风电–氢储能与煤化工多能耦合系统能量协调控制策略

为了更好地发挥风电–氢储能与煤化工多能耦合系统(WP-HESCCMFCS)消纳风电、降低化工能耗、减少化工污染的优势,实现WP-HESCCMFCS能量广域协调控制蓝图,针对WP-HESCCMFCS本地部分,分析其内部各子系统间能量传递与转换关系,基于气体产、耗过程动态平衡的原则,采用分层递阶控制原理,提出了以灵活调整优先级顺序为思想,以风电消纳最大化为目标,以煤化工系统额定不间断运行、氢储能系统(HESS)状态处于正常区间为约束的本地WP-HESCCMFCS能量协调控制策略,构建了本地WP-HESCCMFCS双层控制模型。最后,利用MATLAB/SIMULINK搭建了本地WP-HESCCMFCS能量协调控制仿真模型并进行验证。结果表明,所提控制思路和方法能准确表征氢储能系统储能状态,提升风电消纳能力,实现既定目标。     

光-氢-储系统接入配电网的有功-无功协调优化

含开放氢储能系统(hydrogen energy storage system,HESS)的光伏发电站接入到配电网可以提高光伏消纳比例,减少配网损耗,丰富可再生能源种类,提高经济效益。为此,提出了一种考虑氢储能和并网逆变器无功控制能力的有功-无功协调控制策略。考虑光伏出力不确定性,构建了含响应分时电价的HESS、逆变器无功出力、有载变压器分接头和电容器组的配电网有功-无功优化模型,并且提出了一种新的HESS多阶起停控制策略。以光伏消纳最大、氢-光-储电站和配电网综合运营收益最大为优化目标,采用商用规划软件GAMS的DICOPT求解器求解。以改进的IEEE33节点系统进行算例分析,验证了所提模型和协调控制策略的有效性。     

风电-氢储能与煤化工本地多能耦合系统监控系统设计与实现

针对风电系统居高不下的弃风率以及对电网稳定可靠性影响越来越大等问题,本文基于风电—氢储能与煤化工多能耦合系统能量广域协调控制架构,研究了本地WP-HES&CCMFCS监控系统。首先,设计了储能装置集中式并网的本地WP-HES&CCMFCS的物理架构,并提出了能量分配控制策略,使风电系统输出较为平滑的功率的同时有效结合煤化工系统可应用电解水制得氢氧的特性提高电网的综合风电消纳水平。在此基础上设计了基于MCGS的本地WP-HES&CCMFCS监控系统,并对监控系统进行了仿真运行。监控系统输入、输出功率,系统储能状态变化规律以及电磁阀状态跟储能状态对应关系等仿真结果表明所提出的能量分配策略是正确有效的。     

风电-氢储能与煤化工多能耦合系统全寿命周期经济性评估

针对风电-氢储能与煤化工多能耦合系统(WP-HESCCMFCS)的经济性评估问题,提出了一种多能耦合系统全寿命经济性评估的方法。首先,阐述了多能耦合系统集成方案;其次,以多能耦合系统全寿命周期净利润为目标,以风电尽可能多的消纳与WP-HESCCMFCS能量流动和稳定运行为约束,构建了多能耦合系统全寿命周期经济评估数学模型,并对多能耦合系统资金回收期及全寿命周期净利润进行求解;最后,以新疆地区某风电场与煤化工企业为背景仿真计算了所提的风电-氢储能与煤化工多能耦合系统全寿命周期经济评估模型,并分析了不同风电并网比例与风电非电形态消纳比例条件下系统资金回收期与全寿命周期净利润变化规律。     

集群风储联合系统广域协调控制及利益分配策略

针对多个风储联合系统的协调问题,提出了多风储联合系统集群广域协调控制框架,构建了考虑风电时空相关性的风储系统多模式优化调度模型,进一步基于合作博弈理论提出了集群收益分配策略。采用实际风电数据对所提模型和策略进行了仿真验证。仿真结果表明:广域协调控制可最大化集群收益,提高风电整体可控性和储能运行效率;基于合作博弈理论的集群收益分配策略,可实现集群控制中自身利益与整体利益相协调,激励风储系统积极参与集群控制。     

