大电网新能源系统的数学建模和功率控制策略

随着社会的发展进步,大规模风能、太阳能等新能源发电,能源供需广域平衡,大容量高效变流器等新技术的相继涌现,对含新能源系统的灵活交流输电技术(FACTS)提出了新的要求。为了解决新能源发电的波动性和间歇性,应对负荷的功率变化,优化电能的传输和分配,提出大电网新能源系统的概念。通过推导大电网新能源系统的数学模型和设计出相应的精确可靠的控制策略,得出新能源电力能够直接并入大电网新能源系统,由储能装置广域平衡波动电源和负荷的结论。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果表明,大电网新能源系统的结构设计能够保证风能、太阳能等新能源发电功率得到最大限度的并网利用,所设计数学模型和控制策略正确可靠,储能系统能够实现与大电网功率的动态跟踪交互。     

离网运行的风能海水淡化系统负荷控制策略

在由风力发电机和储能装置作为海水淡化装置供电电源的离网型配电系统中,为最大化利用风能并减少配电系统对储能装置容量的依赖,海水淡化装置负荷采用功率阶梯调节和功率平滑调节相结合的方式,储能装置采用V/f控制。功率阶梯调节通过海水淡化装置的模块化投切实现;功率平滑调节通过变频器实现电动机的变频调速,并且利用变频器的软启动功能和无功输出能力有效维持配电系统的电压稳定。基于上述控制策略,通过PSCAD仿真软件建立动态负荷模型进行仿真计算并结合负荷实验数据进行分析。仿真和实验结果均表明,该控制策略可以实现海水淡化负荷对风力发电输出功率的有效跟踪,能够很好地适应风电波动性,并充分利用了风力发电机的输出功率,减少了对储能装置容量的依赖,提高了全系统运行的稳定性和经济性。     

计及预测风险的储能系统辅助调频控制

为解决风电出力不确定性与负荷波动引起的系统不稳定问题,将风电出力平均值作为＂负＂负荷进行处理,同时兼顾风电预测及负荷预测的预测风险,并以得到的净负荷曲线作为火电厂发电计划的参考值。在此基础上,提出利用储能系统辅助电网调频,并给出了合理的控制策略。利用储能系统在死区外的工作区间吸收或释放功率,稳定系统频率,以提高电网稳定性。算例分析结果表明,储能系统的投入有效改善了系统稳定性。     

跟踪风电计划偏差的风储系统联合控制策略

风电固有的特性决定了其难以严格按合同要求出力、和传统能源直接竞争,因此,风电场必须提升相关技术以提高与合同计划出力的吻合度。以风电控制性能评价标准为准则,利用离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)对风电场考核时间段内的输出功率偏差进行频谱分析,得出不同时间尺度的补偿功率需求,调用相应特性的储能设备分类调控风储系统的功率输出,满足市场竞争偏差要求;同时制定储能系统间的充放电规则,利用储能间互补平衡,减少能量型储能的深度放电的可能,避免储能系统过充过放。经某风电场典型日的负荷数据仿真验证,所采用的控制策略能较好地跟踪风电计划偏差,控制风电输出精度,有效减少储能系统的动作次数,提高电网对风电的接纳能力。     

应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力

针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出应用由超级电容和双向DC/DC变换器组成的储能系统提高风电机组的低电压穿越能力.研究永磁直驱风电系统的结构和控制策略,以及基于超级电容的储能系统平衡系统功率的特点,建立永磁直驱风电系统和基于超级电容的储能系统的模型,并给出控制策略和主要仿真参数.仿真结果显示,储能系统在电网电压发生跌落时,迅速平衡了直流母线两侧的功率变化,使直流母线电压保持稳定,并将风电机组与电网故障相隔离,保证风电机组继续向电网传输能量,从而提高风电系统的低电压穿越能力.     

风-蓄混合孤立发电系统的运行控制

在风电孤立发电系统中接入储能设备,可抑制风能波动和负荷扰动对系统稳定性的影响.在此深入研究了风-蓄混合孤立发电系统的运行控制,包括双馈风力发电机组的最大功率跟踪控制、双馈风机的定子磁链定向有功、无功功率解耦矢量控制及功率调节器有功、无功功率控制.搭建了风-蓄混合孤立发电实验系统,实验结果证明,将了储能设备接入风电孤立发...     

