计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system, ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge, SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。     

考虑风电计划跟踪的储能调度模糊控制系统研究

风储联合发电可在一定程度上确保风电功率并网计划的可靠实现,其关键技术离不开有效的储能能量管理与控制.提出了一种储能双层模糊控制策略.首先,利用改进的遗传算法优化自适应神经模糊推理系统,以获得未来风电功率.然后,结合实际储能荷电状态与风电功率并网计划动态跟踪调节需求,经双层模糊控制规则反复修正储能系统吞吐功率,确保储能系...     

基于深度确定性策略梯度与模糊PID的直流微电网VRB储能系统就地层功率控制

针对直流微电网全钒液流电池(vanadium redox flow battery, VRB)储能系统在实际运行时就地控制层中的功率控制器存在时滞、精度低及抗干扰能力差等问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度与模糊PID的功率跟踪控制策略。首先,建立VRB的等效电路模型来描述功率传输特性,并设计了由模糊PID与深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法组成的复合控制器。将模糊PID作为主控制器对功率环进行控制,DDPG作为辅助控制器来补偿功率跟踪误差。然后,设计了VRB储能系统就地层功率跟踪控制器,采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)对PID参数和模糊规则进行优化,并通过阶跃信号对优化后的系统输出响应进行测试。同时将分配指令功率与储能单元给定功率偏差作为数据集在DDPG中进行训练,以提高主控制器的响应速度和抗干扰能力。最后,通过在3种不同场景的算例下进行仿真,验证了控制策略的有效性及稳定性。结果表明：所提控制策略在电池充放电时,能够快速地跟踪到功率指令值;实时跟踪时,跟踪功率值与调度指令值偏差小于±2%;受到扰动时,能准确修正功率偏差,满足实际要求。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

马尔可夫预测的多目标优化储能系统平抑风电场功率波动

在高比例风电主导的可再生能源电力系统中,配置储能系统是缓解风电功率波动、实现削峰填谷、提高风电可调度性的有效解决方案。文中从大规模储能出力水平以及风电未来输出对当前储能运行影响的角度出发,设计了风储联合运行的多目标优化仿真模型。采用马尔可夫预测模型形成风功率未来输出评估,同时利用粒子群优化算法实时滚动优化风储并网功率,获得储能电池最优运行策略。利用某百兆瓦级风电场的典型风功率数据进行仿真,仿真结果表明所提方法平滑效果良好,避免了储能电池过度充放电,防止了储能电池进入死区的情况,提高了风储一体化系统的可靠性和经济性。     

考虑储能电站的清洁能源并网电力系统风险量化与安全效益评估

结合储能系统充放电切换迅速、发电调节便捷的特点,提出了兼顾储能电站的清洁能源并网电力系统风险量化与安全效益评估方案.首先,结合储能系统充放电特点,阐述了其对维持电网中长期安全生产、可靠运行以及协同促进清洁能源消纳机制的必要性.在此基础上,结合马尔科夫链蒙特卡洛仿真建立了考虑储能系统灵活充放电策略的紧急状态分析模型与风险...     

Day-ahead optimal charging/dischargingscheduling for electric vehicles inmicrogrids

Microgrid as an important part of smart grid comprises distributed generators (DGs), adjustable loads, energy storage systems (ESSs) and control units. It can be operated either connected with the external system or islanded with the support of ESSs. While the daily output of DGs strongly depends on the temporal distribution of natural resources such as wind and solar, unregulated electric vehicle (EV) charging demand will deteriorate the unbalance between the daily load curve and generation curve. In this paper, a statistic model is presented to describe daily EV charging/discharging behaviors considering the randomness of the initial state of charge (SOC) of EV batteries. The optimization problem is proposed to obtain the economic operation for the microgrid based on this model. In dayahead scheduling, with the estimated power generation and load demand, the optimal charging/discharging scheduling of EVs during 24 h is achieved by serial quadratic programming. With the optimal charging/discharging scheduling of EVs, the daily load curve can better track the generation curve. The network loss in grid-connected operation mode and required ESS capacity in islanded operation mode are both decreased.     