集群风储联合系统广域协调优化控制

储能技术在提高间歇式电源可控性和可靠性,提升其接入友好性方面具有广阔的应用前景。然而分散独立控制风储系统的无序充放电可能带来更多的不确定性,不利于电网的安全经济运行。针对集群风储系统,构建了本地风储系统、集群控制中心以及电网调度中心广域协调互动的基本框架。提出基于超短期风功率预测的本地风储系统优化控制策略以及集群风储系统广域协调控制方法。通过仿真分析可知,提出的控制策略可充分利用集群风电出力的时空差异性,有效提高储能的利用效率,增强集群风电出力的整体可控性。     

计及储能寿命的风储电站分层优化控制策略

为了有效地平抑风电场的功率波动,提高风电场的并网特性,增强风电场并网运行的经济性和可靠性,提出了一种计及储能寿命的风储电站分层优化控制策略。首先,从经济学角度分析储能系统的充放电特性,考虑不同控制方式对储能系统寿命的影响;其次,采用分层-分区控制方式对风储电站进行协调控制,上层根据电网调度需求,考虑分时电价政策对集中式储能和整个风电场级进行协调功率控制,下层考虑区域内分布式储能和多台风电机组间的协调功率控制;最后,采用改进遗传算法对分层优化控制模型求解。结果表明:所提出的基于储能寿命损耗的风储电站优化控制方法实现了风储电站中储能系统及风机出力的合理分配,在延长储能寿命的同时提高了电网对风电的消纳能力,使得整个风电场运行经济性显著提高。     

微电网含非线性与不平衡负荷时的混合储能系统功率分配策略研究

混合储能系统HESS(hybrid energy storage system)在微电网中有着广泛的应用,其研究主要集中在能量管理、功率分配和拓扑设计等方面。对于功率分配的研究,大多只涉及到基本的功率分配,而无功功率、负序功率和谐波功率的分配问题却很少被提及。为此,提出了适用于不平衡负载和非线性负载环境的混合储能系统及其协调控制策略。在系统内部,电池功率转换系统工作在下垂模式,提供能量,只输出基本的有功功率;超电容器系统工作在补偿模式,分析总输出功率构成,输出无功、负序和谐波功率。该策略可以在不平衡和非线性负载条件下提供更好的系统性能;此外,该混合储能系统采用双逆变结构,有利于现有设备的升级改造;最后,仿真和实验结果验证了该策略的有效性。     

双三相PMSM混合储能系统分布式转矩控制方法

为克服传统电池/超级电容混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)中电气或机械耦合方式下存在的多级功率不平衡、机械零件不匹配等问题，本文基于双三相永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine, PMSM)进行HESS设计，并结合电动汽车典型运行工况提出一种分布式转矩控制方法。文中首先建立双三相PMSM混合储能系统数学模型，推演分析了电机双绕组转矩关系，设计了适用于双三相PMSM的分布式转矩控制系统。在此基础上，考虑HESS中电池组和UCs特性差异，分析了高功率、低功率以及UCs能量调节三种HESS模式下的转矩关系，并完成了高低频转矩的分频协调控制。最后，基于5kW测试平台对所提方法进行测试与分析，结果表明该系统可在全速域加速、加减载、负载扰动等多模式下实现HESS稳态和暂态功率的高性能调节，同时，磁链解耦调节环节有效增强了HESS的暂态响应能力，有效地抑制了负载扰动下的系统低频振荡。     

基于主次双尺度交集切割效应的混合储能平抑风功率波动控制

针对风电多时间尺度波动量不同的特性,提出采用能量型和功率型混合储能(hybrid energy storage system,HESS)依据主次双时间尺度(primary-secondary time-scale,PSTS)联合平抑的方法。首先详细分析和挖掘了PSTS风功率动态上下限波动机理,得到了PSTS交集的"切割效应"(cutting effect,CE)特征,建立了风电PSTS波动联合控制目标域数学模型,并推广到多尺度风功率波动;基于2种储能充电状态(state of charge,SOC)反馈与充放电功率限制,确定了各种状态下储能充放电功率及其在2种储能间的分配模型,制定了完整的混合储能充放电控制策略。其次,以三维空间关系分析法寻找了功率型和能量型储能容量配比与效果之间的关系。最后,根据国网规定标准,应用某风电场实际数据仿真验证了该控制策略将风电波动率限制在国网标准内的有效性,并确定了在效果较优基础上功率型和能量型储能容量最佳配比。     

