提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越,使得系统承受大容量短时性功率冲击,可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值,带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此,首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型,进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据,综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全,提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法,并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后,在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。     

基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化

基于启动频率和动作延时的低频减载方案应用广泛,但传统整定方法的模型高度简化,整定方案较为粗糙,难以适应运行方式变化.以满足系统最大功率缺额为目标,将基本轮启动判据视为暂态频率安全二元表,定量分析暂态、稳态频率约束,提出基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化整定方法,并考虑电压波动对低频减载方案的影响,将电压波动折算为频率偏移以提高低频减载方案适应性.仿真表明,该方法能准确整定低频减载方案,有效控制系统频率,并给出系统频率稳定信息.     

计及低频减载动作的最大暂态频率偏移快速估计

随着大容量远距离高压直流输电工程建设和大规模可再生能源的接入,受端电网频率安全风险增大。针对大容量直流闭锁等可能触发低频减载的严重扰动,文中提出基于机器学习的电力系统最大暂态频率偏移快速估计方法。将问题分解为低频减载响应判断和最大频率偏移估计两个子问题,通过子模型交替求解估计最大暂态频率偏移;基于支持向量回归方法构建最大频率偏移估计子模型,以支持向量机为个体学习器构建基于Bagging集成学习的低频减载响应判断子模型;以运行方式信息和扰动信息为输入,采用ReliefF算法和主成分分析法对输入特征进行选择和提取,降低模型复杂度。以某多直流馈入受端系统为例构建最大暂态频率偏移估计模型,验证所提方法的准确性和适应性。     

基于负荷频率特性的低频减载方案优化

针对当前低频减载整定方案大都没有计及负荷重要性,及负荷切除对于系统频率恢复的灵敏性的问题,本文建立了同时考虑上述两种负荷特性的低频减载优化新模型。该模型基于对系统负荷的分类、设置与每类负荷对应的低频减载方案。在保证全局统筹切负荷的情况下,以系统切负荷量最小和频率偏移最小作为优化目标,基于机电暂态仿真与粒子群算法相结合的方法,对低频减载方案中各类负荷的各轮次切负荷比例参数进行优化,从而获得最优的低频减载方案。实际算例证明了本文方法的有效性与正确性。     

考虑负荷频率调节效应系数的低频减载方案研究

目前的低频减载方案中,没有充分考虑负荷频率调节效应系数KL*在切负荷过程的作用,针对这一问题本文给出了一种考虑荷频率调节效应系数KL*的低频减载方案.该方案利用负荷频率调节特性,提出在低频减载基本轮应优先切除频率调节效应系数小的线路,保留频率调节效应系数大的线路.而在特殊轮频率在不断上升恢复时,应优先减载频率调节效应系数大的线路,保留频率调节效应系数小的线路,这样更利于系统频率恢复和系统稳定,并尽可能地减少负荷的损失.最后,对所提出方案进行数字仿真,仿真结果验证了该方案的合理性.     

电网低频减载仿真模型及参数研究

研究了电网中主要元件模型及参数在低频减载仿真中对系统频率动态过程的影响,主要包括调速系统、励磁系统和负荷等元件.以华东某电网为例,采用时域动态仿真确定了适用于该电网低频减载优化配置的模型参数.对于未知的模型参数,通过参数灵敏度分析,得出了影响系统频率动态过程的主要参数,再通过对电网2次实际故障的仿真,拟合频率动态曲线得到了未知参数值.低频减载仿真表明,模型与参数对系统的动态频率影响较大,而模型与参数的确定依赖于系统实际故障数据的测量.     

电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨

随着特高压直流的推广应用及新能源发电占比的不断提高,电网暂态频率安全保障技术面临着严峻挑战。电化学储能作为一种潜力巨大的灵活控制资源引起了广泛关注。从中国电网频率安全防御的三道防线着眼,基于储能的快速功率调节特性,分析了储能在频率稳定预防控制、紧急控制和校正控制中的定位,以不同场景下电网运行频率的控制目标为依据,探讨了面向暂态频率安全保障的电化学储能的容量配置技术要点,包括时域仿真中的计算条件选择、与传统控制措施的协调配合等方面,然后针对推动储能技术规模化应用中面临的主要问题,指出应在适应多应用场景的储能优化配置、储能电站优化运行模式研究、储能全生命周期的效益分析等研究方向开展深入研究。     

通用储能系统数学模型及其PSASP建模研究

随着光伏、风能发电等并网发电容量的不断增加,储能系统作为平抑功率波动的重要手段被广泛关注。研究合理的储能系统配置,改善系统暂态响应,成为增强电网对新能源发电接纳能力的重要技术手段。为研究不同储能系统对电网机电暂态响应的影响,提出了一种适用于电力系统机电暂态计算的通用储能系统模型。该模型可以体现储能系统响应时延、充放电功率限制、储能容量限制等储能系统特性参数。通过电力系统综合分析软件PSASP的用户自定义模型UD模块进行自定义建模仿真,分析验证了该模型的有效性,并对算例系统中光伏发电出力变化对弱电网的系统频率造成的影响进行了仿真分析,并提出了储能系统配置的相关建议。     

