基于KF-MPC的光储系统双调节反馈优化控制方法

利用储能技术能够有效平抑光伏功率波动,提高光伏输出功率的稳定性。该文提出一种基于卡尔曼滤波-模型预测控制(KF-MPC)的光储系统双调节反馈优化控制方法,即将卡尔曼滤波和模型预测控制相结合,采用双调节反馈控制实现光储系统的优化控制。在卡尔曼滤波器中引入滤波调节因子,通过自适应调节卡尔曼滤波增益使储能系统在不同工况下有效平抑光伏功率波动。在模型预测控制器中以储能出力最小、荷电状态最优以及光伏波动率最低为目标,通过模型预测控制滚动优化得到储能系统最优出力和最佳荷电状态。通过对某光储电站实际运行数据分析可知,该文所提出的控制策略在平抑光伏功率波动的同时还可有效延长储能系统使用寿命,具有工程应用前景。     

面向友好接入含氢能系统海上风电场台风期间的协同控制方法

目的  随着双碳目标的稳步推进,越来越多的分布式可再生能源接入电网。其中,在经济发达、沿海电力负荷大的地区大力开发海上风力发电已成为国内外学者广泛关注的热点。然而,风力发电固有的间歇性,特别是台风期间海上风电场与主网主动断开时,会对受端电网造成不利影响。 方法  为了实现台风期间海上风电友好接入,考虑到氢储能具有储存效率高、排放低和应用广泛等优点,文章提出了一种海上风电场与氢能管理系统（Hydrogen Management System,HMS）之间的协同控制方法,一方面,台风临近时期,可在正常运行下最大限度地利用风能发电;另一方面,台风过境,海上风电逐步脱网时氢能系统释放电能以缓解风电场的有功骤降,弥补传统发电机组启用存在爬坡率等问题,以减小其对受端电网的不利影响,有效平移海上风电输出的波动性。文章首先详细介绍了海上风电场与氢能系统的物理建模方法及控制模型,并说明了台风期间二者之间的协同控制策略。 结果  最后,通过仿真验证,所提方法可使海上风电场能够更灵活、更友好地满足台风期间的并网运行。此外,氢储能系统可在正常运行下最大限度地利用风能发电。 结论  在台风期间,可通过控制氢能系统释放电能以弥补传统发电机组启用存在爬坡率等问题,以减小其对受端电网的不利影响。     

应用于平抑风功率的燃氢燃气轮机储能系统控制策略研究

储能技术可用于提高风电并网能力,因此其储能系统及控制策略成为研究热点。提出将燃氢燃气轮机作为储能系统主要部分,低通滤波器结合模糊控制作为其平抑风功率的控制策略。通过设定储氢罐容量,对15台1.5 MW风机的历史风功率数据进行了处理。结果表明：低通滤波器结合模糊控制能有效平抑风功率至限制值,实现平抑指标,并得到储氢罐容量的设置限制;可实现储能时燃气轮机不工作,耗能时燃气轮机工作,当储氢罐容量为0.017 m³时,燃气轮机输出功率为0.1 MW。在将燃气轮机作为平抑风功率的储能系统时,需将燃气轮机的启停控制作为今后的研究重点。     

The energy storage system output control strategy to improve theshort term windpower forecastingaccuracy rate

目前对于储能系统应用于平抑新能源发电的波动性、移峰填谷等场景的控制策略已有文献研究,但对于风功率预测准确率影响风电场效益的机制下储能系统应用的可行性尚未见研究。本文提出了一种以减小风电场短期功率预测偏差为目标的储能系统出力控制策略,控制策略以风电场实时出力数据（秒级）为数据源,采用线性外推加以移动平均优化的方法预测下一时刻风电场出力,通过比较风电场短期功率预测值与实时预测值,计算储能系统期望出力,并根据储能系统不同SOC区间内的出力能力进行约束,输出储能系统出力指令,最后进行了仿真验证。结果表明,本文提出的储能系统出力控制策略,能够使风电场通过配置储能系统,减少短期功率预测准确度考核,对风电场的精益化运行具有指导意义。     

