辅助抽水蓄能调频的飞轮控制策略北大核心CSCD

随着可再生能源发电在电网的渗透率逐年上升,其固有的随机性和波动性给电网频率安全带来了挑战。为提升区域系统调频能力,本文提出了飞轮辅助抽水蓄能调频的混合储能方案。为保证飞轮健康有效率地运行,将改进灰色预测模型与模糊逻辑结合,并基于飞轮荷电状态和区域控制偏差的实时感知和评估,构成灰色模糊修正控制对飞轮和抽水蓄能进行能量分配的修正,实现飞轮储能与抽水蓄能的协调互补运行。在飞轮控制模块中,将飞轮荷电状态划分为不同的区间,并利用Sigmoid函数和Logistic回归函数构建了飞轮储能充放电约束和基于区域控制误差与飞轮荷电状态的自恢复模式,确定每个不同的荷电状态区间上飞轮储能系统的出力模式。在MATLAB/Simulink中构建两区域负荷频率模型,在阶跃负荷扰动与随机负荷扰动的情况下对所提方案策略进行仿真验证,仿真结果表明所提方案策略在提高系统调频能力、降低常规能源调频参与度、提高飞轮与抽蓄利用率和提高飞轮荷电状态维持效果等方面具有优势。     

基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略北大核心CSCD

在“双碳”目标的背景下,以风光为主体的具有明显随机性和波动性的新能源大规模并网,接入电网后容易造成电网频率波动,严重威胁电网安全。储能技术辅助调频主力的火电机组参与发电侧一次调频可以有效提升电网安全性和机组运行经济性。为充分利用飞轮储能辅助电网调频的优势,考虑储能当前电量对调频影响,建立火-储联合模型,分析火电-飞轮联合系统调频能力。本工作针对电网频率特性及机组调频特点,以满足调频指标为要求,充分考虑储能当前电量对调频性能的影响,提出一种基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量下垂控制策略。该策略根据飞轮储能当前电量进行计算,在不同电量时采用不同出力时间限制,以尽力满足电网一次调频考核指标。同时,利用MATLAB/Simulink软件分析了在负荷扰动下系统的调频效果及调频资源的出力情况。结果表明所提方法能够在飞轮储能电量处在不同状况时,利用不同放电时间来有效改善机组调频性能,提高机组量化指标。     

考虑风机分组的风储联合辅助调频双目标预测优化方法

大规模风电场中各区域风速的不一致性,使得传统风机参与电网调频研究时的风速统一化处理并不符合现实需求,也使得电网负荷频率控制更趋复杂。研究了风电机组的调频能力与风速的关系,并分析了不同风速下,风机通过虚拟惯量控制参与电网调频的特性;针对不同风速的风电机组参与电网调频能力的不一致性,分析了利用储能辅助风电机组,以获得更优调频效果的可行性;考虑到储能电池充放电深度与循环使用寿命之间的关系,以频率偏差最小和储能出力最小为目标进行风储联合辅助调频方法的设计,一方面保证良好的调频效果,另一方面最小化储能的充放电深度以提高其循环使用寿命。仿真分析验证了所提方法的可行性与有效性。     

考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略

针对风电强不确定性导致的电力系统频率不稳定问题,提出了考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略,以风电功率预测数据为基础,利用风储系统对电力系统提供频率支撑,保证电力系统频率稳定。该策略包含补偿和调频两个步骤,首先提出基于储能系统的风电预测误差补偿策略,并将风电预测误差补偿至10%以内,同时为风电场预留20%的调频容量。其次,考虑系统调频经济性,提出基于模型预测控制的风储系统参与电力系统频率控制策略,采用风电备用和储能系统进行调频。最后,将上述策略作为约束条件,采用多目标哈里斯鹰算法求解满足上述双目标的储能容量用以验证策略的有效性。仿真结果表明：本文所提调频策略能够在保障调频可靠性的基础上,降低电网频率波动,满足风电系统和电网的高效、安全运行。     

考虑多场景需求的储能和直流系统频率响应特性协同优化方法北大核心CSCD

新能源具有显著的波动性和不确定性,且提供的转动惯量有限,大规模新能源并网对电力系统频率调节带来了严峻挑战。同时,在异步联网方式下,随着直流规模的不断增加,进一步减小了系统的转动惯量,需要通过储能和直流频率限制控制器(FLC)改善送端电网各扰动场景下的频率控制能力。首先,基于某送端电网的仿真数据构建统一频率模型,分析电网在严重故障和常规扰动场景下的调频需求。在此基础上,针对各类场景下的频率问题,构建了储能控制器和直流FLC调频参数的联合优化模型,通过动态调整两者的调频参数能够兼顾不同场景下的系统调频能力、对受端电网的频率影响程度以及调频经济性。然后,根据所建模型的特点采用遗传算法分层递进求解优化问题,实现对储能控制器和直流FLC调频参数的综合最优设计。最后,在MATLAB仿真平台模拟该送端电网的常见扰动进行效果验证。仿真结果表明所提方法不仅能够兼顾严重故障场景下的送受端电网频率控制,还可以改善常规扰动场景下的送端电网频率特性以及调频经济性。     