基于斜率限制器的风电爬坡率实时平抑控制算法

提出一种基于斜率限制器的实时平抑风电场功率波动的多类型储能系统(hybrid energy storage system,HESS)控制算法。结合一阶低通滤波器与斜率限制器,依据风电功率的波动频率实时分配HESS的充放电功率值,从而发挥超级电容功率密度大和锂电池能量密度大的优点;实现了基于区间削减的自适应储能水平反馈控制,避免了储能电池的过充或过放。算例分析表明,相对于其他控制算法而言,该算法只需配置较小的容量,算法简单,计算量小,运算速度快,便于工程实现。     

计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型

针对传统电池储能存在成本较高,频繁充放电易导致寿命降低的问题,建立基于电热、电氢、氢电及氢热能量转换方程的电热混合储能模型,并在此基础上提出一种微网自治运行策略。该文首先研究无电池储能的热电联合微网系统中加入电转氢(power to hydrogen,P2H)设备,形成了含电热氢综合能量的储能系统,建立一种以微燃机、电转氢设备和电锅炉为核心的电热混合储能(electro-thermal energy storage system,ETSS)模型。其次,以微网内多种能源综合运行成本最低和最大化消纳弃风为目标,建立电热混合储能系统多目标运行模型,进而提出微网多能源自治运行策略。最后以我国北方地区某多能源微网为例,建立基于电热混合储能的多源微网自治优化运行仿真模型。算例结果分析表明,与含传统电池储能热电联合型微网相比,采用电热混合储能的多源微网系统具有较好的灵活性和经济性,并能够提高风电的消纳能力。     

基于模糊逻辑混合储能管理策略在船舶中压直流电力系统中的应用研究

在船舶中压直流MVDC(medium-voltage direction current)电力系统中,混合储能系统HESS(hybrid energy storage system)的能量管理策略,可以极大地影响系统的能量利用效率。模糊逻辑能量管理策略,既可以预测HESS的参考功率,以满足负载功率的需求,又可以实现锂电池组和超级电容器组之间的能量分配。用组合型多通道交错双向电流MMBDC(modular multilevel bidirectional current)连接HESS和母线,既可降低开关电流和电压应力,又可减小电感量。在Matlab/Simulink中,建立了MVDC电力系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载模型,仿真结果表明:模糊逻辑控制器可以较为准确地预测负载功率的变化并较好地平衡锂电池组和超级电容器组之间的能量分配,为后续船舶中压直流电力系统的能量管理研究奠定了基础。     

不对称链式HESS混合载波PWM调制技术研究

链式拓扑用于混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)时,储能元件类型及电压的不对称以及各链节交流测电流耦合的特点,导致传统调制方法难以实现各链节独立功率控制,因而无法适用于链式HESS复杂的工作模式。该文提出不对称链式HESS的混合载波层叠调制技术(hybrid level shifted PWM,HLS-PWM)。首先,按照超级电容器链节的输出功率方向与HESS输出功率方向的关系划分成同向及反向2种基本模式。然后,利用这2种模式实现在单位功率因数及非单位功率因数下超级电容器充放电控制,进而提出基于HLS-PWM的链式HESS的5种工作模式及功率控制方法。最后,利用仿真与实验对所提调制方法及控制策略进行验证。     

基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法

以含有多个混合储能系统(HESS)的孤岛型直流微电网为研究对象,提出一种基于事件触发机制的HESS分层协调控制方法。底层采用虚拟电阻下垂控制,利用低通滤波器实现HESS内部蓄电池和超级电容的功率分配,并通过制定基于荷电状态(SOC)的控制策略实现HESS间的协调安全运行。分布式控制层则利用稀疏通信网络对各HESS的平均电压和比例电流进行调控,以改善由于虚拟电阻和线路电阻导致的母线电压偏差较大和功率分配精度差的问题。在以上研究基础上,提出一种建立在周期性通信机制上的事件触发控制方法,利用Lyapunov稳定理论详细介绍事件触发函数的推导过程,并通过设定触发函数的预判阈值,进一步减少系统稳态运行时的通信次数。最后,利用Matlab/Simulink仿真分析验证了所提方法的有效性。     

