基于复合储能系统平抑风电场波动功率研究

由于风能的不稳定性,风电场输出功率带有波动性和间歇性,某种程度上导致风力发电并网难以及“弃风限电”等问题。依据风电输出功率波动特性,提出由先进压缩空气储能和钒液流电池组成的复合储能系统,用于平抑风电场输出功率波动。并通过模拟仿真验证了钒液流电池对风电场侧快速波动功率的补偿和平抑具有良好效果。结果表明,先进压缩空气储能系统具备大功率大容量特性的同时,适合应用在风电场并网侧调节风电场输出功率     

含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。     

基于DIgSILENT的风电储能系统建模与仿真

针对风电功率的随机波动性,采用储能系统改善风电机组的并网运行特性。文章分析了蓄电池储能系统的基本原理及其控制策略,并基于电磁/机电暂态混合仿真程序DIg SILENT/Power Factory搭建了对应的储能系统模型,将其配置在双馈型风电场出口母线的公共连接点处。分别在风速随机波动以及电网侧发生故障的工况下,研究所建储能系统的动态响应特性,结果表明,储能系统可以减小风电输出功率的波动对电网的影响,并能提高风电场并网的稳定性。     

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。     

提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

稳定风电输出功率的控制策略研究

为稳定风电系统输出功率,提出一种在变流器的直流侧加入超级电容器(EDLC)储能的新拓扑结构,通过分析全功率双脉宽调制交-直-交变流器的控制策略,基于永磁直驱风电机组与电网连接的拓扑结构,提出超级电容器储能系统稳定风电系统输出功率的控制策略和输出功率的解耦控制方法,分析了风电系统输出功率初始值和超级电容器容量对输出功率稳定性的影响,并针对典型风速变化给出了输出功率初始值与超级电容器容量的整定范围。     

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。     

光伏发电系统输出功率特性分析及其平滑控制研究

为解决光伏发电系统受光照、温度等外部环境因素影响大、输出功率波动频繁以及并网电流谐波含量大等问题,在分析光伏并网发电系统输出功率特性的基础上,提出一种基于蓄电池和超级电容复合储能的并网功率平滑控制策略。详细分析不同光照、温度环境下系统输出功率的特性及其对电网的影响,给出复合储能型光伏并网发电系统的实现方案,并提出改进的系统并网控制方法,实现系统并网功率高、低频波动分量的平滑控制。仿真结果表明:该控制策略能有效平抑系统输出功率波动,同时降低并网电流的谐波含量。     

基于最优滚动控制域的储能控制策略

针对风电场预测功率与实际功率不匹配以及风力发电不确定性问题,提出一种以补偿风电预测误差和平抑风电波动为目标的储能控制策略。该策略以先进控制理论为基础,结合储能补偿预测区间和储能平抑风电波动区间,提取考虑储能运行成本的储能最优滚动控制域。首先,针对储能补偿预测误差目标,制定储能控制策略,提取允许误差内的储能补偿区间;其次,考虑风电功率波动要求及荷电状态（SOC）约束,采用模型预测控制求解出储能滚动控制序列,确定储能平抑区间。最后,考虑储能运行成本,将补偿区间和平抑区间相结合,制定储能最优滚动控制区间,以此为基础确定储能容量。以中国新疆某风电场为例,对该文提出的储能控制策略与传统控制策略进行对比验证,验证所提策略的可行性和有效性。     

Review on combined wind power generation and energy storage systems

储能系统由于能够实现电能的时空平移,具有响应速度快,规模化等优点,是改善风电波动性,提高其并网能力的有效手段,构建风储联合发电系统成为目前研究重点.简单介绍了风电并网对电力系统的影响及不同类型电池储能技术的发展现状,给出了部分国内外风储联合发电系统的示范工程,并分析了平滑风电功率波动,跟踪计划出力曲线和削峰填谷3种主要运行方式,重点阐述了目前风储联合发电系统控制策略和储能容量配置研究现状,对进一步开展风储联合发电系统的研究进行了展望,指出经济性仍然是制约储能技术应用的关键问题之一,提高包含储能单元的风储联合发电系统的经济性是今后的研究重点.     

