考虑风电不确定性的混合储能容量优化配置及运行策略研究

在考虑风电功率不确定性的基础上,提出一种基于频谱分析确定混合储能系统(HESS)容量的方法,该方法充分利用了超级电容器和蓄电池的优势互补特性,基于此提出储能最优运行策略。利用离散傅里叶变换分解风电不平衡功率得到其频域信息,并利用HESS对不平衡功率进行平抑;提出一种最优截止频率确定方法,并确定HESS中蓄电池和超级电容器的容量大小;基于所确定容量建立以利润最大为目标的机会约束规划储能运行策略模型,并采用整合蒙特卡罗的遗传算法进行求解,从而确定储能的最优运行策略。通过实际数据分析验证了所提模型和方法的有效性。     

采用自适应小波包分解的混合储能平抑风电波动控制策略

采用蓄电池和超级电容构建混合储能系统以平抑风电场输出功率波动,实现风电平滑并网。首先,针对不同风电出力场景下风电功率的波动特性,结合风电并网波动标准和混合储能系统性能特点,实现风电功率的自适应小波包分解和储能初级功率分配,得到风电并网功率和混合储能初级功率指令;其次,在混合储能系统内部,根据超级电容的荷电状态,利用模糊优化控制对蓄电池和超级电容的功率指令进行二次修正,得到优化后的混合储能功率分配指令。算例分析表明,所提策略能够自适应地实现风电功率的最优分解和合理分配,确保混合储能荷电状态工作在合理区间,有效改善风电输出功率波动平抑效果,保证混合储能系统长期稳定运行。     

基于费用效率法的风电场混合储能容量优化配置

复合多种类型储能装置是储能用于风电波动平抑的主要发展方向之一。针对复合超级电容器和多种介质蓄电池为例,研究其储能容量优化配置方法。由于风电出力具有非平稳性,因此首先采用经验模态分解(EMD)分割平抑任务,然后利用互补平抑实现储能装置优势互补,最后综合考虑风电平抑度、平抑方案经济性和储能装置寿命三方面因素,建立以费用效率(CE)为目标函数,用雨流计数法统计寿命折损的混合储能定容优化模型。利用所建模型分析了适当允许过充过放是否能够提高平抑方案的经济性和平抑能力。验证了多种介质蓄电池在合理的配置方案下联合超级电容器平抑波动,相较单种介质蓄电池能增加单位投资的平抑能力。     

多目标多工况双储能协同运行策略

针对风电场弃风严重、预测误差大和风电波动率较大等问题,提出一种计及多工况的多目标双储能协同运行策略.根据不同工况制定15 min时间尺度内的储能补偿负预测差值策略,并设定5 min时间尺度内的储能平抑风电波动策略.根据所提的不同策略设计2种运行方式.在此基础上,考虑双储能系统协同运行策略对容量配置的影响,建立以最大化补偿负预测差值和最大化平抑风电波动为目标函数的储能容量优化配置模型,采用结合遗传特征的粒子群算法进行求解.以中国新疆维吾尔自治区某50 MW风电场为例验证了所提策略的合理性及模型求解方法的有效性.     

平抑风电波动的混合储能容量配置及控制策略

为了平滑风电场输出功率,降低风电波动对电网造成的冲击,利用能量型储能元件电解槽与功率型储能元件超级电容相结合形成的混合储能系统对风电波动进行平抑。首先对大量时间片段内的储能出力进行概率统计分析,通过并网功率波动率在风电波动限值范围内的概率变化评估风电波动平抑效果,将给定置信水平的输出功率作为混合储能额定功率。在此基础上,通过考虑经济性的自适应滑动窗口算法将混合储能功率分解,进而确定超级电容的额定容量以及电解槽的额定功率,实现了兼顾经济性和波动平抑效果的容量配置。其次,依据超级电容的荷电状态、电解槽额定功率、储能系统总体功率指令制定混合储能系统的运行控制策略。最后结合风电场实际运行数据,仿真验证了所提方法可以实现功率分配、保证储能各元件正常运行,同时有效降低了风电输出功率的波动。     

