为目标,综合考虑了抽水蓄能电站的水力约束、机组运行约束和系统功率平衡约束。为提高模型求解效率并获得全局最优解,文章将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后使用商业化求解器LINGO进行求解。优化调度结果表明,抽水蓄能电站能够很好的补偿风电出力的波动性,并显著提升互补系统的总发电收益。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

考虑多能互补的多区域交直流系统频率稳定联合控制模型

针对单区域交直流系统受能源类型和机组容量制约,难以实现能源高效利用和频率稳定控制的问题,提出一种考虑多能源互补的多区域交直流系统频率稳定联合控制模型。首先建立单区域多能源能量耦合模型;再基于交直流混联电力系统的能量传递关系,建立交直流系统潮流模型;然后,基于多能源互补和多区域协调,建立考虑多能源互补的多区域交直流系统频率稳定联合控制模型。通过多区域交直流混联系统的算例分析表明,文章所提出的模型具有一定的鲁棒性,可以实现多区域交直流系统频率稳定联合控制,降低系统运行风险。     

海上石油平台风燃互补发电孤立小电网稳定性研究及应用

"渤海海上风力发电示范工程"于2007年初批准正式立项,建设国内第一台海上风力发电机组,容量为1.5MW。由于风能具有间歇性和随机性的特点,为了实现绥中36-1CEP平台孤立电网与风电机组互补发电,并且保证该电网的平稳运行,进行了海上平台孤立小电网的稳定性研究。海上石油平台电网允许的正常频率波动范围为±0.25Hz,频率偏差报警为±0.5Hz,电网频率将随着透平发电机组输出有功功率的变化而波动。当风力发电机组在额定输出有功功率跳闸退出电网时,对电网频率的影响最大;当风力发电机组在额定风速启动并网时,对电网频率的影响较大。在特定的风燃互补孤立小电网中,采用电网负荷频率调节方程,可以计算风力发电机组容量与电网总负荷之比和频率波动的关系。海上平台风燃互补发电孤立小电网稳定运行的条件为风力发电机组的容量与平台电网总容量的比值小于10%。在满足风力发电机组引起平台电网最大频率波动范围为±0.25Hz的条件下,额定有功功率为1.5MW的风力发电机组,可并入最低总有功功率为15MW的电网。将稳定性研究结论应用于渤海风力发电示范项目,保证了示范工程的顺利进行,实现了国内第一台海上风力发电机组与生产平台并网发电的稳定运行。     

南非风电场有功储备模式下的功率滚动平滑控制

以风电场有功和无功功率指令跟踪为控制目标,以风电机组设计极限和机端电压为约束条件,提出有功储备模式下考虑场内电压稳定的风电场功率分配方案,结合超短期风功率预测,实现风电场功率的高精度滚动控制。该文的控制策略成功应用于南非245 MW功率波动,提高场内电压稳定,保障该风电项目顺利通过南非电网公司的现场测试并进入商业化运行。     

考虑风电机组传动链疲劳载荷的常态化惯量响应方法

风电机组参与系统惯量响应能够提高频率稳定性，但其传动链的疲劳载荷会显著增加不利于长时间稳定运行。为使风电机组能够进行常态化惯量响应，提出考虑传动链疲劳载荷的惯量控制方法，首先根据风电机组动力学特征建立其状态空间方程，再推导调频控制量与传动链扭矩波动的关系，通过疲劳载荷最小化和惯量响应出力范围约束实时求解风电机组功率参考值，通过每个积分步长上的功率调节同时实现疲劳载荷最小化和惯量响应能力的最大化，最后通过仿真对提出的方法进行验证。     

引入风电功率波动的水电机组迭代学习控制

风电机组输出功率随机波动性强影响电网安全稳定运行,为进一步提高电网稳定运行,设计了一种基于迭代学习控制策略(ILC)的水电机组控制方法,使其能够快速平衡由于风电和负荷变化而引起的功率偏差,从而实现系统频率稳定。在Matlab/Simulink中建立了水电机组调节系统仿真模型,对三种不同的风电功率扰动工况进行了仿真研究,并将控制效果与传统PID控制进行对比。仿真结果表明,基于ILC建立的控制器能使系统频率在风电功率扰动下具有较好的动态性能。     

风电高渗透率下中长期时间尺度系统频率波动仿真研究

随着风电渗透率地不断提高,风电并网对电力系统频率稳定的影响越来越大。鉴于已有的电力系统仿真软件对仿真互联电网短期和中长期频率控制不能很好地满足要求,且各种类型发电机组的数学模型也是根据需要建立,因此提出了建立基于准稳态法利用MATLAB编程实现的中长期时间尺度频率波动仿真系统。该系统能够提供风电场、水电机组和火电机组参与系统频率控制数学模型,区域电网联合频率控制数学模型,并且能够进行系统备用调整容量分析和AGC性能监视。     

考虑风电置信水平的机组组合优化方法

摘要： 置信水平是将风电功率波动由概率形式体现的。随着节能减排的需求越来越大,考虑置信水平能够使系统机组不过多的安排机组备用,以免增加系统的运行成本。基于机组组合的方法,提出了一种考虑置信水平下的备用决策方法。通过考虑风电功率波动的概率分布和负荷波动的概率分布,建立联合概率密度函数,然后加入置信水平,得到不同置信水平下的系统基本发电成本和校正调度成本。采用IEEE-RTS算例,得出系统总成本。     

