基于权重因子和荷电状态恢复的储能系统参与一次调频策略

电池储能可快速吞吐功率,被视为优质调频资源,但过度充放电会导致其调频能力不足。文中提出一种改善的储能系统参与一次调频效果的控制策略。首先,将储能调频死区设置在机组死区范围内,并结合电网频率特性分析储能调频死区变化对频率的影响。在此基础上,基于权重因子和荷电状态(SOC)恢复提出储能参与的一次调频策略：在频率波动超过储能调频死区时,为避免电池过度充放电提出储能调频系数计算方法,同时引入控制虚拟惯性和虚拟下垂出力比重随频率变化而调节的权重因子,进而设计了调频控制方法;在频率不超过储能调频死区时,兼顾储能恢复需求和电网承受能力,提出储能SOC恢复方法。仿真结果表明：所提策略能有效改善电网频率波动和储能SOC。     

考虑荷电状态约束的储能参与电网一次调频综合控制策略

电池储能具有响应速度快、控制精度高、容量配置灵活的优点,近年来在电网调频中得到广泛关注。但传统控制方式易造成电池过充或过放,给电网运行及电池使用带来负面影响。针对该问题,提出一种考虑荷电状态 (state of charge,SOC)约束的储能参与电网一次调频综合控制策略。首先,构建储能电池参与电网一次调频的自动发电控制(automatic generation control, AGC)模型,提出根据电池SOC约束进行储能容量配置的方案。其次,通过对储能虚拟惯性控制及虚拟下垂控制的特征分析,根据电网频率偏差动态变化进行分配比例系数的设计,实现2种方式参与度的平滑改变。再次,以适应于电池SOC状态的参数自适应调节为目标,进行储能充放电控制系数的调整,以改善调频性能及电池SOC的变化特征。最后,通过多种方法的仿真对比,验证了所提方法的可行性和有效性。     

储能电池与常规机组配合参与一次调频的自适应控制策略

为充分发挥电池储能系统与常规机组在一次调频中的各自优势,文中对储能采用下垂控制与虚拟惯性控制结合的控制策略,通过设置随频率偏差变化而调整的下垂系数,实现增发功率在常规机组与储能之间的合理分配;为避免储能电池发生过充过放现象,提出一种考虑SOC反馈调整出力的自适应控制策略;电网中储能容量配置不如常规机组,设计一种储能适时投入与退出调频的控制策略,使储能在频率急剧变化或偏移至常规机组一次调频能力范围外时投入调频;在频率基本稳定时储能平稳退出调频以保持SOC。最后利用Digsilent/PowerFactory软件对区域电网分别进行阶跃负荷扰动和连续负荷扰动仿真实验,结果表明在阶跃扰动下该控制策略可显著改善暂态频率特性,在连续扰动下可以兼顾频率偏移指标与SOC的保持。     

计及SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略

考虑电池储能系统自身容量限制下提升一次频率响应的自适应性,提出一种计及荷电状态(SOC)的电池储能系统一次调频综合控制策略.建立电池储能系统一次调频动态模型,对比分析了虚拟惯性与虚拟下垂控制对电网频率偏差的调节特性.设计考虑SOC的电池储能系统一次调频自适应综合控制策略,并引入一种由综合考虑频率偏差及其变化率的输入系数与计及电池储能系统SOC的反馈系数相结合的自适应因子,输入系数由模糊逻辑控制器自适应调节,反馈系数通过回归函数自适应调节.最后搭建仿真模型进行阶跃和连续负荷扰动工况下不同控制策略对比分析,仿真结果验证了所提控制策略能自适应控制电池储能系统出力,有效提升一次调频效果.     