基于灵敏度分析的孤立电网频率控制方法

利用实时仿真平台对某地区含高耗能电解铝负荷的孤立电网进行仿真研究,分析不同运行方式下系统的安稳控制策略,指出在极端情况下安稳控制策略动作后系统仍会存在不平衡功率,提出一种基于电压灵敏度分析的孤立电网频率控制方法,仿真结果验证了控制方法的有效性。     

光伏电站接入孤立电网的动态建模与稳定性分析

为了分析光伏电站接入孤立电网的可靠性和稳定性,开发了基于PSASP的光伏电站仿真模型及其储能系统控制策略。利用PSASP的用户自定义模型（UDM）,设计了完整的适于工程应用的光伏阵列模型、逆变器装置模型、MPPT控制模型以及蓄电池储能装置模型。分析了储能系统的工作原理,确定了蓄电池储能系统的容量配置方法和并网控制策略,并对实际孤立电网进行了仿真分析。仿真结果表明,在发生光照强度变化和三相短路故障的情况下,蓄电池储能系统能够维持电网的功率平衡以及并网点的电压水平,减小故障后的系统振荡,确保了孤立电网的稳定性,证明了该系统及其控制策略稳定可靠。     

考虑储能的地区电网有功和电压联合控制策略研究

由于分布式新电源的间歇性和波动性,地区电网的功率波动和电压波动问题凸显。为解决这一问题,本文提出一种考虑储能设备的联合控制策略,首先建立以电网功率波动最小为目标函数的数学模型,然后通过改进粒子群算法进行求解,以此来控制储能的出力,使得地区电网的功率波动最小,并通过储能系统荷电状态反馈控制,保证储能设备不会过度充放电。通过潮流计算得到风电接入时母线的电压波动,选取波动较大的时段,在该母线上进行离散无功补偿,进一步对电压波动进行调节。最后通过IEEE14节点算例进行仿真,在电网中接入风电和储能装置,同时在风电接入母线配置离散无功补偿设备,在完整的一个调度周期内,对比储能不出力和不采用离散无功补偿策略情况下的功率波动和电压波动,表明联合控制策略的有效性。     

含飞轮储能的直驱风电系统功率平滑控制策略研究

在分析永磁直驱风电系统的运行特性和控制方式的基础上,提出了一种在无需测量风速的条件下,利用飞轮储能系统来平滑永磁直驱风电系统输出功率的控制系统和相关控制策略,该方法不仅能有效减小风力发电接入电网的功率波动,同时也有利于发电机变流器直流侧电压的稳定。通过对全风况下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统进行仿真分析,表明所提的控制策略在最大程度利用风能的同时,也能较好地实现输出有功功率的平滑控制,进而改善电网电能质量。     

储能系统平抑风电功率波动及容量动态优化控制

在高比例风电主导的可再生能源电力系统中,利用储能系统平抑风电并网功率波动,可提高风电在电网中的渗透率.为避免储能系统过度充放电,提出了储能系统SOC分区控制模型及控制方法.在此基础上,结合风功率预测信息,提出了风储协调动态优化控制策略,采用超前控制及滚动时域优化方法执行储能的动态控制,在控制允许的范围内提前进行充放电....     

考虑频率约束下提升风储联合发电系统可靠性的储能系统控制策略

提出了一种风储联合发电系统中储能系统的控制策略,可在电网频率稳定的前提下,通过储能系统与风电场的协调运行以提升电网的可靠性。首先对系统中的频率安全约束进行建模以确定风电场的最大并网功率;提出了在频率约束条件下,储能系统在不同风电输出及负荷功率状态下的控制策略;并在改进IEEE RTS算例上搭建了仿真平台,对比分析了不同场景下电网频率的响应及可靠性指标,验证了所述策略的有效性。所提方法可有效降低风电并网对电网频率的影响,提升了电网运行的稳定性。     

风电海水淡化孤立微电网的运行与控制

大型离网风机与高耗能的海水淡化装置联合运行将是未来淡水清洁生产技术的开发方向之一。首先根据海水淡化的负荷特性及风电的运行特性,分析含风电、储能、海水淡化负荷的孤立微电网的运行模式及控制方案。在此基础上,根据风速历史数据,计算机组出力及风功率波动的概率分布,提出风电、储能和海水淡化装置的容量配置方案以及孤立微电网协调运行的控制策略,进而提高系统经济效益和安全稳定运行能力。最后基于PXI+c RIO的仿真试验系统搭建某地区海岛微电网,针对风电海水淡化孤立系统不同运行工况进行实时仿真,验证了所提控制策略的可行性。     

多能源互补独立电力系统的控制策略仿真研究

多能源互补电力系统是解决偏远地区供电问题的有效途径之一,西藏阿里地区比较适合建设光电、储能装置、水电和柴油发电互补的独立电力系统。针对光伏电站,提改进PQ下垂控制与功率外环控制相结合的综合控制策略。针对不同的控制目标,设计两种功率外环控制策略。利用电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory对该独立电力系统及控制策略进行仿真;分析不同控制策略下电网的动态响应特性,并研究V/f响应功率外环控制策略下光伏电站独立支撑电网的能力。仿真结果表明,光照强度发生剧烈变化以及大容量设备启停时,系统能够快速跟踪动态响应变化,其电压和频率均能可靠快速地恢复至正常水平。     