改善风电并网电能质量的飞轮储能系统能量管理系统设计

设计了应用于改善电网电能质量场景下飞轮储能系统的双层结构能量管理系统,其中能量管理系统的上层——决策管理层利用模糊算法,考虑飞轮储能系统状态和平抑风电功率波动需求来确定飞轮储能装置的充放电功率参考值,下层——调度控制层通过双环控制背靠背双PWM变流器实现飞轮储能与电网间的功率交换。在Matlab/Simulink下仿真分析飞轮储能的运行状态和比较风电场采用飞轮储能调节有功功率前后的公共连接点(point of common coupling,PCC)处电压波动,仿真结果验证了飞轮储能系统能量管理系统的有效性,可提高储能装置的利用效率,改善电能质量。     

基于ELM预测模型的高比例新能源电网改进频率控制策略

高比例新能源电网中,功率与频率变化存在很强的非线性,自动发电控制（AGC）作为电网调节频率的主要控制手段,目前的控制方式无法很好地适应强非线性特性电网的调频需求。鉴于此,提出了基于极限学习机（ELM）预测模型的高比例新能源电网改进频率控制策略。其特点在于通过ELM算法和历史运行数据,建立电网功率变化与频率变化的实时频率预测模型,进一步基于预测模型分析AGC调节机组的调频能力,按照调频能力优化AGC的区域功率控制需求功率分配。其优势在于通过机器学习拟合频率非线性调节规律,优化AGC频率控制,提高系统频率调节的快速性和可靠性,从而提高含新能源电网稳定性。最后通过电网SCADA实际数据建立预测模型并验证其准确性和实时性,并通过应用实例证明所提策略可以实现快速稳定调频。     

基于改进天牛须搜索算法的电池储能系统参与AGC优化控制策略

在电池储能系统辅助传统发电机组参与电网自动发电控制时,针对按固定比例分配各机组出力信号难以充分发挥储能调频效果的问题,提出一种基于改进天牛须搜索算法的优化控制策略。该策略通过改进天牛须搜索算法优化后的负荷频率控制器将区域控制误差信号转化为区域控制需求信号,根据需求信号的大小确定系统当前所处的运行状态,再利用改进天牛须搜索算法实时调整储能与传统发电机组的出力分配。仿真结果表明,该控制策略能有效减小系统频率偏差,平抑联络线交换功率波动,促进系统频率稳定。     

直驱永磁风电机组的改进附加惯性控制方法

摘要： 风电并网容量的增加将导致系统惯性降低,不利于电网安全稳定运行。针对附加惯性控制与最大功率跟踪控制之间存在相互影响的问题,提出改进附加惯性控制方法。该控制方法不仅可以利用附加惯性控制的辅助功率对系统频率提供支撑,还可以根据系统频率变化调节转速,补偿最大功率跟踪控制的有功参考,从而避免了2种控制在动态调节过程中的相互影响,使得机组的输出功率更好地响应系统频率的变化。仿真分析验证了在改进的控制方法下,直驱永磁风电机组不仅减小了负荷扰动初期的频率变化率,还缩短了系统频率调节时间,调频效果得到改善。     

含变速恒频风电场的电网频率协调控制策略

为了深入挖掘变速风电机组的调频潜力,提出变速恒频风电机组以改进的超速与变桨协调控制为基础,并配合常规机组进行调频控制的协调控制策略。通过超速与变桨协调控制,变速恒频风电机组减载运行使风电场留有一定的备用功率,可以保证电网在负荷波动时的功率平衡和频率稳定。仿真分析表明,协调控制策略可以有效地发挥风电机组的有功发出能力,并提升电网的频率稳定性。     

基于风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度

针对风电、光伏出力的随机性、间歇性和波动性而导致其在大规模接入电网时对电网发电计划制定和调度产生的影响,提出了含风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度模型。利用抽水蓄能的抽蓄特性,将风电和光伏出力进行时空平移,使风-光-蓄联合出力转变为稳定可调度电源,具备削峰填谷的功能,与火电机组共同参与系统优化调度。以风-光-蓄联合出力最大、广义负荷波动最小和火电机组运行成本最小作为目标函数,建立多目标优化调度模型,通过多目标处理策略,使目标函数简化为2个,以降低问题维数;在求解阶段,利用分层求解思想,将模型划分为两层,分别采用混合整数规划方法和机组组合优化方法进行求解。10机测试系统仿真结果表明：所建模型可以提高风能和太阳能的利用率,缓解火电机组的调峰压力,大幅降低风电反调峰特性对电网的影响,从而保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

考虑频率二次跌落抑制的风火联合一次调频控制

风电作为一种主流的新能源,可通过释放转子中的旋转动能来辅助调频,但其转速恢复过程引发的频率二次跌落,对于如综合惯性控制这类技术的应用推广是潜在的挑战。为此,首先分析了风电综合惯性控制和转速恢复对系统频率响应的影响机理,并提出了一种风火联合一次调频控制方案。其中风电机组采用典型的综合惯性控制;风电机组启动转速恢复后,火电机组可根据就地测量的频率信号,动态调整出力以补偿转速恢复阶段风电引起的二次跌落功率缺额。通过基于MATLAB/Simulink的4机9节点系统,在不同风电渗透率下对所提方案的有效性进行了验证。