储能协助风电机组参与电网调频控制策略研究

风机通过电力电子设备连接至电网,当转子动能与系统频率解耦,无法为电网频率变化提供惯性支撑,随着系统中风电比例的增加,系统频率稳定受到严峻挑战。文中提出一种变系数综合惯性控制方法,风机能够根据频率的扰动灵活调节输出功率;在此基础上,提出结合桨距角备用控制协同调频方法,通过对风速的分段处理,使风电机组参与电网调频具有针对性;为进一步优化风电机组调频性能,风电并网系统增加了储能装置,通过对风储系统惯性进行详细分析,提出了一种风储系统联合调频控制策略,采用模糊控制策略对中高风速区间风储出力分配制定相应的规则,实时调节储能出力系数。最后对风储调频策略进行仿真验证,结果表明,所提方法能有效改善风电机组调频效果,保证高比例风电并网的频率稳定。     

考虑频率响应过程的风储联合调频策略及储能系统优化配置方法

风能接入电网后会对系统频率产生负面影响,制定合理的风储联合调频策略可以减小风机并网引起的频率波动.为了准确分析风储联合调频策略的经济性,首先结合电网、风机与储能系统特性,考虑电网与风机的惯性后对风储联合系统进行建模,模拟了风储联合调频时的频率响应过程.然后确定调频功率、风功率及系统频率的关系,结合调频效果确定调频系数,并改进了备用容量的配置策略与调频功率的分配策略.最后以调频成本最小为目标建立了优化模型,使用粒子群优化算法对储能系统的最优配置进行求解.算例结果表明,采用的风储联合调频策略及储能系统优化配置可以有效降低调频成本,提高风储联合系统的经济性.     

风储联合系统调频控制策略研究

风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高,其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时,储能技术在近年来得到大力发展,其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题,提出了应用储能补偿系统惯量,利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K,使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频,再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略,得出风储联合系统参与电网调频的优越性。     

基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频策略

在风电场中配置储能系统构成风储联合系统可有效提高对电网主动支撑能力，在满足电网一次调频需求的同时还可以提高风电利用率，增加风电场的经济效益。以双馈风机(double fed induction generator,DFIG)与超级电容储能为例，基于不同风速下DFIG参与调频能力，提出了一种风储联合系统参与电网一次调频的控制策略。考虑风速、频差变化率和频率偏差3个因素设计多变量模糊逻辑控制器，实现风储功率的合理调配，根据储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)动态设置DFIG调频备用容量，提升不同风况下风储联合系统的一次调频能力。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台对所提策略有效性进行验证，结果表明，所提策略在提升风储联合系统一次调频能力的同时，实现了风储调频功率的合理分配，减少了弃风及风机出力振荡风险，改善了系统的频率稳定性。     

电力市场环境下考虑风电调度和调频极限的储能优化控制

风电功率间歇性不仅使风电场难以精确响应调度计划,还导致电网频率波动加剧.为提高风电可调度性和电网频率安全,该文以日前调度为例构建日前调度计划和电网调频极限的形成方法,在此基础上提出利用储能辅助风电场跟踪日前调度计划并参与调频的策略;然后在电力市场环境下以风储电站利润最大为目标建立风储运行模型,该模型考虑由所提策略形成的风储电站联合出力约束和频率安全约束,用来计算储能辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频的最优出力;最后基于实测数据对该策略进行仿真分析,结果表明所提策略可以提高风电场跟踪日前调度计划能力和电网频率安全性,同时还具有良好的经济效益.     

计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略

针对风电机组与储能系统频繁参与电力系统调频带来的机械疲劳及循环使用寿命的问题,提出一种计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略。首先,构建含风储调频死区的系统频率响应模型,明晰调频死区变化对电网频率的动态影响;其次,通过人工设置调频死区,确定风储系统调频动作时机及限制其调频深度,将受扰系统的频率响应阶段分为无响应区、风机响应区、风储过渡区和储能响应区,同时风机在考虑有效旋转动能的基础上参与调频,平抑电网频率波动;然后,通过设置风储过渡区可有效缓解风机退出调频带来的机械疲劳问题,储能装置在荷电状态约束的条件下参与调频,遏制电网频率突变;最后,利用大扰动激励法,在连续变动风速场景下验证了所提策略的有效性。     

计及风储拓扑结构的调频和平波抑动研究

针对风储系统中储能调频和平波抑动性能受风储拓扑结构影响的问题,首先,分析了3种典型风储拓扑结构及其控制特点,明确安装位置对储能应用的影响;其次,为提高风储系统应用性能,构建了风机直流侧电容参与调频和平波抑动的能力模型,并在此基础上,提出了调频和平波抑动场景下的风储协调控制策略和评估指标,定量评估其影响作用;最后,在MATLAB/Simulink平台中进行了含风储系统的电网频率特性及输出功率波动仿真。结果表明:储能系统安装在风机直流侧更有利于提升储能调频和平波抑动性能。     

风储联合系统分风速一次调频协同控制策略

针对风电大规模并网所引起的系统频率不稳定,以及系统惯量降低导致调频能力下降的问题,在风储联合参与系统一次调频运行模式下,考虑储能荷电状态约束,提出了风储联合协同调频控制策略。建立含风储系统模型,提出了风储联合协同一次调频控制策略,并对风速区间进行了划分,在不同风速区间采取风机变速或变桨协调调频控制策略,以提高风电自身调频的利用程度。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建了含风储联合系统的电网频率特性仿真模型,结果表明,所提策略能够有效改善电力系统综合频率特性,对风储联合实际工程的调频问题提供了理论依据。     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.     