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。     

并网双馈异步风电机组模糊自适应控制

介绍了双馈感应风力发电系统运行的基本原理。在变风速下,根据最大功率跟踪控制原理,利用发电机输出功率误差和发电机的转速误差,提出用模糊控制器代替风速测速仪来跟踪发电机的最佳转速,保证在额定风速下,使风机运行在最佳叶尖速比,风能利用率最佳,避免了湍流塔影等因素对风速测量的影响。同时,在外环功率PI调节器中,引入模糊控制来提高在额定风速下双馈感应发电机功率解耦的快速跟踪。最后,通过对整个风电系统包括风力机、双馈感应电机(含网侧及转子侧变换器)、控制器(含网侧及转子侧控制器)进行建模及仿真来验证模糊控制策略的可行性。     

基于SOC下垂控制的独立直流微电网协调控制策略研究

储能系统(ESS)作为独立直流微电网的关键组成部分,其主要由多组储能单元(ESUs)组成。针对多组ESUs荷电状态(SOC)均衡速度较慢,在SOC均衡过程中会产生母线电压偏差问题,提出一种改进SOC下垂控制策略。首先,该控制策略根据各储能单元(ESU)的充放电状态和SOC值寻找最优下垂曲线,合理分配负荷功率,减小母线电压偏差。然后通过确定主储能单元进行功率再分配,并在允许范围内动态调整下垂系数,使系统快速收敛到均衡状态,进一步减小该过程中产生的母线电压偏差。此外,考虑当ESS因满充等原因退出运行时,ESS稳压变为光伏系统稳压,光伏系统由变步长MPPT控制切换为带有前馈补偿的下垂控制,确保母线电压稳定和微电网安全运行。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提控制策略可在保证SOC快速均衡的前提下,减小母线电压偏差,维持独立直流微电网的稳定运行。     

一种新型的基于风速预测的风力发电系统

为了使风力发电系统的有功出力波动维持在规定的范围内,同时保证系统的蓄电池储能水平基本保持不变,使系统能有效地应对输入功率突然增加及输出功率急剧下降的紧急情况,在风速预测的基础上提出一种新型的风力发电系统蓄电池充放电控制策略。当预测的风力发电系统输入功率的波动超过规定的功率变化范围时,通过对蓄电池的充放电控制以减弱网侧功率的波动,并且使蓄电池的充放电能量在一个周期内基本平衡,从而保证系统预留一定容量的储能装置以接收大功率输入或补充严重不足的并网功率,有效地减少了风能损失、提高了系统的效率。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可靠性。     

基于退役电池阈值设定和分级控制的弃风消纳模式

考虑到风电并网波动性和不确定性造成大量弃风的弊端,为了提高风电场的综合效益,提出基于退役电池阈值设定和分级控制的弃风消纳模式以降低储能成本。考虑到退役电池状态的不一致性会导致整体储能的效率低下,控制效果很难达到预期的情况,对退役电池充放电深度与循环寿命之间的关系进行分析,利用分段概率分布函数设定理想退役电池的充放电阈值范围;为了延长退役电池的使用寿命,利用分级控制策略实现其分级实时动态切换储能功能。对所提策略进行算例分析,结果表明分级控制策略相较于整体控制策略具有更好的经济性,促进了弃风消纳。     

三相光伏并网逆变器多目标优化模型预测控制

三相电压型并网逆变器广泛用于光伏发电领域。逆变控制方法用于提高并网系统效率和响应质量。模型预测控制策略使用离散时间模型预测下一个采样周期所有可能的输出值,根据评估函数选取最优电压向量。将模型预测控制用于三相电压型并网逆变器中。首先,建立三相光伏逆变器在d-q坐标系下的瞬时功率数学模型。其次,设计预测函数在线预测逆变并网参数。选择合适的目标函数控制逆变器下一采样周期的输出值。d-q坐标系下的跟踪精确迅速,所提出的控制策略计算量小,无需PWM调制,更容易实现。然后,对模型预测控制进行多目标优化。设计电流解耦控制减小系统输出有功功率,改变评估函数提高输出电流质量,修正交流侧电压参数提高预测的准确性。最后,仿真和实验结果证明提出的控制策略输出电流具有良好的动态性能和较低的谐波畸变率,可快速跟踪给定的参考值,具有无功补偿的功能。     

考虑充放电能量不均衡的双电池系统状态评估与控制策略

电池使用寿命是风电场功率波动平抑场景中影响储能系统经济性的重要因素。为了延长电池使用寿命,基于充放电任务分开执行的双电池系统运行模式,建立了给定最佳放电深度运行的双电池储能系统充放电数学模型,讨论了该运行模式下因充放电能量不均衡出现的极端运行情况。针对储能系统的实时运行状况和风电功率的波动情况,提出了能够表征双电池储能系统运行能力的充放电饱和能力指标和充放电运行平稳度指标,进而设计了模糊控制策略以自适应调节低通滤波器时间常数,优化控制储能电池的荷电状态,避免系统进入因充放电能力不足的不稳定运行区间。利用MATLAB/Simulink仿真平台,从荷电状态优化控制效果和波动平抑效果两方面对所提控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,所提模糊控制策略能够维持双电池储能系统长期稳定运行,并保证了波动平抑效果。     