A power allocation strategy of a hybrid energy storage system for a PV grid-connected system

针对光伏并网系统中光伏微电源出力的波动性和间歇性,将蓄电池和超级电容器构成的混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）应用到光伏并网系统中可以实现光伏功率平滑、能量平衡以及提高并网电能质量。在同时考虑蓄电池的功率上限和超级电容的荷电状态（SOC）的情况下,对混合储能系统提出了基于超级电容SOC的功率分配策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。超级电容和蓄电池以Bi-direction DC/DC变换器与500 V直流母线连接,其中超级电容通过双闭环控制策略对直流母线电压进行控制。仿真结果表明,所提功率分配策略能对混合储能系统功率合理分配,而且实现了单位功率因数并网,稳定了直流母线电压。     

平抑风电功率波动的储能容量经济配置方法

以东北某风电场月出力实测数据为对象,通过分析该风电场的功率波动特性,提出了储能系统功率、容量配置方法。该方法以储能系统投资收益最大为目标,结合储能平滑风电出力效果,获取经济性最优的储能系统容量配置方案。结果表明,该优化配置方案在平滑风电功率的前提下,具有良好的经济效益,为风电场中配置储能系统、推进储能系统规模化应用提供了参考。     

光伏并网发电功率波动与对策

分析了光伏并网发电功率波动对电网可能造成的危害及储能型光伏并网系统的运行工况,提出了并网功率的给定方法,即以光伏阵列输出功率进行低通滤波后的值作为参考并网功率,还详细分析了低通滤波器的设计、双向DC/DC变换器的功率控制,最后进行了仿真研究。仿真结果表明,采用此控制策略可以有效控制功率的波动,减小其变化率,即使光照波动较大,光伏系统输出的电流波形也很好,储能系统随着光伏阵列发出功率的波动而改变功率流动的方向和大小。     

The world's largest all-vanadium redox flow battery energy storage system for a wind farm

风力发电具有明显的随机性,间歇性,不可控性和反调峰特性,风力发电的大规模并网给电网调峰和稳定,安全运行带来了巨大压力,造成弃风限电现象愈加严重,严重影响了风力资源的有效利用和经济效益.全钒液流电池储能电站在能量管理系统的调度下,对风力发电输出功率进行平滑,配合风电场功率预报系统,提高风电场跟踪计划发电能力,改善了风电场并网电能质量,降低了对电网的冲击与影响,同时也提高了风电场输出功率可控性,有利于提高电网对风电的接纳能力.国电龙源卧牛石风电场配套的5 MW/10 MW∙h全钒液流电池储能系统为目前世界上最大规模的全钒液流电池储能系统.本文介绍了该全钒液流电池技术特点和储能系统的设计,成组方案及功能,并对储能技术在可再生能源发展中的作用进行了展望.     

风氢耦合系统超前控制策略研究

针对风电场计划出力跟踪精度不足、储能系统调控不力、输出功率波动较大的问题,本文提出风氢耦合系统超前控制策略,其中风氢耦合系统由风电机组-电解槽-储氢罐-燃料电池耦合而成.基于氢储能系统状态、超短期预测功率及日前计划出力,制定系统调节策略,提出最大化计划出力跟踪能力、最大化储能系统调节能力以及最小化功率波动平滑加权的目标...     

