Inhibition of wind power fluctuations of battery energy storage system adaptive control strategy design

为了增加电池储能系统针对大规模风电并网对电网系统的友好性,降低风电功率波动对电网的不利影响,本文提出以电池荷电状态和风电功率为反馈量,改变平抑时间常数和电池储能系统充放电目标功率为目标的平抑风电功率波动的自适应控制策略。经仿真验证,上述策略能有效避免电池的荷电状态大幅波动,延长电池使用寿命,从而减小电池储能系统的安装容量,最大限度地发挥电池储能系统的作用。     

考虑预测误差分析的混合储能补偿优化策略

为提高风电场预测功率精度,对于风电场和混合储能构成的风储混合系统,提出基于预测信息搭建的混合储能补偿方案。首先,依据风电预测误差进行概率统计分析,提出风电功率预测误差的分层补偿策略,制定针对补偿预测误差的允许误差域及置信区间补偿域。其次,利用储能对不同误差层的预测误差给出相应的储能补偿方案,基于小波包分解将超出区域外待补偿预测误差分解,通过不平衡功率DFT分频法确定临界点作为功率型储能和能量型储能的目标分配值,对于荷电状态越限问题通过自适应模糊控制进行二次修正。最后,以新疆某风电场为例进行仿真分析,结果表明所提策略可有效减少风电功率预测误差。     

考虑超级电容SOC的混合储能系统功率分配策略

为解决超级电容能量密度小、在运行过程中荷电状态(state of charge, SOC)容易越限的问题,对传统低通滤波法进行改进,提出考虑超级电容SOC的功率分配策略。该方法依据超级电容的SOC划分5个不同的工作区域,并以超级电容的SOC作为变量,在不同工作区域同滤波时间常数建立相应的函数关系,之后根据SOC的变化动态调整滤波时间常数,实现蓄电池和超级电容之间功率的合理分配,保证超级电容SOC维持在合理范围内。最后,在Matlab/Simulink中搭建相关模型并仿真验证所提方案的正确性和有效性。仿真结果表明,同传统低通滤波法相比,该方法可在平抑功率波动的同时,根据超级电容的SOC合理分配超级电容和蓄电池的功率需求,使超级电容的SOC自行恢复,防止其过充过放,提高了直流微电网系统运行的经济性和稳定性。     

基于自适应VSG的微网光储充放电控制技术

针对光储结合的微网发电系统因惯性和阻尼不足而造成的电网频率波动和功率振荡等问题,提出一种光储自适应虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网控制技术。在研究储能电池荷电状态(state of charge,SOC)对惯性功率影响的基础上,分析蓄电池充放电功率对VSG工作特性的影响,同时在光伏侧进行最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),并通过对VSG中惯量和阻尼参数的整定,建立了考虑储能电池充放电和VSG自适应控制的三相光储系统。研究结果表明：该控制策略可以有效改善光储微网系统频率的稳定性和响应速度、抑制功率振荡、同时具备一次调频的能力。最后,通过仿真验证了该策略的有效性。     

基于SOC的混合储能风电功率平抑方法

近年来风电等可再生能源的装机容量越来越大,鉴于风电的输出功率随机性特别强且波动性十分大,在混合储能风电平抑系统的基础上引进滞环控制,提出了一种基于超级电容端电压的能量管理方法。该方法通过在低通滤波算法中引进滞环控制,可将风电功率的波动幅度严格控制在滞环宽度之内;同时根据监控超级电容端电压判断电池的荷电状态(SOC),防止超级电容频繁过度地充电和放电,有利于延长储能装置的工作寿命,最后通过仿真试验,验证了该方法的有效性。     