考虑储能调频死区的一次调频控制方法

提出一种考虑储能调频死区的综合一次调频控制方法。通过对常规机组调频死区机理分析,定义储能参与调频的死区限制,为充分发挥储能快速、精准响应在电网调频中的潜力,将储能调频死区的界限设置在常规机组死区的范围内,有效改善电网频率质量,并避免常规机组参与调频的频繁动作;通过分析虚拟下垂与虚拟惯性控制对电网频率的影响,提出一种将二者合理结合的控制方法,依据系统调频需求,选择相应的控制策略,以实现两种控制策略的协调运行及优势互补;为了约束储能功率输出,对虚拟下垂与虚拟惯性控制采用基于logistic函数的自适应控制规律,从而避免荷电状态(SOC)耗尽或饱和现象的发生。最后利用Matlab/Simulink对典型区域电网进行了仿真证明,结果表明所提控制策略可以有效改善频率质量,同时能明显减少常规机组的动作比例。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

考虑SOC的电池储能系统一次调频策略研究

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)以其控制精度高、响应速度快等优势被广泛应用于电网中。为充分发挥BESS参与电网一次调频的优势,提出一种基于荷电状态(State Of Charge,?SOC)与频率偏差的综合控制方法。首先,为了改善电池循环寿命,设计基于荷电状态SOC的下垂系数与虚拟惯性系数。引入基于频率偏差的加权系数将下垂出力与虚拟惯性出力相结合,在频率偏差较小时增加虚拟惯性出力权重以稳定频率,在频率偏差较大时增加下垂出力权重以快速调节频率偏差,并在频率偏差超过一定限度后进行故障穿越时的频率支撑,而当电网状态变好且SOC较低或较高时进行SOC恢复。其次,提出BESS参与电网一次调频的评价指标以定量评估所提策略的调频效果及SOC维持效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建BESS仿真模型,并在阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、瞬时性短路故障及光伏间歇性出力扰动工况下仿真验证所提策略的调频效果及SOC维持效果。仿真结果表明,所提策略能实现较好的调频效果并将SOC维持在合理区间内。研究成果为BESS成套设备生产厂家合理设计控制保护参数提供参考,对提升BESS涉网性能具有实际意义。     

储能电池参与一次调频的综合控制方法

为实现虚拟下垂与虚拟惯性2种控制方法优势互补,提出了一种储能电池(BES)参与一次调频的综合控制方法,该方法全面考虑了不同频率区间下电网对调频的需求、2种控制策略的优势与储能自身容量限制等因素。通过分析储能虚拟惯性控制策略对系统动态特性的影响,发现其阻碍频率恶化的同时也会阻碍频率的恢复,提出了一种虚拟负惯性控制策略;在此基础上,为了保证储能电池荷电状态(SoC)的维持效果,提出了一种考虑SoC反馈的自适应控制规律。最后,为了充分利用虚拟惯性控制与虚拟下垂控制的优点,定义了合适的频率偏差临界值,依据系统调频需求,选择相应的控制策略。以典型区域电网为例,在MATLAB中对1.5%阶跃扰动与20 min连续扰动进行仿真验证,并对调频效果和SoC维持效果进行综合评价,验证了所提方法的有效性。     

基于充放电裕度的电动汽车集群一次调频控制策略

针对未来电网一次调频资源不足的问题,提出一种基于充放电裕度的电动汽车集群虚拟储能参与电网一次调频的自适应控制策略。首先,分析电动汽车的调控运行范围。其次,研究电动汽车集群参与电网一次调频方法。考虑电动汽车充放电时间和电池荷电状态（SOC）裕度,设计电动汽车充放电裕度指标。接着,提出基于充放电裕度的自适应一次调频控制策略,优化电动汽车参与一次调频的下垂功率,从而兼顾电网一次调频和电动汽车充放电需求。然后,通过定时更新方式评估电动汽车集群虚拟储能的一次调频能力,并提出一次调频效果评价指标。最后通过区域电网仿真案例分析,验证了所提策略在减少系统频率偏差和优化电动汽车一次调频出力的有效性。     

光伏电站一次调频控制策略研究

大规模光伏电站接入电力系统,降低了系统惯性和一次调频能力,导致电网频率波动增大,安全稳定性变差,令其参与电网调频是解决该问题的重要途径。针对现有光伏电站减载运行参与一次调频能力受辐射度传感器影响大、减载算法公式复杂等问题,提出一种不依赖传感器的光伏电站一次调频控制策略。该策略首先设计有功备用控制层,提出一种减载算法令光伏电站按照设定的有功备用比减载运行,为一次调频做铺垫;然后利用改进下垂控制和虚拟惯性控制设计频率响应层,将电网频率波动信息转变为有功备用比增量;基于有功备用控制层和频率响应层提出了变备用比的一次调频控制策略,实现一次调频,最后通过RT-LAB进行实验验证。实验结果表明所提减载算法可靠性高,一次调频控制策略能够有效改善电力系统一次调频效果,缓解新型电力系统的调频压力。     

