发电厂AGC与储能联合调频特性及仿真

随着新能源在能源系统中占比的逐步提高,储能系统联合火电机组自动发电控制（AGC）调频技术在我国电力行业发展迅猛。本文结合南方市场调频辅助服务补偿规则,研究了机组AGC与储能系统联合调频的特性;从提升机组AGC调频性能的角度,制定了储能充放电控制策略,并通过与机组原AGC联合调频仿真研究了储能功率和储能容量对AGC综合调频性能指标的影响;建立了AGC调频收益评价模型,在此基础上给出了储能容量配置的建议。仿真结果表明,合理配置储能系统可以显著提升常规机组的调频性能,并带来明显的调频收益。     

基于SOC预测的火储联合调频控制策略

随着常规火电机组和储能系统联合参与调频在电力系统中取得规模化应用,储能系统和火电机组联合调频控制策略成为二次调频的关键问题。基于两阶段储能荷电状态(state of charge, SOC)实时预测方法,对调频系统完成跟踪自动发电控制(automatic generation control, AGC)指令后的荷电状态进行主动预测;参考预测所得SOC数据和AGC指令,得到兼顾系统调频能力及储能SOC状态的联合前馈控制指令,确定火电机组和储能系统不同状态下的出力目标,实现储能和火电机组对AGC指令跟踪的互补协调运行。同时,在储能系统内部引入基于荷电状态的储能单体均衡策略,优化储能系统SOC一致性,提升储能系统整体动作深度。在MATLAB/Simulink中构建联合调频典型场景,对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,所提控制策略在优化AGC指令跟踪效果、提升系统综合调频指标及改善储能单体SOC状态等方面具有显著优势。     

降低火电调频损耗的混合储能系统容量优化配置双层模型

针对如何在降低火电机组调频损耗,提高系统调频性能的同时减小储能全寿命周期成本,提出了一种混合储能辅助火电机组参与自动发电控制(automatic generation control, AGC)的双层优化配置模型。上层模型由基于经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)的火电–混合储能间AGC指令分配策略和计及全寿命周期内成本收益之差、AGC综合评判指标Kp的多目标优化配置模型组成,为底层模型提供AGC初步分解指令和功率、容量约束;底层模型由计及储能荷电状态(state of charge, SOC)恢复的混合储能控制策略和火电–混合储能调频响应模型组成,将经过EMD初步分解的AGC指令再次分配给各调频资源,并向上层模型提供各调频资源出力响应曲线和SOC变化曲线;采用基于优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)的多目标粒子群算法求解该双层模型,避免了传统多目标粒子群算法在Pareto解集中确定全局最优解的偶然性。基于华北某电厂...     

辅助单台火电机组AGC的电池储能系统双层优化配置方法

随着储能辅助火电机组自动发电控制(AGC)调频示范工程的开展,储能容量优化配置逐渐受到业界关注。针对当前电池储能系统(BESS)容量配置存在的技术与经济性难以制衡的问题,建立辅助单台机组AGC的BESS双层容量配置模型,运行层基于所设计充放电策略以等效寿命损耗和偏差电量比最小为目标以满足运行技术性需求;经济层以K_p补偿收益及全寿命周期成本下年均净收益最大化得出BESS额定功率和容量配置。其次,构建自适应全局和声搜索—多目标粒子群嵌套算法,对辅助机组AGC调频的BESS配置双层模型求解寻优。最后,基于1 000 MW机组某运行日数据,通过仿真计算得出优化配置结果,并分析其经济性和技术性指标,验证该方法的可行性和有效性。     

飞轮储能辅助火电机组自动发电控制策略研究

为应对可再生能源快速发展对电网稳定性带来的挑战,遵循节能减排的倡导,对飞轮储能辅助火电机组自动发电控制(AGC)控制策略进行研究。首先,结合火电厂电碳模型,建立了综合考虑AGC响应效果、碳排放量和飞轮寿命损耗的多目标优化的策略。然后,根据某电厂的数据,将无储能、全功率补偿策略和文中控制策略下调频指标、调节深度、调频收益和CO₂减排效果进行仿真分析对比,结果证明了所提方法可改善机组调频性能,使机组捕捉到更多的调节深度,让机组获得更多的补偿收益,减少机组CO₂排放量。     

