混合储能系统的动态比例功率分配控制策略

针对混合储能系统(HESS)中负载多变性和冲击性导致的系统不稳定,充放电效率下降,控制难度增加等问题,提出了一种蓄电池/超级电容器混合储能系统的动态比例功率分配控制策略.控制采用双层结构,外层功率控制回路用于确定蓄电池与超级电容器的功率分配比;内层电流控制回路用于确定蓄电池和超级电容器的最佳充放电状态以及实时跟踪负载需求.当外层功率控制回路中的负载不变时,超级电容器和蓄电池的功率分配比维持不变.负载改变时,功率分配比动态改变,超级电容器提供最大的动态负载电流,蓄电池则以不变的动力继续工作.通过仿真测试表明,动态比例功率分配不仅能够减小蓄电池电量波动及其变化率,而且能够提高系统充放电效率和稳定性.     

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。     

平抑间歇式电源功率波动的混合储能系统设计

混合储能综合了功率型储能器件和能量型储能器件的优势,弥补了单一储能技术的不足,是储能技术的重要发展方向之一。针对平抑间歇式电源发电功率波动的应用需求,研究了超级电容器/蓄电池混合储能系统。结合间歇式电源的运行和控制,首先分析了超级电容器/蓄电池混合储能系统的作用,然后针对超级电容器、蓄电池的输出特性和应用需求,进行了混合储能功率电路的设计,并以蓄电池储能量和超级电容器储能量为核心进行了混合储能系统能量管理方案的设计,所设计的能量管理方案具有中央管理单元控制和本地控制2个层次,具有自适应特征。仿真和实验证实了上述方法的有效性。     

一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略

混合储能系统同时具有功率型和能量型储能设备的优点,适用于微电网中平抑波动性功率。采用直流母线并联方式的超级电容器和蓄电池混合储能系统,由蓄电池储能单元稳定直流母线电压,超级电容器储能单元跟踪参考电流,从而达到功率的动态分配。在混合储能系统功率损耗模型的基础上,提出一种兼顾超级电容器荷电状态和储能系统损耗的功率分配策略。将该策略用于光伏发电系统输出功率平抑,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于混合静止能量的虚拟转动惯量控制技术

首先在频率动态变化过程中,建立蓄电池的电池储能、超级电容器的电容储能与同步发电机的机械动能间的能量转换关系,阐述源于2种静止能量的混合储能系统的虚拟转动惯量的定义。其次,根据蓄电池和超级电容器的充放电特性,利用2种储能单元间的功率协同调节,提出含电池储能与电容储能的虚拟转动惯量的控制策略。该控制策略通过监测系统频率波动,根据2类储能元件的功率调节特性及荷电状态,协同调用2种静止能量,以模拟同步发电机组的惯性响应。最后,通过搭建含混合储能的光伏微电网仿真系统,验证了所提控制策略能够充分利用混合储能设备中存储的静止能量快速虚拟出惯性响应,显著改善系统频率的稳定性。     

带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略

为保证微电网系统稳定运行、各发电单元之间功率平衡以及输出电能质量良好,采用混合储能装置作为含光伏发电微电网系统的储能部分。提出了含光伏发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。当光伏发电并网系统的能量管理采用功率分配型控制策略时,直流母线电压幅值的稳定受发电单元侧控制,通过控制微电源与三相逆变器输送给电网能量之间的平衡来保持直流母线电压稳定;当新能源或本地负载功率发生突变时,由于蓄电池和超级电容储能装置具有较好的能量互补特点,通过控制蓄电池吸收或释放低频功率,超级电容吸收或释放高频功率,可以抑制负载突变对直流母线造成的冲击。仿真和实验结果表明,上述控制策略能有效、快速地调节系统有功、无功功率输出,抑制微电网系统负荷突变引起的功率波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

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。     

基于平滑控制策略的混合储能优化配置方法

针对分布式电源的随机性引起的联络线波动,在微电网中加入混合储能装置可以有效平抑该波动,提高电能质量。采用蓄电池与超级电容器组合的混合储能装置,以二阶低通滤波方式确定混合储能装置输出功率,提出一种考虑超级电容器剩余容量的超前控制策略对该功率进行修正,在不影响蓄电池寿命的基础上增加了超级电容器的寿命,建立了混合储能容量配置考虑年最小成本的经济评价模型。仿真实例验证了该方法的有效性。     