超导储能对并网型风电场运行性能影响的仿真分析

采用超导储能(SMES)可以改善风电场并网运行的稳定性,针对风电系统中出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用超导储能安装点的电压偏差信号作为超导储能有功控制器的控制策略。为了验证这种策略的有效性,建立了风电机组和超导储能装置的数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。仿真结果表明,采用该控制策略不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

Fuzzy neural control of a hybrid fuel cell/battery distributed power generation system

An innovative control strategy is proposed of hybrid distributed generation (HDG) systems, including solid oxide fuel cell (SOFC) as the main energy source and battery energy storage as the auxiliary power source. The overall configuration of the HDG system is given, and dynamic models for the SOFC power plant, battery bank and its power electronic interfacing are briefly described, and controller design methodologies for the power conditioning units and fuel cell to control the power flow from the hybrid power plant to the utility grid are presented. To distribute the power between power sources, the fuzzy switching controller has been developed. Then, a Lyapunov based-neuro fuzzy algorithm is presented for designing the controllers of fuel cell power plant, DC/DC and DC/AC converters; to regulate the input fuel flow and meet a desirable output power demand. Simulation results are given to show the overall system performance including load-following and power management of the system.     

电网故障条件下风储联合系统无功自适应控制

针对电网三相对称故障条件下风电场电压不稳定的问题,文章提出了一种基于神经元的风储联合系统无功功率自适应控制策略,该策略以风储联合系统公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)的电压和电流为控制器的输入,采用Hebb学习算法作为自适应律,以获得准确的无功补偿。通过动态调整控制器的参数,使储能系统协调风电达到自适应输出无功功率的效果,提高系统在电网故障下的电压稳定性和风电故障穿越能力。最后,利用Matlab/Simulink仿真验证了该控制策略的有效性和正确性,与常规PI控制策略相比,文章所提出的控制策略可使风储系统迅速提供无功功率,PCC点的电压得到明显上升。     

千瓦级小型液压式波浪能装置能量转换系统研究

针对小型海洋观测仪器用电需求,研究高效、可靠的小型液压式波浪能装置能量转换系统。在实验室建立一套3 kW的液压式波浪能能量转换系统,进行不同电阻负载、不同蓄能体积以及不同控制策略的液压系统试验,获得PTO效率曲线及各发电过程的特性曲线,详细分析不同控制策略的能量转换特性,得到PTO效率随阻值的增大趋于平稳、蓄能体积基本不影响PTO转换效率的结论,验证有蓄能器无控制器型直冲式能量转换系统的可行性。     

Application analysis of a superconducting fault current limiter-magnetic energy storage system for the wind farm

风力发电所面临的两大重要问题是低电压穿越能力弱和功率输出不稳定。为了同时解决这两个问题,我们提出了超导限流-储能系统,并进行了单机系统的仿真研究,证实了该方案的有效性。然而对于风电场的应用,目前尚无研究。本文将超导限流-储能系统的应用扩展到风电场,分析了其提高低电压穿越能力和稳定有功功率输出的机理,并进行了仿真研究。从仿真结果来看,超导限流-储能系统能够同时提高风电场所有风机的低电压穿越能力,并能有效地平滑整个风电场的有功输出功率。考虑不同风机的互补效应,将该系统应用于风力发电场与直接应用于单台风机相比,其储能量和功率输出的要求可以大大降低,从而可以有效地减少系统总成本,因而具有更好的应用前景。     

Control strategies for a photovoltaic--Energy storage hybrid system

受光照,温度等自然条件影响,光伏电源输出有功功率具有较大的波动性.因此,本身既非恒压源又非恒流源的光伏电源并网运行时会产生一系列问题,如对电网冲击性大,需增加旋转备用容量,难以参与电网调度等.利用电池储能系统来控制有功功率输出,可以使平滑光伏电源功率波动成为可能.研究了光储联合发电系统的运行模式,提出了适用于光储联合发电系统的拓扑结构和控制策略,并对储能用功率转换系统(PCS)进行了分析和设计,最后基于某光伏电站的实际历史运行数据,对所提出的方案进行仿真研究,仿真结果验证了光储联合发电系统控制策略的有效性和可行性,为光储联合运行示范工程提供了一定的理论依据和有力借鉴.     