计及电网频率偏差的双馈风电机组频率控制策略

针对电力系统发生大扰动时,双馈风电机组采用现有下垂控制方法不能充分利用自身旋转动能为电网提供频率响应服务,提出一种计及电网频率偏差的变系数双馈风力发电机组频率控制策略。该方法通过将下垂系数与电网频率偏差耦合,可根据电网频率变化量灵活地调节下垂系数,实现在系统发生大扰动时风电机组更有效地为电力系统提供频率支撑,并借助EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,在不同风速场景下,当电力系统发生不同扰动时,双馈风电机组采用该策略均可有效提升自身频率响应能力,减少系统最大频率偏差,特别是在大扰动场景下,效果更加明显。     

基于混合储能的风电场一次调频控制

摘要： 基于机组侧的混合储能装置,提出了风电机组参与电力系统一次调频的方法。针对DFIG风电机组,研究了网侧换流器的附加功率控制方法,并设计了混合储能系统的控制器,可实现混合储能系统对风功率波动的平衡及提供一次调频的功率。针对电网频率变化进行了仿真分析,验证了该控制方法的有效性。     

基于MPC算法的风电参与频率调控策略

为发挥风电辅助调频作用及快速响应优势,更好改善电网频率特性,文章提出了一种基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）算法的风电参与频率调控策略。首先,在传统综合惯性控制中,引入了MPC算法,实现对惯性控制参数的实时更新,设计了MPC优化目标函数;然后,建立了控制信号的选择规则,在预测模型的滚动优化过程中对多步控制信号进行动态调整,形成考虑延时和丢包的延迟补偿机制;最后,在不同工况下进行仿真,与基于传统惯性控制的风电辅助调频方法相比,文章所提MPC策略提高了双馈异步风力发电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）一次调频对通信延时的鲁棒性,提高了电力系统的安全性,同时减小了系统超调量和稳态偏差,验证了所提策略的有效性。     

双馈风电机的虚拟惯性控制优化策略

电力系统在面对不同扰动时,双馈风力电机采用传统虚拟惯性控制不能充分利用转子动能参与调频,提出一种改进的虚拟惯性控制策略。对现有的风机传统虚拟惯性控制方法中的控制增益进行改进,即将控制增益与频率偏差建立耦合关系,使双馈风力电机根据系统频率偏差实时调整调频增发功率,减缓频率跌落速度,提高频率最低点。基于EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证改进方法的有效性。仿真结果表明,提出的改进虚拟惯性控制方法在不同扰动下均可大幅改善频率稳定性,且随扰动增大,改善效果越明显。     

储能电池一次调频无模型自适应控制策略北大核心CSCD

为发挥储能电池对电网调频特性的改善功能,针对储能电池参与电网一次调频进行了深入研究。首先建立含储能电池的高渗透率新能源区域电网的频率特性模型,并对其进行幅频特性分析,结果表明储能的加入可以有效提高电网的频率稳定性;为保证储能电池荷电状态(state of charge,SOC)的保持效果、电网调频需求以及储能电池的精确数学模型无法确定因素,提出一种考虑电池SOC,基于储能系统输入输出数据驱动的无模型自适应的储能控制策略,并给出相应的调频效果和SOC保持效果指标;最后在Matlab/Simulink搭建典型高渗透率新能源区域电网调频模型进行仿真。结果表明,所提策略能提高电网的抗干扰及自适应能力;与其他传统控制策略比较,所提策略在阶跃负荷扰动情况下,调频效果指标较佳;在长时负荷扰动(连续)情况下,所提策略的SOC指标最优,调频效果指标最佳。仿真结果验证了所提策略的可行性及优势。本文采用数据驱动研究方法,并没有采用传统的模型法,摆脱了对受控系统数学模型的高度依赖,有助于推动储能电池参与电网调频的更高效应用,为加速双碳目标提供更多思路。     

10 kW/20 kWh锂电池储能协同风电一次调频备用的实验验证

将风电机组的比例弃风电量作为一次调频备用基本单元,基于电网的15 min一次调频备用持续输出要求,提出储能系统最大值配置法协同风电场作为风电一次调频备用补充,采用10 k W/20 k Wh锂电池储能系统对锂电池参与电力系统一次调频能力进行实验验证,结果表明锂电池储能系统能快速精确跟踪调频调度指令,具备协同风电参与电力系统一次调频的能力。     

电池储能系统参与电网调频的优势分析

针对目前因大规模新能源并入电网等而引发的频率稳定问题,对传统调频技术存在的固有缺陷、大规模风电并入电网影响频率稳定的规律进行了分析。基于电池储能系统功率-频率特性、响应快与短时功率吞吐能力强的优点,分析得出电池储能系统适合作为新的辅佐传统电力一、二次调频技术的新手段。与传统调频机组在调频效果上的定量比较,以及国内外政策的分析,来论证电池储能系统参与电网调频的优势与前景。     