基于模糊控制的储能参与一次调频综合控制策略

针对储能调频控制模式间以临界值方式直接切换造成功率跃变及储能荷电状态（SOC）过高过低,储能出力受限问题,提出一种基于模糊控制的储能参与的一次调频综合控制策略。首先,分析储能虚拟下垂、虚拟惯量和虚拟负惯量控制参数对系统频率响应的影响,确定各控制参数调频优势和稳定变化范围;其次,设计含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现控制模式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;最后,采用logistics函数设计SOC反馈控制策略和SOC自恢复控制策略,使储能容量得到更好的保持,提高储能的调频能力。仿真实验验证了所提策略的有效性。     

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高，增加了电网频率控制的复杂度，储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题，但受储能运行的安全性与经济性约束，需要调频措施更具针对性。本文对此展开研究，提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先，在储能辅助电网调频模型基础上，选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法，通过电网频率变化率(rate of change of frequency，RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析，设计基于频率响应特性的调频需求分区规则；然后，根据不同调频需求对应的分区判断，对储能有功输出方式进行动态调整，以响应调频需求的不确定性；在此基础上，针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系，通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡。最后，仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上，有效降低储能充放电深度。     

风电机组参与一次调频的改进控制策略∗

风电机组常采用下垂控制和虚拟惯性控制参与电网一次调频,现有研究表明下垂系数和惯性系数设置不合 理会影响调频的效果,因而提出一种基于多目标优化控制参数的改进控制策略.基于频率波动的平均频率偏差值,同 时考虑频率趋于稳定的时间等影响调频效果的因素,构建惯性/下垂控制参数设置的多目标优化模型,采用遗传算法 求解最优参数组合,通过与以最大频率偏差值为优化目标的调频结果进行对比,验证了所提方法在综合优化调频效果 方面的有效性和优越性.     

基于线性分解的混合储能辅助火电机组调频控制∗

面对大规模新能源并网带来的电力系统频率安全挑战,储能技术的发展为解决频率安全问题提供了解决方 案.混合储能系统辅助火电机组参与调频可以有效改善电网调频性能,因此提出一种基于线性分解的混合储能调频控 制策略,将频率偏差分解后得到高低频分量,飞轮储能和锂电池的功率指令由自适应虚拟下垂控制产生.仿真结果验 证了所提策略的有效性,混合储能系统的参与在改善电力系统调频效果的同时可减缓火电机组的出力波动.     

基于虚拟同步发电机控制的光/储/燃料电池微电网能量管理

为提高微电网自主参与电网运行和管理的能力,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光/储/燃料电池微电网。针对逆变器VSG控制与前级分布式电源及附加储能单元的协调配合问题,以储能荷电状态(SOC)为依据,分别设计了光伏和燃料电池VSG的能量管理策略,使微电网响应电网需求参与一次调频且提供惯性的同时,实现了光伏发电的最大功率输出、燃料电池发电的燃料平衡调节以及储能单元SOC的安全可控。最后,利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真模型,验证了所提能量管理方案能够实现VSG控制与分布式电源及储能的协调配合,在并/离网下都能保证微电网安全可靠运行。     

考虑环境温度的磷酸铁锂电池SOC实时修正及频率控制方法

配置储能系统是解决新能源机组并网对电网产生冲击，保证系统安全可靠运行的有效手段。温度会对磷酸铁锂（LFP）电池的电性能产生显著的影响，从而影响储能参与电网调频过程中的实际充放电情况。该文重点分析温度对LFP电池荷电状态（SOC）的影响，首先展开温度对LFP电池实际容量、充放电效率等电池特性的影响机理研究，结合设备厂商给出的实际测试数据，提出基于环境温度的LFP电池模型参数修正方法；然后研究储能系统考虑校正SOC的时变下垂控制方法，提供快速频率支撑；最后在改进的IEEE 13节点微电网上验证了考虑环境因素后，能更准确地估计储能的SOC状态，提高了电力系统频率控制可靠性。     

