海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

光储直流微电网系统协调控制策略研究

为了更好地控制、管理和使用随机性较大的分布式可再生能源和需求波动较大的负载,文章对光储直流微电网系统内不同的变换器提出不同控制策略,通过不同控制策略控制变换器协调运行来保证系统的稳定运行,同时利用基于超级电容和蓄电池的互补特性设计了级联的拓扑结构组成混合储能系统,使系统稳定性进一步提高;并将系统分为多个运行模式,在所提控制策略下系统在多个模式间实现平滑稳定切换。最后对运行中出现的分布式光伏电源输出波动和负载变化情况在MATLAB/Simulink进行了仿真实验。结果表明,所提策略能有效抑制系统直流母线电压波动和优化混合储能的运行,提高了系统的可靠性和稳定性,验证了控制策略的有效性和可行性。     

含储能双母线直流微电网电压和功率协调控制

双母线直流(direct current, DC)微电网采用传统的下垂控制时,存在电压控制性能与功率分配精度的局限性。为此,提出一种考虑储能荷电状态(state of charge, SOC)均衡的电压和功率协调控制策略。首先,对于高压或低压侧母线电压稳定和功率分配问题,在电压/电流双环控制策略的基础上,采用基于SOC幂指数的自适应系数动态改变功率分配比例,对电压和功率进行精确控制。其次,针对双直流母线由于功率不平衡造成的电压偏移问题,根据双侧直流母线电压差以及高/低侧的工作模式,制定高/低压母线之间DC/DC变换器的控制策略,保证高/低压侧功率平衡和电压稳定。最后,利用Matlab/Simulink软件建立不同工况下双母线直流微电网模型,并进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略可改善功率分配和电压控制精度,使各储能SOC趋于一致,同时实现高/低压直流母线之间功率相互支撑。     

考虑通信时延的直流微电网分布式储能单元协调控制

针对计及通信时延的直流微电网分布式储能系统多储能单元之间的协调问题,提出了一种模型预测控制策略。首先搭建多储能单元状态空间模型,设计多储能单元的模型预测控制及其电流期望轨迹。然后分析计及通信时延的一致性规律,补偿时延引起的荷电状态偏差。进而通过求解以快速跟踪电流动态期望值及控制信号变化最小为目标函数的最优解,保证系统直流母线电压稳定,实现各储能单元间协调稳定运行以及基于荷电状态的动态一致均衡。最后利用Matlab/Simulink仿真平台,验证所提控制策略在计及通信时延的情况下储能充、放电过程以及源、荷波动下的有效性和稳定性。     

微网中混储/柴协调运行策略研究

提出一种基于混储/柴的专家协调控制系统和算法。目的是在研究混合储能和微网中可调度单元在相同容量下,与传统单一储能和其他调度单元策略对比,以最大化微电网整体运行经济性和延长储能寿命。模型对比传统含单一储能协调控制策略,拟定负荷波动指标,将微网调度分为上层决策和下层实时调度,求解微网可调度单元的合理组合运行方式。采用费用折算耦合微网运行成本、环境效益和储能寿命量化为单目标函数,结合分阶段优化算法和自适应遗传算法求解。通过对实际算例分析,验证了该方法能有效提高电池使用效率,延长寿命,同时提高微网整体运行的经济性。     

冰蓄冷装置参与能量互补的微网自律协同控制研究

考虑冰蓄冷的多能微网,可高效灵活的接纳分布式发电单元和储能单元,为本地负荷提供高可靠性供电,同时实现多能互补,节能环保。本文提出了一种适用于多能微网的系统级自律协同控制策略：1)电能富足时,冰蓄冷、蓄电池等装置按照其额定容量吸纳电能,合理承担储能能量;2)负荷高峰时,优先投入冰蓄冷装置,其余冷负荷等效电负荷以及电负荷由其他储能装置按照其额定容量比合理承担;3) 可实现系统层面功率协同,有效利用冰蓄冷及储能装置容量,延长装置使用寿命,降低成本。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。#$NL关键词: 多能微网;自律协同控制;储能;冰蓄冷     

独立光储直流微电网分层协调控制

针对独立运行的光储直流微电网,提出分层协调控制策略。第一层控制光伏和储能系统等单元独立运行,且各单元变流器可依次对母线电压进行自动调节。采用自适应下垂控制协调多组储能来稳定母线电压并根据最大功率和荷电状态自动协调不同储能电池之间的负荷功率分配。当独立直流微电网中所需储能系统充电功率超过其最大允许功率时,光伏系统由最大功率跟踪控制切换为下垂模式控制母线电压稳定,且不同光伏单元可根据各自最大功率自动分配负荷功率,同时采用电压前馈补偿控制动态调整下垂控制器的参考电压将母线电压提升至额定值。为了提高运行效率并增强直流母线电压的稳定性,第二层控制根据母线电压协调不同变流器的工作方式,确保不同工作模式下均有变流器根据电压下垂特性控制直流电压来维持系统内的有功功率平衡。最后在Matlab/Simulink搭建仿真模块,分别验证在三种不同工作模式下所设计分层控制策略的有效性。仿真结果表明,该分层控制可实现独立直流微电网的稳定运行。     