储能装置与PSS配合控制对电力系统低频振荡的抑制效果研究

电力系统的低频振荡现象会严重影响到系统的稳定性,相应的机理分析和抑制策略一直备受国内外学者的关注.提出以储能装置和电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)为手段实现对电力系统暂态功率的调节,并最终实现抑制电力系统低频振荡的控制目标.首先给出了储能系统中逆变器的控制策略;同时简化了逆变器模型,在不造成系统级误差的前提下,使用仿真速度极快的向量解算方式进行仿真验证;最后通过短路故障产生低频振荡现象,在仅用储能装置、仅用PSS、储能装置和PSS协调控制3种不同条件下抑制低频振荡.对Matlab/Simulink仿真结果进行对比和分析,得出储能装置和PSS在抑制电力系统低频振荡时存在配合的可能性,储能装置和PSS的配合控制比单独使用储能装置或PSS的调节效果好.     

考虑暂态安全性的低频低压减载量的全局优化

指出了低频和低压减载装置的整定不仅要满足静态和中长期动态对频率和电压的安全性要求，而且要满足暂态过程中的频率和电压安全约束。通过详细模型的时域仿真，在各种运行方式及故障集下寻找使系统暂态安全且总体控制代价最小的减载策略。给出了其减载量优化问题的数学描述，以减栽代价最小为目标函数，把低频和低压减载控制作为多级控制序列。根据暂态频率和电压安全裕度指标计算减载的性价比，把性价比最大的决策作为下一级的初始条件，通过逐级优化来实现全局优化。     

考虑季节特性及节点电压偏移的储能系统优化配置

考虑到可再生能源渗透率的增加以及储能装置的接入,研究了含可再生能源配电网的储能优化问题。选用蓄电池作为储能装置,建立了数学模型,并对含风电和光伏的配电系统进行储能优化配置,以系统的经济性和稳定性为优化目标,分别建立了单目标和多目标优化模型。采用改进粒子群优化算法,选择储能容量、储能功率和储能位置作为控制变量进行优化计算。最后结合不同季节风电、光伏和负荷的波动数据,选取含分布式电源的IEEE 33节点配电网系统,对其进行潮流计算及储能优化配置,由此验证了本文配置方法的有效性。     

考虑频率响应过程的风储联合调频策略及储能系统优化配置方法

风能接入电网后会对系统频率产生负面影响,制定合理的风储联合调频策略可以减小风机并网引起的频率波动.为了准确分析风储联合调频策略的经济性,首先结合电网、风机与储能系统特性,考虑电网与风机的惯性后对风储联合系统进行建模,模拟了风储联合调频时的频率响应过程.然后确定调频功率、风功率及系统频率的关系,结合调频效果确定调频系数,并改进了备用容量的配置策略与调频功率的分配策略.最后以调频成本最小为目标建立了优化模型,使用粒子群优化算法对储能系统的最优配置进行求解.算例结果表明,采用的风储联合调频策略及储能系统优化配置可以有效降低调频成本,提高风储联合系统的经济性.     

微电网复合储能多目标优化配置方法及评价指标

复合储能在微电网功率平衡、平滑可再生能源波动、提升电能质量等方面发挥多重作用,针对包含光伏发电、风力发电和典型负荷的微电网,提出一种合理配置复合储能容量的方法。针对复合储能优化配置,以装置成本最低、功率匹配最佳、可再生能源输出功率平滑度最好建立复合储能多目标优化数学模型,采用自适应惯性权重的粒子群算法求解复合储能多目标函数最优解;针对子目标函数权重系数的确定,提出目标函数适应度离差排序法;提出了定量评估微电网储能多目标优化效果的参数指标,并以此为依据,对比了微电网内蓄电池单一储能多目标优化与复合储能多目标优化结果。最后,通过MATLAB编程进行实例验算,验证了方法的合理、有效性。     

考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划

风电、光伏等新能源通过逆变器并入电网,不具有惯量支撑能力,因此大规模新能源接入电网会降低系统的惯量水平。在N-K故障下,系统可能因惯量水平过低而频率失稳,导致电源脱网,给系统造成严重经济损失。针对此问题,提出一种考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划方法。首先,分析系统惯量与系统频率变化的关系,给出系统惯量需求约束。其次,充分考虑储能电站在系统中调频、调峰及潮流调度等应用场景,以储能电站建设成本及极端故障下切负荷成本最小为目标函数,构建储能电站定容选址优化模型。最后,以IEEE 39节点系统为仿真算例。仿真结果表明,基于所提方法的定容选址规划方案能够有效提升系统频率稳定性,缓解系统在极端故障下的大面积停电问题。     