考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法

规模间歇电源并网引起的电网频率问题,导致对引入储能辅助调频的研究越发迫切。提出一种考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法。阐述了储能电池功率和容量设计的通用方法;通过分析储能电池在调频运行过程中的成本和效益,基于全寿命周期理论,运用净现值法结合仿真模型构建储能电池参与一次调频的技术经济模型;设计了一种储能电池参与一次调频的充放电策略,在此基础上,考虑受风电出力波动影响的电网综合负荷,从与之对应的电网频率信号波动特性出发,在确定的电网调频及储能电池运行要求约束下,得出调频效果最优、经济性最优以及两者综合最优目标下的储能电池容量配置方案。仿真结果表明了该方法的合理性及有效性。本研究有助于推动储能电池在辅助调频服务上的示范与工程化应用。     

考虑用户充电计划的电动汽车辅助调频控制策略

电动汽车(electric vehicle,EV)可作为储能装置参与电网调频,但车网互动(vehicle-to-grid,V2G)过程的低惯性、低阻尼会影响电网稳定性,且目前的EV辅助调频策略无法保证按时完成用户的充电计划。因此,文中将虚拟同步机技术应用于EV的充放电控制中,使充电机具有与同步发电机类似的惯性、阻尼特性。然后,基于T-S模糊控制器,提出一种考虑用户充电计划的EV辅助调频控制算法,EV的充/放电功率由其充电状态和电网频率共同决定。仿真结果表明,所提控制策略能够在不同的充电计划、EV荷电状态和电网频率条件下,智能调节电网与EV之间的功率流动。在满足用户充电需求的同时,该策略能有效提高电网的频率稳定性,规避电池过充、过放风险。     

基于动态下垂系数与SOC基点的储能一次调频控制策略

为高效利用储能资源满足电网一次调频需求,提出一种基于动态下垂系数与动态SOC基点(Dynamic Droop Coefficient and Dynamic Reference of SOC,DDC&DRSOC)的储能一次调频控制策略。提出以电网调频死区为分割边界将储能调频过程划分为调频阶段与SOC恢复阶段:在调频阶段,以SOC和最大频率偏差为控制量自适应调整储能出力深度以防止储能SOC的饱和或殆尽;在SOC恢复阶段,首先提出适应负荷变化的动态SOC恢复基点调整方法,然后提出兼顾SOC恢复需求与电网承受能力的储能出力确定方法,最后设计双层模糊控制器实现动态SOC基点值和储能出力值的确定。提出3个评价指标评估一次调频效果与SOC维持效果。以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动下验证了所提策略的有效性。仿真结果表明所提策略SOC维持效果较对比策略提高9%,调频效果提高4%。     

飞轮储能辅助燃煤机组调频动态过程仿真研究

近年来,可再生能源的快速发展对电网稳定性带来挑战,对常规燃煤机组的调频能力提出了更高的要求。但由于大容量燃煤机组热惯性较大,过快的调频速度会严重损害燃煤机组运行的安全性和经济性,而采用飞轮储能辅助燃煤机组调频能很好的解决上述问题。基于燃煤机组在发电过程中的工作特性,构建锅炉系统、汽轮机系统的数学模型;同时根据永磁同步电机的工作原理,对飞轮储能充放电过程控制策略进行研究,并在区域电网中模拟飞轮储能系统和常规火电机组共同参与二次调频互补协调运行的过程。在MATLAB/simulink中构建仿真模型对所提出的控制策略进行验证并得到仿真结果:耦合飞轮储能系统能减少系统频率变化量约1/2,同时减少输出功率波动和锅炉主蒸汽压力波动。结果表明,利用飞轮储能系统辅助燃煤机组调频,不仅能极大地提高调频质量,同时降低汽轮机输出功率波动和锅炉主蒸汽压力波动,延长机组寿命。