新能源混合储能提高高电压穿越能力研究

风电、光伏等新能源通常难以满足电压骤升时故障穿越性能要求,即不具备高电压穿越（high voltage ride through,HVRT）能力。本文采用由蓄电池与超级电容组成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）来提高新能源HVRT能力。在蓄电池换流器控制系统中采用无功优先控制策略,输出无功功率平抑母线电压波动。在超级电容换流器控制系统中采用功率前馈控制策略,利用其快速充放电特性,实现新能源HVRT过程中快速吸收直流侧不平衡能量,并研究蓄电池与超级电容在HVRT过程中协调控制策略。针对传统新能源储能HVRT以牺牲有功为代价提高无功输出问题,本文提出一种根据HVRT电压升高幅度估算无功电流参考值方法,在保证有功输出不变前提下提高新能源HVRT能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,本文方案可以使含有HESS的新能源系统具备HVRT能力。     

基于误差前馈预测的多时空尺度风电集群有功功率分层控制策略

随着风电渗透率的提高,风电场存在的可预测性和可调度性差等问题已经凸显。针对上述因素导致风电消纳水平降低的问题,文章提出结合误差前馈预测的风电集群有功功率分层控制策略。首先,提出考虑风电变化趋势的误差前馈模型,将其与小波包分解和持续法模型相结合组成超短期功率预测模型,并根据历史数据的训练情况赋予误差前馈限值。其次,基于此预测模型提出一种多时空尺度的有功功率分层控制策略,该策略在已有调度指令的前提下,通过将控制层分为集群层、场群层和子场层,实现对各风电场的协调控制。最后,基于东北某风电基地的实际运行数据通过MATLAB和CPLEX进行仿真分析,结果证明所提方法改善了风电消纳水平和风电场储能协调出力。     

基于FDM的混合储能系统容量配置研究

受气象因素影响,风光等可再生能源的出力具有一定的不确定性。以平抑电网调度所产生的不平衡功率(unbalanced power,UP)为目标,提出一种基于傅立叶分解方法(Fourier decomposition method,FDM)的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)容量配置方法。该方法采用FDM将风光并网发电UP分解成用一系列具有自适应性的傅立叶本征带通函数表达的分量,对其从低频到高频进行排序,并以最大能量差确定分频频率进而确定高频分量和低频分量;考虑到不同储能设备的特性,将低频分量分配给蓄电池储能进行平抑,高频分量分配给超级电容器储能进行消纳。通过算例验证了采用FDM方法对HESS功率和容量进行配置具有一定的技术经济性。     

氢耦合区域综合能源系统集群双层博弈随机优化调度策略

为促进区域综合能源系统(regional integrated energy system, RIES)集群的高比例新能源就地消纳，实施新能源的RIES内部消纳、RIES间互补消纳及氢能转换调节消纳策略，解决RIES多购售主体电能交易模式、氢能耦合高效应用和源荷不确定性调度风险等关键问题，提出了RIES集群的三阶段调度随机优化模型。第一阶段，基于电储能调节的RIES新能源电力波动平抑模型，提升电能质量。第二阶段，基于演化博弈的RIES间新能源互补交易调度模型，优化制定购电选择主体策略。第三阶段，采用电制氢及混氢技术，消纳互补交易后的过剩新能源，实现电能时移和电-气、电-热转移的氢能调节；考虑源荷不确定性的随机优化模型，获得兼顾经济性和鲁棒性的调度策略。通过仿真算例验证了方法的有效性。     

空调负荷直接负荷控制虚拟储能特性研究

研究能源互联网背景下,需求侧直接负荷控制的集群空调负荷(air condition loads,ACLs)在消纳风电功率中体现的虚拟储能特性和相应的储能容量。采用蒙特卡洛模拟方法验证改变设定温度的集群ACLs的储能特性;建立了双耦合线性偏微分方程组的集群ACLs状态空间模型,提出了以风电–储能–集群ACLs联合系统出力为滑模面的变结构滑动模块跟踪控制策略来实现联合出力的平滑输出;仿真改变设定温度时,集群ACLs消纳实地风电场输出功率情景,结果表明所提方法能够消纳低时间常数滤波的风电出力,设定温度变化在±1℃内,其储能容量达到90 MW?h以上。该方法可为能源互联网中能量合理调配、减少储能配置方面提供新的技术途径。