An analysis for the need of a battery energy storage system in tracking wind power schedule output

电池储能系统(battery energy storage system,BESS)在风储联合应用中具有多种功能,利用电池储能系统提高风电并网调度运行能力是当前研究的热点之一.文章基于我国北方某风电场历史运行数据与预测数据,依据预测误差评价指标和风电场预报考核指标的综合评价方法对风电场预测数据进行分析研究,归纳了预测误差的概率分布特征;提出利用电池储能系统提高风电跟踪计划出力能力,统计并量化出电池储能系统用于跟踪计划出力场合的作用范围;通过仿真验证电池储能系统在风储联合系统中提高风电跟踪计划出力控制策略的有效性和可行性.     

Compensation of network voltage unbalance using doubly fed induction generator-based wind farms

A control strategy for compensating AC network voltage unbalance using doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms is presented. A complete DFIG dynamic model containing both the rotor and grid side converters is used to accurately describe the average and ripple components of active/reactive power, electromagnetic torque and DC bus voltage, under unbalanced conditions. The principle of using DFIG systems to compensate grid voltage unbalance by injecting negative sequence current into the AC system is described. The injected negative sequence current can be provided by either the grid side or the rotor side converters. Various methods for coordinating these two converters are discussed and their respective impacts on power and torque oscillations are described. The validity of the proposed control strategy is demonstrated by simulations on a 30 MW DFIG-based wind farm using Matlab/Simulink during 2 and 4% voltage unbalances. The proposed compensation strategy can not only ensure reliable operation of the wind generators by restricting torque, DC link voltage and power oscillations, but also enable DFIG-based wind farms to contribute to rebalancing the connected network.     

采用混合储能的风电场输出平滑控制

以装备DFIG机组的风电场为例,研究分析了混合储能系统的配置方案。针对风电功率的波动,提出了一种基于频率分解的混合储能平滑控制方法。设计了相应的储能装置控制器,使得一定时间内风电机组或风电场接近恒定的功率,从而体现出常规电源的可控性。针对不同的储能配置方案进行了仿真实验,结果表明采用该方法可以使整个风电场按照调度的指令,在一定的时间范围内,保持输出功率在电力系统调度范围之内。     

Z-Source-Inverter-Based Flexible Distributed Generation System Solution for Grid Power Quality Improvement

Distributed generation (DG) systems are usually connected to the grid using power electronic converters. Power delivered from such DG sources depends on factors like energy availability and load demand. The converters used in power conversion do not operate with their full capacity all the time. The unused or remaining capacity of the converters could be used to provide some ancillary functions like harmonic and unbalance mitigation of the power distribution system. As some of these DG sources have wide operating ranges, they need special power converters for grid interfacing. Being a single-stage buck–boost inverter, recently proposed Z-source inverter (ZSI) is a good candidate for future DG systems. This paper presents a controller design for a ZSI-based DG system to improve power quality of distribution systems. The proposed control method is tested with simulation results obtained using Matlab/Simulink/PLECS and subsequently it is experimentally validated using a laboratory prototype.      

基于电池储能系统和双重扩展卡尔曼滤波的风能发电智能调度技术研究

风能等新能源发电系统在供电体系中的占比越来越大,但其随机性和波动性问题,将风力发电厂输出的电力直接向电网调度会造成安全隐患。为了解决这一问题,基于电池储能系统提出了一种风能发电智能调度技术,该技术以风力发电动力学模型和电池储能系统状态模型为基础,利用双重扩展卡尔曼滤波算法实现了风能发电系统的稳定输出。以某地风速实测数据和电网需求功率为参考,对不同算法的输出功率预测值进行了仿真分析和实验对比。结果表明：提出的改进算法预测的风速值误差相比于传感器观测值平均误差降低了28%以上,可以更准确地提供发电系统输出功率;提出的智能调度技术可以使电压波动幅度降低60%以上,系统整体输出功率稳定在参考功率附近,误差不超过2%,有一定的实用意义。