含虚拟储能直流微电网的储荷协调控制技术

利用负荷的可控能力模拟储能设备的能量调节特性,可成为负荷侧提高系统运行能力的可行方案。首先,建立了可控负荷的旋转动能与直流电容储能元件的充放电能量之间的转换关系,阐述了源于可控负荷的虚拟储能的定义;其次,考虑负荷收益和蓄电池寿命损耗,建立了直流微电网的经济性评价模型,分析了虚拟电容值与系统总收益的关系;然后,综合分析了可控负荷调速过程的经济损失和虚拟储能控制过程中的储能折损收益,利用粒子群优化算法求解经济模型,为虚拟电容值提供计算依据,并提出了含虚拟储能的直流微电网储荷协调控制技术;最后,基于典型算例计算不同时段的虚拟电容值,通过对比投入虚拟储能前、后的经济性收益,验证了所提储荷协调控制技术不但能提高系统的功率调节能力,而且可以提高直流微电网的运行经济性。     

一种空调负荷和储能电池的协调控制策略

提出一种针对并网型微网的空调负荷和储能电池的超前控制策略,用于平抑微网联络线功率波动。首先,引入充放电冗余的概念,用于衡量由于混合储能系统不同单元充放电状态不一致导致的多余充放。其次,将空调负荷视作一种虚拟储能,构建混合储能系统,根据混合储能系统预测工作状态,实时调整当前控制策略。该方法可提高混合储能的功率波动调节能力,同时有效减少充放电冗余。最后,采用该策略对含1 000台空调的微网系统进行仿真,算例结果证实了本策略的有效性。     

基于储能荷电状态的主从控制微电网离网协调控制策略

双碳和新型电力系统建设目标下集成优化资源的微电网将是电网公司实现该目标的重要载体。微电网支持并网或离网运行,其离网运行可以提高供电可靠性,这是微电网的重要特性。离网运行的微电网需要合适的稳态控制策略,以保证微电网的长期稳定运行。目前一些依赖预测信息和采用模糊智能算法的能量管理方法在微电网的长期实际运行中会产生较大的稳态控制误差。为了更好地解决微电网离网运行时电力电量平衡定量的计算问题,提高微电网离网稳态控制精度,研究了基于储能电池荷电状态的主从控制微电网离网实时稳态协调控制策略,提出了微电网离网有功协调控制间歇电源调整、负荷调整、微电网停运等关键操作中储能荷电状态控制节点值的精确工程计算方法。针对实际微电网应用工程开展了协调控制策略的具体应用,仿真和实际运行证明了所提控制策略和计算方法的有效性。     

分散自律架构下微电网功率管理与协调控制

以包含光储单元的微电网为研究对象,首先总结分析了微电网在并网和孤岛模式下光储系统中光伏与储能的逆变器控制策略;然后提出了微电网在并网及孤岛模式下的功率管理策略,在并网模式下通过调节储能来维持公共连接点(PCC)处交换功率的恒定,在孤岛模式下通过分析微电网的多分段P/f特性曲线,针对不同运行场景基于本地信息对网内功率实施分散自律管理及控制。针对储能充电的场景,提出一种基于储能充电功率修正的管理控制策略,该策略通过改变光伏DC端口的参考电压使其偏离最大功率运行点,从而达到减发电的目的以满足储能荷电状态及最大充电功率的限制。最后基于仿真和实验对所提控制策略进行验证。     

储能与AGC机组协同的鲁棒调度

利用储能所具有的调节速率快的特点参与自动发电控制(AGC)机组调度,对应对风光间歇性具备明显的优势.已有计及储能的调度决策方法往往不能准确刻画储能应对风光间歇性的作用.为此,提出了储能协同AGC机组应对风光间歇性的两阶段鲁棒优化调度模型,将储能与AGC机组在控制中的动作轨迹抽象为任意2个瞬间之间的过程,利用储能所具有的...     

A classification control strategy for energy storage system in microgrid

Storage devices are indispensable elements in a microgrid to compensate for the power imbalance between loads and the distributed generator (DG) output. Different storage strategies give diverse performances in adjustment speed and capacity. Based on the performance of different storage devices and the features of power imbalance curve in different periods, a classification control strategy is proposed in this paper. First, storage devices are given priorities according to the adjusting speed, and the power imbalance curve is divided into two periods according to the changing speed. During an emergency, all the storages are employed to compensate the rapidly increasing power imbalance; during the steady period, storage device with higher priority is employed to track the instantaneous component of power imbalance, while storage device with lower priority is used to replace the kWh output of higher priority storage. The proposed strategy is tested in a microgrid within the subdistribution network of IEEE RBTS Bus6 system using Monte Carlo methods. Simulation results indicate that the classification control strategy could endow the system with fast adjusting ability through coordination between storages. Reliability indices of the testing system are utilized to demonstrate that the classification control strategy could improve the stability of the microgrid and reliability of the distribution network. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