基于二阶滤波的混合储能系统能量管理控制策略

针对由超级电容器与蓄电池储能构成的混合储能系统,提出一种基于改进型二阶滤波功率分配的荷电状态（state of charge,SOC）恢复控制策略。首先,分析传统一阶低通滤波算法的功率分配过程,构造具有功率误差反馈环的二阶滤波传递函数,消除传统一阶低通滤波器在响应高频功率指令时的积分作用,改善混合储能系统对目标功率指令的跟踪控制效果。然后,以归一化后的混合储能系统SOC为控制指标,制定滤波时间常数新型调整规则,动态优化混合储能系统功率分配指令。仿真结果表明,该控制策略可有效平抑风电并网功率波动,最大化利用超级电容储能可用容量,同时延长蓄电池使用寿命。     

面向光伏平抑考虑SOH与SOC的电池储能系统功率分配方法

针对电池储能系统（BESS）参与光伏平抑时寿命损耗较高的问题,提出面向光伏平抑考虑健康状态（SOH）与荷电状态（SOC）的BESS功率分配方法。首先,将光伏并网标准、BESS容量和最大充放电功率作为约束条件,建立以并网波动率、BESS寿命损耗和SOC恢复为目标的光伏并网指令优化模型,并利用改进天鹰优化的改进雨流计数法进行求解;然后,设计BESS两级功率分配策略,在传统容量二分法的基础上引入离群组,并动态调整电池组容量,提出兼顾SOH和SOC的BESS动态分组方法,实现功率指令从BESS向电池组的初级分配,并进一步结合电池单元SOH与SOC的标准差与极差动态估计各电池单元响应能力,设计基于SOH/SOC均衡原则的电池单元功率分配方法,实现功率指令从电池组向电池单元的次级分配;最后,电池单元响应功率指令完成调节。采用某配备BESS的光伏电站的冬季典型日出力进行仿真验证,并与其他多种方案进行对比,结果表明,所提方法在满足光伏并网波动率的要求下,降低了电池SOH差异,增强了电池单元SOC一致性,减少了BESS寿命损耗。     

电力系统短期负荷预报

展示了从１小时至１周内电力系统短期负荷预报模型与方法的现状及最新发展，讨论了两类八种的主要特性，指出了负荷预报精度的途径，并给出了有关的结论。     

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.     

蓄电池剩余容量(SOC)数学模型探讨和在线测试仪的开发

该文提出了铅酸蓄电池剩余容量(SOC)与蓄电池端电压、充放电电流、初始电液比重、环境温度等物理化学参数之间关系的数学模型，基于这个数学模型，就可通过测量蓄电池充放电过程中的各个物理参数得知蓄电池的当前容量。基于这样的原理，开发出了蓄电池容量在线测试仪。经过与大量的实测充放电数据对比，证明该文提出的数学模型能够较准确地表达蓄电池充放电过程中端电压和容量之间的关系，并能够很好地反映各个物理化学参数对充放电过程中端电压的影响。所开发出来的蓄电池容量在线测试仪，可以在线检测和显示蓄电池的当前容量，测量误差小于10％。     

基于NACEMD-Elman神经网络的风功率组合预测

在电力系统中风电装机容量增长的背景下,高精度的超短期风功率预测是保证系统可靠运行的重要基础。为此,提出一种以复数据经验模态分解的噪声辅助信号分解法(NACEMD)和Elman神经网络为基础的超短期风功率组合预测方法。在风功率序列中添加白噪声,使用NACEMD将其按照不同波动尺度逐级分解,得到不同时频特性的分量,然后利用Elman神经网络对各分量建立预测模型,以各分量的不同时频特性为基准对预测结果进行叠加,得到风功率预测值。实例分析表明,提出的组合预测法既可进一步减轻现有方法中存在的模态混叠现象,具备较高的预测精度。研究成果可为风功率预测提供参考。     