风力发电并网逆变器的研究

针对变速恒频的直驱型风力发电系统与电网的接口-并网逆变器存在的问题,提高逆变器的性能和可靠性,选择合理的交直交变流并网方案,控制策略上采用瞬时电流跟踪控制技术对并网逆变器进行控制,使逆变输出电流能够快速动态跟踪电网电压,逆变电流波形保持正弦波,达到与电网电压同频同相。从而大大减少了对电网的谐波污染,提高了风力发电的并网效率和可靠性。同时,对该方法在Matlab R2008a中利用Simulink仿真电力系统工具箱进行了建模与仿真,仿真结果验证了其正确性和可行性。     

基于合作博弈的风电爬坡控制策略

爬坡事件是风电功率在短时间内发生大幅变化的事件,严重威胁着电力系统的安全稳定经济运行,研究有效的爬坡控制策略迫在眉睫。基于场群互补性评价指标,以场群偏差最小和各风电场可以获得更大的收益为目标,提出考虑辅助服务补偿费用的合作博弈风电爬坡控制策略。分别以风电场出力和出力调整量、风电场实际出力和计划值的偏差构建支付函数,促使风电场采取合作博弈方式,更好地完成场群计划,减少所需缴纳的辅助服务补偿费用,提高自身利益和整体利益。仿真结果表明,所提合作博弈爬坡控制策略可以在发生爬坡事件时提高各风电场和整体的利益,提高场群计划的完成度。     

下垂式控制技术在微电网中的应用

储能变流器是微电网与蓄电池组之间的连接设备,功能为实现能量的双向交换。所研发储能变流器可以实现多组电池的独立控制、系统容量的灵活配置以及电池组的灵活投切,结构设计采用多级型拓扑,包含15个并联的半桥型非隔离双向DC/DC变换器,控制策略设计为并网变流器采用SVPWM控制技术,DC/DC变换器根据设计环境设计改进下垂控制策略。所设计大功率储能变流器产品已完成相关下垂控制充/放电和满功率并网试验,充/放电电流准确跟踪指令电流并网效率超过95%,验证了设计的合理性和有效性。     

适应清洁能源消纳的配电网集群电动汽车充电负荷模型与仿真研究

研究了配电网中集群电动汽车动态充电负荷直接负荷控制消纳清洁能源的模型和控制方法。假设调度机构可通过统一的由激励机制产生的无线激励信号,在线直接控制电动汽车充电负荷功率用以实时消纳风电出力。首先,采用面向负荷传输的方法,建立基于偏微分方程的集群电动汽车充电负荷模型。而后,通过实际居民出行数据进行模型仿真,采用蒙特卡洛模拟验证模型的有效性,并提出基于滑模控制策略采用实时供需误差,跟踪消纳风电功率输出。最后,通过实际风电输出功率曲线验证控制方法的性能,为能源互联网背景下清洁能源消纳提供一种新的途径。     

具有限定功率运行的永磁直驱风力发电并网控制设计

当风力发电或光伏电站这些间歇式可再生能源因外界环境影响而出力过高时,会使得配网系统潮流发生变化,并网处电压会超出运行的安全限值范围。为使系统处于可控范围,可对这些能源进行实时容量限制。对直驱式永磁同步风力发电系统的控制策略进行了研究,分析了风机输出功率曲线,设计了最大风能跟踪和限定功率运行输出的控制方法和系统后级逆变并网控制方法,使得风力发电系统具有最大功率跟踪或限定功率运行、并网有功/无功功率独立控制等功能。最后建立了风力发电并网系统仿真模型,仿真结果对所设计控制策略进行了验证。     

考虑储能荷电状态平抑风电功率的抛物线规则变滤波时间常数方法

利用电池储能系统平滑风电功率波动提高风力发电并网的可靠性,考虑储能系统荷电状态的调节问题,提出一种抛物线规则变滤波时间常数的电池储能系统平滑风电功率控制策略。通过抛物线规则变滤波时间常数算法获得风储系统有功功率并网目标值,经过变化率限制、荷电状态功率修正、功率限幅等环节获得电池储能系统实际出力,下达给储能变流器进行对电池的充放电动作,平滑风电功率,保证SOC维持在安全范围。通过MATLAB仿真验证该策略的可行性和有效性。。