基于频谱分析和滑动平均滤波的混合储能容量配置方案

以风电为典型的可再生能源由于其随机性和间歇性的特点,其入网功率波动大,为减小并网时对电网造成的冲击,文中研究一种混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)来平滑风电出力波动,使入网波动符合并网规范。基于傅里叶变换对风电原始数据进行频谱分析,并得到符合风电接入电网规范的理想目标输出,将两种功率的差值做为混合储能系统的补偿功率,再由滑动平均滤波方法分配混合储能中蓄电池和超级电容器的功率补偿量,考虑并网波动、充放电效率和荷电状态来确定蓄电池和超级电容器的额定功率和容量,在计及蓄电池损耗的基础上,考虑储能折旧和维护因素,计算混合储能系统的配置成本。算例表明混合型储能比单一型储能配置成本更低,更具有经济性,验证了该方法的可行性。     

基于VMD-APSO的风电场混合储能系统容量优化配置北大核心CSCD

针对风电波动性、间歇性和难预测等严重冲击电网安全运行问题,提出一种利用变分模态分解(VMD)和自适应权重粒子群算法(APSO)获得风电场混合储能系统容量优化配置方法。首先,基于典型日风电输出功率,利用低通滤波法得到满足标准的目标并网功率并获得储能系统参考功率。然后,将其通过VMD分解为高、低频功率,由超级电容器和蓄电池承担。最后,考虑储能充放电功率与荷电状态(SOC)等约束,建立以系统年综合成本最小为目标的容量优化配置模型,采用APSO算法求解并分析最优分界点和对应的储能配置方案。算例结果表明所提方法可有效平抑风电波动,降低储能容量,提高系统供电可靠性与经济性。     

考虑蓄电池极化效应的储能容量配置方案研究

配置合理的储能系统对孤立微电网的稳定与经济运行具有重要的意义。在含风电、蓄电池与超级电容器混合储能的孤立微电网基础上,充分考虑实际系统中蓄电池极化效应的影响,以平抑低频风电功率波动为目的配置蓄电池容量,同时以平抑高频风电功率波动为目的配置超级电容器容量,并建立了平抑一定概率下功率波动的储能容量配置模型,从而保证储能系统有足够容量维持孤立微电网稳定运行。结合具体微电网实例对混合储能配置方法进行说明,分析给定数据下的风电功率波动,计算得到满足设定概率的功率波动的储能配置容量,并通过实时仿真进行验证,结果表明储能系统可平抑风电功率波动、维持负荷稳定运行,且蓄电池与超级电容器SOC均运行于合理范围。该方法对实际微电网中储能的容量配置具有一定的指导意义。     

微电网混合储能系统控制策略研究

微电网中的微电源和负载具有波动性和随机性,故储能系统是维持微电网安全可靠运行并改善电能质量的关键,蓄电池与超级电容器混合使用可以发挥蓄电池电池能量密度大和超级电容器功率密度大,充放电速度快的优势,提高微电网储能系统性能。提出了一种基于互补PWM小信号模型,并分别给蓄电池和超级电容器设计了控制方案,蓄电池采用单电流环很好的平抑了功率的低频波动,超级电容器采用带前馈的双环控制,平抑功率的高频波动,并有效的维持了直流母线电压的稳定。仿真结果证明了所提出的控制策略的正确性。     

混合储能在配电网中的优化配置

单一蓄电池储能技术已应用于配电网中,作为备用容量和节省电能投资。鉴于单一蓄电池储能设备成本过高的问题,本文采用电池超级电容器混合储能(HESS)技术,建立以整个寿命周期内年均成本为最小的目标函数,以满足供电可靠性、调压、平抑大负荷功率冲击等为约束条件的容量优化配置模型。运用粒子群优化算法进行求解,与单一蓄电池储能作比较,验证了HESS混合储能在配电网中的经济性。     