电动汽车协助火电机组参与调频辅助服务优化控制策略

高比例可再生能源接入电网使得系统频率控制难度提升,电力系统二次调频面临新的挑战。为此,提出一种电动汽车(electric vehicle, EV)协助火电调频机组参与辅助服务市场的优化控制策略。在调频指令分配比例优化阶段,考虑调频成本及电池补偿成本,最大化调频商收益为目标,提出滚动优化控制策略。在EV充电站响应阶段,考虑站内各EV荷电状态及可调容量,采用分区分级动态调节充放电功率控制方法响应调频责任。最后,搭建含EV电站的两区域互联电力系统模型,对该调频策略的性能及经济性进行仿真分析。结果表明,所提策略有效降低了频率响应偏差,同时提高了调频商的经济收益。     

计及电动汽车不确定性的虚拟电厂参与AGC调频服务研究EI北大核心CSCD

电动汽车用户出行和响应的不确定性,为调度电动汽车参与自动发电控制(automaticgenerationcontrol,AGC)带来了挑战。基于此,采用经验模态分解法将火电机组调频偏差分解为高频、中频和低频部分,作为超级电容器、蓄电池以及可入网电动汽车(plug-in electric vehicle,PEV)的参考出力功率。建立了基于韦伯-费希纳定律的PEV用户响应模型,并引入PEV响应偏差阈值的概念,实现PEV赔偿风险—收益之间的平衡。以AGC调频效果最好及净收益期望最高为目标,建立含火电机组、混合储能系统及PEV的虚拟电厂参与AGC调频决策模型,采用改进的遗传算法对混合储能系统进行优化配置并优化调度虚拟电厂各部分的出力,制定了各时段PEV充放电补偿电价。算例结果表明,该模型能够显著提高AGC调频效果,且通过合理设置PEV响应偏差阈值,能最大化净收益期望值。     

补偿度实时优化的储能-火电联合AGC策略

随着储能调频应用规模化发展,在我国容量受限型储能调频服务计量和补偿办法空白阶段,辅助火电机组改善自动发电控制(automatic generation control,AGC)成为其主要运行模式。但现有工程采取满功率补偿策略,不利于储能工况持续性。对此,以储能对AGC指令与机组出力实时偏差量的补偿度为决策变量,以调频性能指标和储能电量平衡度最大化为目标,建立储能充放策略实时优化模型,在一定周期内通过密切度择优的多目标粒子群算法(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)进行决策。基于2台AGC机组数据的仿真实验结果表明:与其他策略相比,补偿度策略在具体场景下对储能可用率和调频性能改善明显;同时,短周期优化更利于性能和储能持续性的致衡;此外,该算法计算耗时满足决策实时需求。     

计及电动汽车不确定性的虚拟电厂参与AGC调频服务研究

电动汽车用户出行和响应的不确定性,为调度电动汽车参与自动发电控制(automaticgenerationcontrol,AGC)带来了挑战。基于此,采用经验模态分解法将火电机组调频偏差分解为高频、中频和低频部分,作为超级电容器、蓄电池以及可入网电动汽车(plug-in electric vehicle,PEV)的参考出力功率。建立了基于韦伯-费希纳定律的PEV用户响应模型,并引入PEV响应偏差阈值的概念,实现PEV赔偿风险—收益之间的平衡。以AGC调频效果最好及净收益期望最高为目标,建立含火电机组、混合储能系统及PEV的虚拟电厂参与AGC调频决策模型,采用改进的遗传算法对混合储能系统进行优化配置并优化调度虚拟电厂各部分的出力,制定了各时段PEV充放电补偿电价。算例结果表明,该模型能够显著提高AGC调频效果,且通过合理设置PEV响应偏差阈值,能最大化净收益期望值。     