基于改进多目标粒子群算法的储能电站定容选址优化配置研究

电化学储能电站在高比例新能源电网中逐步得到了规模化应用,其优化配置策略很大程度上决定了其辅助电网调频调压的效果。为实现电化学储能电站的最优化配置,首先研究了高比例新能源下储能参与电力系统调频调压的控制策略,提出了基于变系数有功无功下垂控制方法。随后,建立了高比例新能源电网下储能系统参与电网调频调压的多目标优化配置模型。该模型以调频综合指标、调压综合指标和系统成本为优化目标,采用了改进型多目标粒子群算法对控制参数配置和储能系统选址定容结果进行优化配置。为避免数据的主观性,采用熵权法对所得到的多目标解集选出最优方案。最后,采用某市区域电网实际算例对储能进行优化配置,区域电网调压综合指标降低了9.2%,调频综合指标降低了25.1%,区域电网节点电压偏差和频率偏差均显著降低,调压和调频效果得到了提升,验证了本文所提出储能定容选址配置方法的有效性和优越性。     

平抑风电功率波动的飞轮储能系统容量配置方法北大核心CSCD

为使风电场有功功率变化满足国家标准中有功功率变化限制的推荐值范围,采用飞轮储能系统平抑风电场有功功率输出。基于低通滤波方法,由飞轮储能系统响应风电场有功功率输出的高频成分,降低并网功率波动对电网一次调频的影响。通过建立不同截止频率和不同飞轮储能系统功率容量下的双层寻优模型,得到满足飞轮储能系统约束条件、风电并网有功功率变化要求和经济性指标的最优化飞轮储能系统容量。建立飞轮储能系统模型,仿真验证飞轮储能系统能够较好地响应功率指令,有效平抑风电功率波动。     

储能-火电联合一次调频的双层控制策略

针对储能系统参与一次调频造成储能电池寿命损耗的问题,提出一种储能-火电联合一次调频的双层控制策略,通过改进鲸鱼算法对单位调节功率和分配系数进行寻优,在减少储能寿命损耗的同时提高调频效果,最后搭建储能火电一次调频仿真模型。仿真结果表明：在连续负荷扰动工况下,本文提出策略的储能寿命损耗比固定下垂控制和变系数下垂控制分别减少61.1%和32.8%,频率偏差均方根分别比固定下垂控制、变系数下垂控制和无储能减少40%,100%和150%。     

Review of flywheel energy storage systems for wind power applications

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

飞轮储能系统在风力发电中应用研究进展

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

考虑飞轮储能的风电场有功功率平滑控制

在风电场增设飞轮储能装置可以有效地平抑风电场的功率波动,提高电网的风电接纳能力。本文采用在风电场出口母线处接入飞轮储能装置,通过分析风电系统和飞轮储能装置的特性,提出了一种基于瞬时功率理论的有功功率平滑控制策略。在传统低通滤波器的基础上,增加高通滤波器,对网侧有功功率的快速扰动成分进行处理,最终通过低通、高通滤波器来获得飞轮装置的补偿功率,达到对网侧有功功率波动进行抑制的目的。最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,文中的控制策略可以较好地实现电网侧有功功率的平滑控制,减小有功功率波动。     

Power smoothing control for wind farms using flywheel based energy storage

在风电场增设飞轮储能装置可以有效地平抑风电场的功率波动,提高电网的风电接纳能力。本文采用在风电场出口母线处接入飞轮储能装置,通过分析风电系统和飞轮储能装置的特性,提出了一种基于瞬时功率理论的有功功率平滑控制策略。在传统低通滤波器的基础上,增加高通滤波器,对网侧有功功率的快速扰动成分进行处理,最终通过低通、高通滤波器来获得飞轮装置的补偿功率,达到对网侧有功功率波动进行抑制的目的。最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,文中的控制策略可以较好地实现电网侧有功功率的平滑控制,减小有功功率波动。     

一种风场主动支撑电网的智能自适应控制方法

风电的不确定性和高渗透率,导致电网调度控制难和电网惯量下降等问题,为此提出了基于混合储能的功率分配系数自适应控制策略和基于T-S模糊神经网络的调频功率自适应控制策略。首先,对风场混合储能系统健康状态进行评估;其次,功率分配系数自适应控制器根据各组混合储能系统健康状态系数对风场所有风机输出总功率和调度功率之间的差值进行分配,实现电网调度功率跟踪;最后,调频功率自适应控制器根据电网频率偏差和各组混合储能系统健康状态控制各组混合储能系统为电网提供频率支撑。仿真分析表明,所提出的功率分配系数自适应控制策略能有效分配功率差,减小电网调度控制难度;调频功率自适应控制策略能有效增加电网惯量,为电网提供频率支撑。