基于MPGA的混合储能系统容量配置

风电功率的间歇与波动易引起局部电网的电压不稳、频率波动,影响了系统的电能质量及稳定性。针对此现象,将超级电容器与蓄电池组成快速储能装置,用于风电的功率波动平抑。首先,以风电并网要求为依据,对风电输出功率进行分解,得到满足要求的风电并网功率和需要混合储能功率平抑的功率;接着,根据储能介质的工作特性,制定超级电容优先充放电,蓄电池再进行充放电的协调控制策略,实现混合储能系统实时平抑风电功率的波动,同时发挥各储能介质的优势;针对传统遗传算法容易陷入局部收敛的缺陷,采用多种群遗传算法对混合储能容量进行优化配置。最后,通过仿真算例,验证混合储能控制策略和容量配置的有效性。     

平抑风电波动的混合储能系统的容量配置

风电功率波动对电网造成不容忽视影响。用滑动平均法平滑风电功率,降低风电并网对电网的影响。滑动窗口的选取具有随机性,直接影响平滑效果。该研究提出滑动平均和标准校正的组合方法,分离出并网分量和储能分量。混合储能系统采用小波分解算法,可以有效地解耦出电池及超级电容器分量。对各储能分量统计分析,证明它们均服从t location-scale分布。在不同置信水平和容量下,以波动量的均值、方差、波动范围及波动点数为指标,分析混合储能系统的平抑效果。     

基于滑动平均与小波包分解的混合储能容量优化

采用蓄电池和超级电容组成的混合储能平抑风电功率波动,提高风电并网运行能力。首先,根据风电场历史数据,结合风电并网波动标准,采用滑动平均法对原始功率进行分解,得到风电并网功率和储能功率;其次,利用小波包分解法的高时频分辨率优点,将储能功率信号分解,得到低频分量和高频分量,分别作为蓄电池和超级电容的功率指令。基于储能寿命量化模型,建立以储能年均综合成本最小为目标函数的容量优化配置模型。实例验证了所提方法有效性和经济实用性,为风电场储能规划设计提供了一定的理论依据。     

风电场黑启动储能容量优化配置：一种考虑储能运行策略的方法

风电在区域电网的占比越来越大。为了解决风电场在黑启动过程中的风电出力波动问题,提出了一种考虑储能运行策略的储能配置方法。首先,基于风电功率预测算法得出预测功率,并利用非参数核密度估计定义黑启动最小风功率概率密度以及黑启动可执行概率倾度,进而确定了黑启动时段。其次,根据储能在黑启动过程中补偿功率缺额和平抑波动作用制定储能运行策略。考虑储能运行策略对容量配置的影响,将储能额定功率和额定容量作为模型自变量,建立以补偿功率缺额最大化为目标函数的储能优化配置模型,并采用改进粒子群算法对模型进行求解。最后,以内蒙古某45 MW风电场数据对储能运行策略和优化配置模型的可行性进行了验证。     

微电网孤岛运行混合储能自适应控制策略

蓄电池/超级电容器混合储能系统综合了超级电容器高功率密度和蓄电池高能量密度的优势,是储能技术未来发展方向之一。针对平抑微电网直流母线电压波动的应用需求,研究了蓄电池/超级电容器混合储能系统,建立了微电网孤岛运行状态混合储能系统等效电路模型。为充分保证混合储能系统整体性能,提出一种主从双环结构自适应控制策略,系统依据所设置的不同开环截止频率,对母线功率波动进行自适应响应,完成上层的功率自适应调节并使之平衡。针对负载电流不易测量的问题,提出基于扩张状态观测器的方法对其进行虚拟测量。仿真分析结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