需求响应下分布式储能协调运行策略研究

随着电池储能技术的不断成熟和发展,其在电力系统中也得到了广泛应用。针对需求响应下多点分布式储能电池的协调优化问题,分析了电池储能系统的调节响应特性,以用户用电成本最小化为目标,基于分时电价的储能电池需求响应,构建了以网损最小化为目标的多点分布式储能参与需求响应协调优化模型,并通过IEEE 3机9节点算例验证了模型的有效性,为电池储能系统在电网需求侧辅助服务市场中的应用提供技术支撑。     

多通信方式联合组网下的海岛微电网控制方法

由于偏远海岛环境恶劣、通信条件差,海岛微电网存在运行可靠性低、维护困难等问题。文中首先分析了海岛微电网监控系统的架构与功能要求,基于微电网控制的多时间尺度特征,结合偏远海岛的地理条件,确定采用混合通信方式能比较经济地满足微电网监控系统的通信需求,并基于通信的特点提出微电网的预防控制和紧急控制方法。在微电网正常运行时,根据监测的气象环境信息,预测分布式电源与负荷功率,制定微电网能量调度策略,对微电网实施预防控制;在微电网出现故障处于紧急状态时,根据监测的扰动大小及负荷功率信息,实施紧急控制。最后以某微电网为例,验证所提基于多通信方式的微电网预防控制与紧急控制方法的有效性。     

直流微电网的惯性与阻尼自适应协调控制

随着分布式发电单元的不断接入,直流微电网逐渐呈现出低惯性和弱阻尼特性,直流母线电压会随着功率扰动而发生突变或失稳。采用变下垂控制为系统提供虚拟惯性。通过根轨迹分析可知变下垂控制为系统提供虚拟惯性的同时会削弱系统的阻尼,使直流微电网出现持续振荡的风险。在此基础上,设计一种虚拟惯性与阻尼的自适应协调控制策略。其控制函数以电压为自变量,在大扰动和小扰动情况下,能够为系统提供虚拟惯性和有源阻尼,从而改善直流微电网的低惯性和弱阻尼特性,保证系统的安全稳定运行。通过在Matlab/Simulink仿真平台上搭建直流微电网模型,验证了所提协调控制策略的有效性。     

钒电池储能系统在城市微电网中的优化应用

为改善城区配电网的供电可靠性和电能质量,提高可再生能源在绿色节能建筑总能耗中所占比例,依托实际城市智能微电网工程开展风光储微电网的研究,重点分析全钒液流电池储能系统的关键部件设计、系统结构布局优化及运行模式控制等问题。通过实际运行分析,证明钒电池储能系统在城市微电网应用中的可靠性和有效性。     

孤岛运行方式下微电网储能系统能量成型控制策略

在分析微电网储能系统(ESS)结构的基础上,建立了微电网ESS的端口受控哈密顿(PCH)模型,设计了PCH控制器,确定了期望平衡点,给出了微电网ESS的能量成型控制策略。建立含可再生能源发电单元和ESS的微电网仿真模型对所提策略进行仿真,仿真结果表明,与典型PI闭环线性控制策略相比,所提控制策略在孤岛运行期间能很好地满足对ESS的控制要求,且具有更好的快速性、鲁棒性。     

分布储能直流微电网中多储能荷电均衡控制策略

在分布式储能孤岛直流微电网系统中,针对传统下垂控制策略无法实现荷电状态均衡、功率分配不精确和母线电压跌落的问题,提出了一种自适应下垂控制策略。首先将双曲正切函数与荷电状态相结合,利用双曲正切函数的特性,限制下垂系数的范围并且快速进行调整。然后通过调节补偿量,使下垂系数对应的电压相等,设计了功率分配的补偿策略。最后计算线缆阻抗,设计了二次母线电压补偿策略。Simulink仿真实验结果表明,所提控制策略可以实现荷电状态的均衡和功率的精确分配,并且使母线电压能够准确维持在额定值。     

微电网跟踪调度计划双层双时间尺度实时控制策略

为了提升微电网跟踪调度计划的能力,并降低分布式电源和负荷的功率波动对跟踪效果的影响,提出一种利用由超级电容和电池储能组成的混合储能系统跟踪调度计划的双层双时间尺度实时控制策略。上层基于模型预测控制方法建立日内滚动优化模型,结合分布式电源和负荷的超短期功率预测结果,综合考虑一段时域内的跟踪偏差及混合储能系统的功率和荷电状态对跟踪调度计划进行滚动优化;下层在上层优化结果的基础上,采用基于荷电状态的混合储能系统实时控制策略对超级电容和电池储能的实时功率进行协调分配,进一步降低分布式电源和负荷的实时功率波动对跟踪效果的影响。通过仿真算例对所提控制策略进行验证,结果表明:所提策略不但实现了良好的实时跟踪调度计划的控制效果,而且优化了超级电容和电池储能的荷电状态。