提升配电网供电性能的风-光-储两阶段规划与配置

针对配电网中分布式电源（DG）不合理规划引起供电性能下降的问题,文中提出了一种在风-光-储接入情况下的配电网两阶段规划与配置方法。第一阶段通过计算节点有功网损灵敏度确定风-光电源的接入位置和容量,第二阶段以储能接入容量最小,系统电压稳定指标最大,负荷缺电率最小建立多目标规划模型,同时结合节点平均等效负荷对储能充/放电进行管理。为提高第二阶段多目标问题的求解精度,提出了一种基于多目标粒子群算法的混合智能求解算法用于求解第二阶段模型,最后利用序数偏好法（TOPSIS）选出储能最优接入方案。为验证本文所提方法的有效性在IEEE-33节点系统上设置四种场景进行仿真测试,结果表明所提方法可以明显改善配电网的运行情况,给相关规划与配置提供借鉴与参考。     

计及灵活性基于时序的“十四五”储能需求分析

“十四五”期间,随着风电、光伏装机规模增加,系统净负荷波动增强,对储能等灵活性资源的需求不断增强。同时,储能技术不断发展成熟,成本不断下降,逐步应用于电力系统的各个环节,因此有必要建立计及系统灵活性需求的储能优化规划模型,以更加科学的方法评估中国未来五年储能的发展需求。首先给出了计及电力系统灵活性基于时序曲线的运行模拟模型方法和储能需求分析流程,以系统总成本最低为优化目标,考虑了投资决策约束和运行约束,可统筹优化系统目标水平年的储能结构及容量。其次,基于以上模型方法,优化计算了2025年中国七大区域电网协议送电模式下的储能容量,并分析了配置储能的原因,开展了灵活调节模式下的储能容量对比分析。最后,基于以上分析,总结了“十四五”期间,中国电力系统储能容量、新能源发电量、弃风和弃光率及综合用电成本等结论,为储能未来五年的规划提供技术支撑。     

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。     

电力系统低频减载的单调控制特性

新能源占比的不断提高使得频率稳定问题日渐突出,因此迫切需要研究系统的频率稳定量化评估分析方法,也需对频率安全控制的最后一道防线低频减载进行更深入的分析。将单调控制系统理论运用到低频减载分析过程中,根据单调控制系统的输入-输出判定条件,推导单机和多机系统低频减载时频率分别需要满足的保序特性量化关系。此外,分析时采用全状态模型,在保证电网规律性和解析性的同时获得更高的可扩展性,综合频率与功角、电压以及相关参数间的耦合关系。并结合灵敏度分析了电网内部变量之间的相关关系,以指导电网故障时的参数设置。最后,分析目前光伏参与调频的3种常见情况,分别说明单调控制理论的适用性,并通过算例进行验证。     

基于功角稳定性的区域电网储能选址定容方法

为了缓解跨传输断面的调峰压力,同时提升电网的功角稳定性,建立了兼顾经济性与功角稳定性的储能选址定容双层优化模型,并给出了模型的求解方法。上层模型考虑区域电网的运行经济性,以储能电站收益最大为优化目标,确定储能配置总容量。下层模型考虑区域电网的功角稳定性,以储能调度期间总网损最小和储能调节区域电网功角稳定性能力最大为优化目标,进行储能选址与总容量的分配。双层模型的上层采用遗传算法进行求解,下层采用改进多目标人工蜂群算法进行求解。以某实际电网为算例进行仿真验证,结果表明,根据所提双层优化模型进行储能配置可以在保证经济性的同时,提升区域电网的功角稳定性。     

考虑暂态稳定性的网储多目标双层优化

随着风电和负荷的不断发展,输电阻塞、弃风和运行安全等问题对电网规划提出了新的挑战。储能系统具有响应速度快、配置方便灵活、适用范围广等优点,在风电消纳、缓解输电阻塞、系统安全运行中发挥着重要作用。为提高电网输电能力和抗扰动能力,结合系统故障后的暂态运行特性,在规划和运行层面综合考虑电网输电能力、弃风水平和暂态稳定性,以系统建设运行指标和系统稳定指标为多目标建立双层网储联合规划模型。外层模型为考虑储能系统选址定容规划的多目标模型,内层模型为考虑机组组合问题的输电网扩容模型。为提高求解效率,将扩容线路潮流约束、储能系统充放电模型、机组发电成本曲线等进行线性化处理。采用NSGA-Ⅱ算法和GUROBI求解器求解所提模型,并利用改进Garver-6 节点系统进行算例分析,在不同场景下验证了所建模型的有效性和合理性。