用于平抑风电波动功率的混合储能系统及其控制系统

风电系统输出功率具有波动性和随机性,并网时将严重影响电能质量。提出了一种基于超级电容器和蓄电池的新型混合储能系统,以满足平抑风电波动功率的需求。通过对混合储能系统充放电过程的控制,延长系统的使用寿命,提高充放电效率。对风电波动功率进行分解,通过采用一种新型的控制模型,建立功率信息库,根据实时风电功率及储能元件的状态,检索信息库,得到充放电控制器相应的控制算法,简化了风力发电系统多种波动功率的控制方案,缩短控制时间。仿真结果表明,所提出的混合储能系统及其控制方案是可行的,平抑后的风电输出功率可以满足电力系统实时调度的要求。     

混合储能系统平抑风力发电输出功率波动控制方法设计

风力发电系统输出功率的随机性对大规模风电并网会产生诸多不利影响,近年来采用储能装置平抑风电输出功率的研究取得了一定进展.文中分析了单独采用蓄电池组或超级电容器对风力发电输出功率进行补偿时的不足之处,在此基础上构架了采用蓄电池组和超级电容器的混合储能系统,并进一步提出了利用其平抑风力发电输出功率的控制方法.所提出的控制方法将补偿功率分为高频和低频2个部分进行补偿,一定程度上克服了储能设备单独使用时的不足,并且在补偿过程中考虑了电网调度的需求.经仿真验证该方法能够较好地平抑风力发电系统输出功率.     

基于元模型优化算法的混合储能系统双层优化配置方法

混合储能兼具能量型储能与功率型储能的优势,针对混合储能在风电平抑中的配置问题,提出了一种基于元模型优化算法的混合储能双层优化配置方法。首先,利用小波分解对风电功率的原始数据进行分解,得到混合储能需要平抑的功率。然后,针对功率分配策略对混合储能容量配置的影响问题,提出一种混合储能容量嵌套式双层优化配置方法。该方法的内层为混合储能功率优化分配策略,以荷电状态、充放电功率为约束条件,以蓄电池总体充放电功率最小为目标函数,以提高蓄电池的使用寿命;外层以最小容量、最小功率为约束条件,以混合储能的全寿命周期年均成本最小为目标函数。针对多变量、非线性、计算密集型双层优化方法具有求解复杂、计算时间长等问题,提出基于元模型优化算法的优化求解方法。算例分析结果表明,所提优化配置方法可以在保持混合储能经济性最优的同时,有效避免蓄电池频繁充放电,从而提高了其使用寿命;相比于传统的启发式求解方法,基于元模型优化算法的优化求解方法的计算速度更快,所得优化配置结果更精确。     

小型风力发电混合储能及能量管理系统

针对小型风力发电系统中风速和负载突变引起的功率波动,采用蓄电池和超级电容器组成混合储能系统进行平抑,为充分利用蓄电池和超级电容器所具有的互补性能,研究了能量管理控制策略。根据风速及负载的变化和超级电容器的荷电状态,控制混合储能装置的工作模式,使风力发电机、蓄电池和超级电容器3个能量源协调工作。为验证能量管理策略的有效性,用Matlab/Simulink进行仿真研究。仿真结果表明:风力发电机输出功率波动且负载突变时,采用混合储能能够减小功率波动对系统的冲击,使蓄电池工作在优化的充放电状态,有助于延长蓄电池使用寿命,加快储能装置响应速度,提高系统能量利用效率。     

基于储能与桨距角协调控制的风电功率波动平抑方法

在风力发电系统中配置一定容量的储能系统,可以有效平抑风电功率波动。提出一种新的基于混合储能的风电功率平抑控制策略,采用滑动平均值算法获取风电输出期望功率,蓄电池和超级电容构成混合储能补偿系统。采用Mamdani型模糊控制器改变滤波器时间常数,实现可变滤波;考虑到滤波器的延迟效应,利用Takagi-Sugeno型模糊控制器调整蓄电池参考功率值,从而实现混合储能系统内部的协调控制,优化补偿功率分配。同时,提出基于储能系统荷电状态的风储协调控制机制,将风机桨距角的功率调节与储能功率平抑相结合,协同工作实现风电功率的良好平抑。仿真结果表明该协调控制策略具有良好的风电功率平抑效果。