考虑预测误差分析的混合储能补偿优化策略

为提高风电场预测功率精度,对于风电场和混合储能构成的风储混合系统,提出基于预测信息搭建的混合储能补偿方案。首先,依据风电预测误差进行概率统计分析,提出风电功率预测误差的分层补偿策略,制定针对补偿预测误差的允许误差域及置信区间补偿域。其次,利用储能对不同误差层的预测误差给出相应的储能补偿方案,基于小波包分解将超出区域外待补偿预测误差分解,通过不平衡功率DFT分频法确定临界点作为功率型储能和能量型储能的目标分配值,对于荷电状态越限问题通过自适应模糊控制进行二次修正。最后,以新疆某风电场为例进行仿真分析,结果表明所提策略可有效减少风电功率预测误差。     

An analysis for the need of a battery energy storage system in tracking wind power schedule output

电池储能系统(battery energy storage system,BESS)在风储联合应用中具有多种功能,利用电池储能系统提高风电并网调度运行能力是当前研究的热点之一.文章基于我国北方某风电场历史运行数据与预测数据,依据预测误差评价指标和风电场预报考核指标的综合评价方法对风电场预测数据进行分析研究,归纳了预测误差的概率分布特征;提出利用电池储能系统提高风电跟踪计划出力能力,统计并量化出电池储能系统用于跟踪计划出力场合的作用范围;通过仿真验证电池储能系统在风储联合系统中提高风电跟踪计划出力控制策略的有效性和可行性.     

The energy storage system output control strategy to improve theshort term windpower forecastingaccuracy rate

目前对于储能系统应用于平抑新能源发电的波动性、移峰填谷等场景的控制策略已有文献研究,但对于风功率预测准确率影响风电场效益的机制下储能系统应用的可行性尚未见研究。本文提出了一种以减小风电场短期功率预测偏差为目标的储能系统出力控制策略,控制策略以风电场实时出力数据（秒级）为数据源,采用线性外推加以移动平均优化的方法预测下一时刻风电场出力,通过比较风电场短期功率预测值与实时预测值,计算储能系统期望出力,并根据储能系统不同SOC区间内的出力能力进行约束,输出储能系统出力指令,最后进行了仿真验证。结果表明,本文提出的储能系统出力控制策略,能够使风电场通过配置储能系统,减少短期功率预测准确度考核,对风电场的精益化运行具有指导意义。     

应用于平抑风功率的燃氢燃气轮机储能系统控制策略研究

储能技术可用于提高风电并网能力,因此其储能系统及控制策略成为研究热点。提出将燃氢燃气轮机作为储能系统主要部分,低通滤波器结合模糊控制作为其平抑风功率的控制策略。通过设定储氢罐容量,对15台1.5 MW风机的历史风功率数据进行了处理。结果表明：低通滤波器结合模糊控制能有效平抑风功率至限制值,实现平抑指标,并得到储氢罐容量的设置限制;可实现储能时燃气轮机不工作,耗能时燃气轮机工作,当储氢罐容量为0.017 m³时,燃气轮机输出功率为0.1 MW。在将燃气轮机作为平抑风功率的储能系统时,需将燃气轮机的启停控制作为今后的研究重点。     

Effect of energy storage on variations in wind power

Irregularities in power output are characteristic of intermittent energy, sources such as wind energy, affecting both the power quality and planning of the energy system. In this work the effects of energy storage to reduce wind power fluctuations are investigated. Integration of the energy storage with wind power is modelled using a filter approach in which a time constant corresponds to the energy storage capacity. The analyses show that already a relatively small energy storage capacity of 3 kWh (storage) per MW wind would reduce the short‐term power fluctuations of an individual wind turbine by 10%. Smoothing out the power fluctuation of the wind turbine on a yearly level would necessitate large storage, e.g. a 10% reduction requires 2–3 MWh per MW wind. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

储能技术在抑制风电场功率波动方面的研究综述

风电受自然条件的约束很大,由于风力的不可调节导致风电出力存在很大的随机性。随着风电装机容量的持续增加,电网不得不面对大规模风电渗透和不断提高的电网运行水平的考验,而储能技术的应用是解决这个困局的有效方法之一。介绍了各种类型的储能技术及其发展状况,针对储能技术抑制风电场出力波动,对提高电网对风电接纳能力方面的研究进行了深入的调研和总结归纳。     

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。     

Monitor system design of distributed wind turbine-energy storage system

风储互补配合是提高风电质量、增加风电可控性、解决风电并网问题的有效途径。本文对“一机一储”的分布式风储系统进行了分析,探讨了分布式风储系统设计的整体方案,对风储能量管理系统监控后台的数据记录、监控界面和报表生成等进行了功能设计。风储系统实际运行效果表明,该监控后台能够很好地实现监控显示、历史数据记录、运行模式设定、统计分析和报表生成等功能,系统运行可靠,可为风储系统的推广应用提供一定的参考。