规模化储能系统参与电网调频的控制策略研究

传统的火电与水电调频机组因其固有特性难以满足电力系统快速发展、新能源发电集中并网等引起的频率稳定控制需求,储能以其灵敏精准的出力特性逐步在电力系统调频领域中实现了规模化应用。针对规模化储能资源响应速度快、跟踪精度高、调节方向易改变及有限的容量等特点展开了其参与电网调频的控制策略研究:首先,建立了区域电网自动发电控制(AGC)系统及包含储能荷电状态(SOC)的储能系统仿真模型;然后,综合考虑储能资源与常规电源的发电特性,提出了计及储能SOC的快慢速调频资源协调控制策略;最后,搭建了4种不同的仿真场景,通过仿真试验对提出的控制策略的有效性进行了验证。     

基于AGC调频分区控制的光储联合系统参与市场投标策略

为充分发挥光储联合系统提供调频辅助服务的能力、提高联合系统的收益,提出了一种基于自动发电控制(automatic generation control,?AGC)调频分区控制的光储联合系统参与市场的投标策略。首先,考虑了光储系统运行特性和电网频率波动不确定性,提出了光储系统参与能量-调频市场的日前-实时两阶段交易方法。其次,提出了光储系统参与AGC的实时调频控制方法,根据区域控制偏差所处控制域动态分配光储系统所承担的调节量。然后,构建了光储联合系统参与电力市场的多时间尺度投标优化模型,其中日前市场考虑了潜在的实时能量偏差,实时市场利用滚动优化方法反馈校正多种不确定因素。最后,通过算例分析验证了该策略在充分考虑电力系统频率安全稳定的前提下,使利润增加了14.9%,显著提高了光储联合系统的收益。     

改善电厂调频性能的储能策略研究和容量配置

具有快速充放电特性的储能技术,作为一种新的调频方式已逐步进入多国的辅助服务市场,参与到传统机组的自动发电控制(AGC)中。基于华北地区的辅助服务补偿政策,提出了改善电厂调频性能的储能充放电策略和容量配置方法。首先,根据政策中AGC考核指标Kp值的定义,提出调节速率、调节精度、响应时间3项指标的计算方法,并制定出提升调节性能、降低响应时间的储能充放电策略。同时,为了延长储能的使用寿命,制定了电池荷电状态的越限回归策略。在分析储能各项成本和收益的基础上,建立了以净收益最大为目标函数的储能经济性模型。最后,通过具体算例,对使用该策略前后机组的AGC性能进行对比分析并采用差分进化算法计算出了机组配置储能的最优容量。结果表明,使用储能策略可以显著提升机组的Kp值,带来明显的调频收益。     

基于瞬时功率镜像补偿的斜坡式重力储能系统功率平滑控制策略

针对重力储能系统因离散质量块切换引起的输出功率波动问题,提出了一种基于瞬时功率镜像补偿的功率平滑控制策略。首先介绍了斜坡式重力储能系统的工作原理,分析引起系统功率波动的原因;然后设计了抑制功率波动的系统结构以及功率平滑控制策略,并以11 kW的斜坡式重力储能系统为例,对系统结构参数进行理论计算;最后构建斜坡式重力储能系统仿真模型,分析了系统在质量块交替过程中的暂态波动特性。结果表明,应用所提方法,质量块在交替过程中可提供连续稳定的机械功率,较好地平滑重力储能系统的输出功率,验证了该方法的有效性。     

基于多阶段鲁棒优化的多站合一能源站市场优化策略

为解决考虑新能源出力不确定性的多站合一能源站参与电力现货市场问题,提出基于多阶段鲁棒优化的市场竞价策略。对多站融合系统中各子系统进行建模,其中包含分布式新能源、计算中心、电动汽车（EV）充电站、储能电站,并刻画了计算中心负荷的弹性和EV的异构性。以最大化最恶劣新能源出力场景下参与市场收益为目标,优化多站合一能源站的联合竞价,并将其转化为多阶段鲁棒优化进行求解。考虑到计算中心与能源站的利益主体不同,提出了基于拉格朗日乘子的成本分摊方法,将总收益在能源站和计算中心之间根据各自的贡献进行合理分配。最后,采用仿真算例验证了所提模型和算法的有效性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于串级PI-(1+PD)算法的含飞轮储能互联电网AGC控制器设计