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....     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

基于风机调频特性的储能配置方法及协调运行策略

针对大规模风电机组(wind turbine,WT)接入电网,导致电网惯量响应能力和调频备用容量不足,进而造成电网频率稳定性下降的问题,文章提出一种风储系统与等容量同步发电机等惯量响应能力的储能(energy storage,ES)配置方法。方法旨在实现WT取代同步发电机接入电网前后,电网惯量响应能力和调频能力不变。并在此基础上,根据WT在不同风速下,具有不同的调频能力这一特性,文章进一步提出了风储协调控制策略,该策略既能在低风速下提供惯量响应支持,又能在中风速下辅助WT转速恢复,避免频率二次跌落。仿真结果表明,仅配置风电场额定功率5%的容量,既可补偿电网惯量响应能力,又能满足WT转速恢复所需功率,大大提升了电网频率运行稳定性。     

基于动态小波分解的混合储能系统平滑控制策略

为平抑分钟级的功率波动,使风电功率满足并网标准,基于小波分析提出功率分配数动态变化的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)控制策略。设计了功率分配数根据风电功率超短期预测结果和HESS的荷电状态(state of charge,SOC)动态调整的分频方法,从而改变并网的低频目标功率和需要蓄电池、超级电容平抑的中、高频功率;建立兼顾HESS控制成本、功率平滑度的多目标优化函数,并应用改进的NSGA-Ⅱ算法对功率分配数进行滚动优化,从而达到最优控制;针对基本NSGA-Ⅱ算法在维持种群多样性、均匀性上的不足,以及种群规模大的问题,对精英保留策略进行了改进。最后,通过美国某州风电场实际观测数据进行实例验证,结果表明,所提控制策略能充分发挥不同类型储能的优势,经济、快速地平抑风电功率波动。     

需求响应下基于自抗扰的抽水蓄能与电化学储能联合参与电网负荷调频研究

为应对大规模可再生能源接入电网带来的随机性和波动性挑战,确保可再生能源利用的灵活性,在实际电网运行中加入合理的储能设备成为目前研究的热点。针对电化学储能参与含抽水蓄能电站的互联电网调频问题,提出一种基于线性自抗扰技术的抽/储联合负荷频率控制(LFC)策略。在建立了考虑调速器死区和发电速度限制等非线性条件的抽/储联合LFC模型的基础上比较不同控制器性能,采用所设计的二阶线性自抗扰控制器(LADRC),凭借其优良控制性能并引入需求响应(DR)参与调频。仿真验证在抽水蓄能中加入电化学储能后系统具有更强的抗干扰性,对平抑电网频率波动具有良好的动态响应。     

大规模储能参与电网调频的双层控制策略

风电等可再生能源大规模并网,其间歇性和波动性的出力特性会给电网带来机组调频容量不充足、调频效果不理想等调频问题。为此,文中提出一种大规模储能参与电网调频的双层控制策略。首先,基于复频域分析提出区域调节需求信号分配模式和区域控制误差信号分配模式的切换时机判据。然后,全面考虑不同调频电源的技术特征,提出大规模电池储能和火电机组协调响应系统自动发电控制指令的双层控制策略,在上层基于电源调频成本函数实现多约束条件下的功率经济分配,在下层基于模型预测控制实现频率分布式优化控制。最后,通过仿真验证了文中所提策略的经济性和有效性。     

高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整策略

考虑负荷波动、风电有功输出的随机性,针对电力系统对大规模风电并网时电能质量、经济性、负荷支撑和快速响应等多方面的需求,提出了一种高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整的多时间尺度协调优化策略。根据变速风电机组运行特性,制定不同风速工况下风电机组的减载控制,并在不同时间尺度对机组间的调频出力进行协调,使惯性与一次调频相结合,实现频率调整优化。结果表明该策略下变速风电机组不仅能够有效地为系统提供惯性支撑,并且具备灵活、可控的静态频率响应特性。     

含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法

光热电站具有良好的可调节特性,能够弥补常规机组调节能力不足,促进风电、光伏消纳。然而,光热电站的可调节能力受到太阳能直射辐射情况以及蓄热装置初始蓄热量的影响,增加了光热电站接入下多源联合系统协调优化难度。为此,提出了含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法。首先,建立了光热电站功率调节特性、能量储存运行特性的数学模型;在此基础上,基于多源联合机组组合滚动优化及反馈校正的模型预测控制MPC思路,提出了含光热电站接入的多源联合系统滚动优化模型及相应的优化方法,进而得到含光热电站接入的多源联合系统优化控制方案;最后,以某含光热电站接入的新能源送端电网为例进行仿真计算,仿真结果验证了所提方法在挖掘光热电站有功调节能力、促进风光电消纳方面的有效性。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。