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。     

钒液流储能电池建模及其平抑风电波动研究

由于风电的随机波动性,大量风电的并网给电网带来了影响,利用储能系统平抑风功率波动的研究变得愈加重要。以钒液流电池（Vanadium Redox Flow Battery,VRFB）为储能元件研究其风电平抑控制策略,建立反映VRFB充放电特性的仿真模型。以钒氧化还原液流电池电化学交流阻抗等效电路为基础,对等效电路重要参数的变化规律做了分析与简化,建立了反映钒液流电池充放电特性的数学模型。以AC/DC变换器的功率解耦控制为基础,建立了基于VRFB储能系统的平抑风电波动控制策略。以某风场的实测风速数据和1.5 MW双馈电机为例,利用PSCAD/EMTDC仿真软件,验证了控制策略的有效性和可行性。     

钒液流储能电池建模及其平抑风电波动研究

由于风电的随机波动性,大量风电的并网给电网带来了影响,利用储能系统平抑风功率波动的研究变得愈加重要.以钒液流电池(Vanadium Redox Flow Battery,VRFB)为储能元件研究其风电平抑控制策略,建立反映VRFB充放电特性的仿真模型.以钒氧化还原液流电池电化学交流阻抗等效电路为基础,对等效电路重要参数的变化规律做了分析与简化,建立了反映钒液流电池充放电特性的数学模型.以AC/DC变换器的功率解耦控制为基础,建立了基于VRFB储能系统的平抑风电波动控制策略.以某风场的实测风速数据和1.5 MW双馈电机为例,利用PSCAD/EMTDC仿真软件,验证了控制策略的有效性和可行性.     

风电功率波动平抑下储能出力与平滑能力的动态优化控制策略

风电场并网处布置储能系统能改善并网经济性,平抑风电并网功率波动。然而,储能出力优化电网运行性能受储能系统的功率、容量和能量状态等诸多因素影响。本文引入储能电池出力能力指标,设计了保护储能电池和保障并网功率平衡能力的多目标优化模型,提出一种基于储能荷电状态模糊动态调节的模型预测控制策略,在整体上保证储能出力最小水平,在局部储能高充/放电区域的时段内提高储能充/放电出力能力,并将本文方法与传统模型预测方法进行仿真对比。结果表明,在相同储能配置比例下,本文方法能有效平抑风电功率波动,综合指标均优于传统模型预测方法,在优化负荷功率波动的同时也提高了储能系统的功率支撑能力,平衡了储能输出和平滑能力的矛盾。     

基于超短期风电预测和混合储能的风电爬坡优化控制

风电爬坡对电力系统运行的经济性和可靠性有较大的影响,也是对电网造成冲击的重要因素之一,如何减小风电爬坡时的功率波动对电网的冲击成为国内外研究热点。为风电场配备储能系统能够有效抑制风电爬坡时的功率波动。为此,提出一种基于风电功率超短期预测和混合储能系统实现平抑功率在电池和超级电容器之间有效分配方法。首先通过奇异值分解理论风电爬坡事件,提出混合储能系统的动态最佳荷电状态,以使储能设备更好地平抑下一时段风电功率波动。考虑未来风电功率及其预测误差,根据超前充放电控制策略对储能设备当前充放电进行修正,并给出了提前充放电修正公式。仿真结果表明,该方法及其控制策略能有效抑制风电爬坡的功率波动,从而减小风电爬坡事件对电网的冲击,并且能够充分提高混合储能设备的利用效率。     

计及储能出力水平的平滑风电功率模型预测控制策略EI北大核心CSCD

风电大规模并网的有功功率波动给电力系统造成了较大的影响,在风电场并网处加入储能系统可有效平抑风电并网功率波动,提高风电在电网中的渗透率。在储能电池平滑风电功率波动的典型应用场景下,提出了一种计及储能电池出力能力的模型预测控制方法,在减小储能电池出力的同时,兼顾电网对储能系统充放电能力的需求。首先,利用风储发电系统的数学模型,分析储能电池当前输出功率对未来出力能力的影响;然后,设计以储能电池最小出力和最大出力能力为运行原则的模型预测控制策略;最后,基于实际风场数据进行了仿真。结果表明,所提方法可有效降低风电并网功率波动,提高储能电池出力能力,减小储能电池进入死区时间。