针对传统控制器存在的响应速度较慢、超调较大及鲁棒性较差等问题,提出一种基于串级PI-(1+PD)算法的含飞轮储能互联电网AGC控制器设计方法。首先,建立含飞轮储能的两区域互联电网AGC系统模型,模拟飞轮储能联合火电机组参与AGC的过程。然后,设计一种基于串级PI-(1+PD)算法的AGC控制器。外环采用PI控制,内环采用带滤波系数的(1+PD)控制。在保证系统稳态性能的前提下,提高动态响应速度和抗扰能力,并通过粒子群算法的迭代寻优获得最优的控制器参数。最后,基于Matlab/Simulink进行算例仿真分析。结果表明：与传统PID控制和PI-PD控制相比,所提方法不仅具有更快的响应速度与更小的超调量,而且增强了系统抵御内部参数摄动的鲁棒性。     

风水储微电网优化调度策略研究

为了缓解风电因随机波动性对电网造成的冲击,增强风电的可控性,提出一种基于分频段补偿法的风水储微电网优化调度策略。该策略根据水电机组输出带宽,通过小波分解法对风电功率信号进行多尺度分解,得到水电机组和储能系统初级功率指令,再根据水机爬坡能力,对初级功率指令进行修正得到最终功率指令。基于MATLAB/Simulink平台建立了风水储微电网仿真模型,分析了所提调度策略与现有策略的控制效果,结果表明,所提调度策略能减小储能所需容量,降低储能配置成本;改善了微网内水机过渡过程,有利于微网稳定运行;提高了风电的可控性,使微网有功输出更平滑。     

基于电压下垂法的独立直流微网混合储能系统控制策略改进

针对独立直流微网中混合储能单元使用寿命问题,基于电压下垂控制的混合储能单元控制策略,提出了混合储能系统控制策略的改进措施。首先采用基于超级电容荷电状态的稳态功率修正策略,使超级电容在工作一段时间后荷电状态能够恢复至初始额定值,避免超级电容过充或者过放。其次,针对电池使用寿命问题,提出基于混合储能荷电状态的能量管理策略,以达到延长电池使用寿命的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真分析,证明该方法在光伏输出功率改变条件下可有效延长电池与超级电容使用寿命。     

考虑源网荷储协调互动的配电网无功优化

无功电压控制是保障电网安全稳定运行的基础,高比例新能源发电是新型电力系统的主要特征,挖掘新能源发电、储能以及柔性负荷等柔性可控资源的无功电压潜力能有效保障新型电力系统安全稳定运行。文中提出了一种考虑源网荷储互动的配电网无功电压控制方法,从负荷需求侧响应出发基于市场实时电价信息以负荷转移成本和用户购电成本为基础实现价格驱动需求响应的负荷平移策略;利用储能系统协调新能源发电出力和负荷平移规则,构建综合考虑源网荷储互动的配电网无功优化模型。通过调节无功补偿设备、储能充放电策略协调新能源出力,在满足负荷需求侧响应需求的基础上达到系统无功电压的最优控制。通过改进的IEEE33节点系统仿真分析,实验结果表明通过源网荷储的充分互动能够有效提高系统无功电压调节能力,实现配电网安全、经济运行。     

考虑最佳期望输出与荷电状态的风电场储能容量优化方法

风电场储能配置成本与功率波动平抑效果相互制衡,而储能容量的最优化则是解决上述问题的重要方式。为此,首先以并网功率目标值偏移量方差最小为优化目标,计算最佳期望输出,消除功率波动平抑输出目标值设定的主观性,并作为储能容量最优化的理论前提。其次,引入储能荷电状态(SOC)参量,基于模糊控制理论,根据SOC和充放电状态适时调整充放电功率,构建储能系统充放电策略,有效抑制过度充放。最后,由SOC关联的惩罚成本与运行成本之和最小建立优化模型,实现兼顾调度决策需求、储能系统运行寿命和经济性的储能容量最优化。利用改进的粒子群优化算法对相关优化问题进行求解。通过山东某风电场实际运行数据进行验证,对比分析结果表明了该方法的有效性。