计及健康状态差异的集中式共享储能分级调控策略

针对发电侧储能利用率低、经济性差的问题,提出包含新电池、退役电池（后文简称新旧电池）的发电侧集中式储能共享结构与分级调控策略。首先,设计计及健康状态差异的新能源场站群集中式储能资源共享结构,凭借聚合调控手段应对多方主体的调节需求;其次,通过分析新旧电池性能差异,以最大可用容量表征健康状态（SOH）、以荷电状态（SOC）计算实时可用裕量,兼顾两者制定储能单元出力排序规则,提出计及SOH和可用裕量的电池储能单元群分级调控策略。最后,结合算例分析表明：包含新旧电池的集中式共享储能可提升利用率和经济性;所提调控策略可使新旧电池单元动作次数分别降至等比例策略的53.68%和20.79%,充放电转换总次数降至等比例策略的14.29%,且能保持较好的储能调节能力。     

一种光储独立并网式虚拟同步发电机控制方法

以光储独立并入电网的虚拟同步发电机结构为研究对象,提出考虑储能输出功率限制的有功调节方案和光储共同参与电压调整的无功调节方案。在有功功率环,当储能系统的充放电功率达到上限时,通过附加控制调节机械转矩,稳定虚拟同步发电机控制方程,避免储能过充或过放风险。在无功功率环,光伏系统与储能系统共同承担无功调压任务,减轻储能系统的无功功率输出负担,实现无功功率合理分配。最后,通过仿真分析和RT-LAB实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于季风和大气压分布的我国风电功率预测研究

为提高我国超短期和短期风电功率预测的准确性和可靠性,首先回顾我国冬季风和夏季风的基本变化性质。我国东南沿海处在冬季风和夏季风的主要路径上,每年有超过7个月的时间具有超过2 000 km空间距离和超过20 h延迟时间的风速空间相关性。引起冬季风的蒙古高压,还控制着我国北部和西部的风能资源丰富区。尽管总体上我国天气预报难度超过欧美,但冬季风、夏季风及蒙古高压引起的空间相关性,使得这些区域风速等预报的精度具有明显提高的潜力,特别是台湾海峡区域具有高精度的超短期风速预报潜力。再采用力学中的刚体定轴转动定律等进行风速－功率曲线的精确求解,可望在我国东南沿海和北部的风能资源丰富区,通过空间相关性获得高性能的超短期、短期风电功率预测效果。     

一种光储独立并网式虚拟同步发电机控制方法

以光储独立并入电网的虚拟同步发电机结构为研究对象,提出考虑储能输出功率限制的有功调节方案和光储共同参与电压调整的无功调节方案。在有功功率环,当储能系统的充放电功率达到上限时,通过附加控制调节机械转矩,稳定虚拟同步发电机控制方程,避免储能过充或过放风险。在无功功率环,光伏系统与储能系统共同承担无功调压任务,减轻储能系统的无功功率输出负担,实现无功功率合理分配。最后,通过仿真分析和RT-LAB实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

Multi-parameter battery state estimator based on the adaptive and direct solution of the governing differential equations

We report the development of an adaptive, multi-parameter battery state estimator based on the direct solution of the differential equations that govern an equivalent circuit representation of the battery. The core of the estimator includes two sets of inter-related equations corresponding to discharge and charge events respectively. Simulation results indicate that the estimator gives accurate prediction and numerically stable performance in the regression of model parameters. The estimator is implemented in a vehicle-simulated environment to predict the state of charge (SOC) and the charge and discharge power capabilities (state of power, SOP) of a lithium ion battery. Predictions for the SOC and SOP agree well with experimental measurements, demonstrating the estimator's application in battery management systems. In particular, this new approach appears to be very stable for high-frequency data streams.     

风力发电系统输出功率随机波动的仿真分析

针对当前风力发电系统输出功率随机波动的问题,以永磁同步风力发电机(PMSG)与直流侧储能系统(钒氧化还原电池)整合的风力发电系统为基础,进行数字仿真建模,采用MATLAB/Simulink软件对固定负载,变化风速工况;固定风速,负荷瞬变工况;风速和负荷同时变化工况;进行了仿真试验和分析.结果表明,对于采用储能技术的风电场并网功率随机波动的平抑控制,可以利用蓄电池的充放电特性,在风速变化以及负荷瞬变时进行功率平衡的调节.