全钒液流电池-超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究

为了平抑2 MW直驱式永磁同步风力机组的功率波动,提出了新型的全钒液流电池-超级电容混合储能系统。对基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统进行了分析,然后对全钒液流电池和超级电容的等效电路模型、充放电特性、协调控制策略进行了研究。采用双向DC/DC变换器进行混合储能系统的能量管理,并对其协调控制策略进行了研究。建立了三电平直驱式永磁同步风电系统及混合储能系统的仿真模型,对直驱式风电机组运行特性进行仿真验证。结果表明:采用现场采集风速数据导入仿真模型,在风功率波动较大时,混合储能系统能够平滑风电系统输出功率波动,稳态时风力发电机出力基本稳定在1.25 MW,提高了风电系统的可控性和电网友好性。     

基于风光互补微电网的复合储能控制策略

针对风光互补发电系统并网功率波动问题,在考虑平抑功率波动对储能性能需求的基础上,将蓄电池和超级电容器组成复合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)应用到风光互补微电网中,并提出了复合储能的能量管理和控制策略。能量管理方面,遵循超级电容器优先工作原则,通过判断超级电容器端电压大小来决定复合储能的工作方式;超级电容器用来平抑风光发电并网波动功率的高频部分,蓄电池平抑低频部分,进而减少蓄电池的充放电次数,延长其使用寿命;控制策略方面,蓄电池的双向DC/DC变换器采用恒功率控制,超级电容器的双向DC/DC变换器采用恒母线电压控制,保证了直流母线电压的稳定,实现了复合储能的双向充放电控制。最后,利用PSCAD软件搭建了含复合储能的风光互补微电网仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

面向统一能源系统的氢能规划框架

统一能源系统该如何考虑新能源随机性对供能可靠性的影响,利用多能互补与季节性储能技术,提高能源利用率,确保中长时间尺度上电/热/气/油化产品的可靠供应。首先,提出氢能系统的基本结构(电制氢–储氢–氢转X)及其支撑统一能源系统的运行模式。其次,提出季节性氢储能规划框架,根据季节性氢储能的关键特征,建立其运行分析与能量调控模型;考虑统一能源系统对储能功能的不同需求,建立储能互补机制,以短时储能调节时间的上限作为季节性储能能量调节的时间分辨率,基于此提出季节性氢储能的配置方法,确保季节性氢储能配置后系统无长时能量缺失;再对季节性氢储能规划方案进行综合评估。最后,在统一能源系统背景下,验证所提氢能规划框架的有效性。     

分布式能量系统

针对分布式能量系统在一些最基本的术语、定义、概念中就提法上不明确和不统一的问题,提出了自己的看法,揭示了分布式能量系统的本质特征和产生根源,明确了分布式能量系统在我国的战略地位。     

风-氢混合能源系统

风力发电已经进入大规模商业开发阶段,氢能源广泛应用也日趋可能,而风-氢混合能源系统正是这两种绿色能源系统有机结合的产物。文章介绍了这种系统的概念、原理、系统结构、分类及其技术经济特点,对系统的研究现状、经济技术可行性和目前存在的问题进行了全面的分析与评估,并展望了该类能源系统的应用前景。     

海岛可再生独立能源电站能量管理系统

建立可再生独立能源电站是解决无电网海岛的能源短缺问题,并促进这些地区经济发展的重要举措.文中介绍了珠海市担杆岛研建的一个风能、太阳能、波浪能3种可再生能源以及备用柴油机组成的混合发电站.采用了海水淡化装置作为可控负载,在可再生能源能流密度较大、电力过剩或淡水紧缺时,投入海水淡化装置,利用多余的电力制造淡水,解决海岛淡水不足的问题.为了更合理地管理能量,设计了基于上、下位机的可再生独立能源电站的能量管理系统.该系统对蓄电池的电压和电流信号进行实时监测,以此估算蓄电池的储能状态,对能流进行控制,并利用全球移动通信系统(GSM)模块TC35i,把电站的状态信息发送到相关人员的手机上.运行结果显示,能量管理系统提高了可再生能源的利用率,延长了蓄电池的使用寿命,为海岛独立能源发电站的高效、稳定运行提供了有力的保障.     

计及虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度策略

储能设备可以实现负荷的跨时段平移,在综合能源系统的经济稳定运行中能够起到重要作用。但当下储能投建费用较高,难以大规模应用。而通过优化用户侧可控负荷,可达到类似储能设备平移负荷的效果。从电能、热能2个角度出发,提出了利用用户侧虚拟储能的区域综合能源系统（regional integrated energy system,RIES）优化调度策略。首先基于电动汽车充电管理方法和楼宇蓄热特性,对电、热虚拟储能（virtual energy storage,VES）系统进行建模;进而将虚拟储能系统集成到考虑天气不确定性的区域综合能源系统调度模型中,该模型以降低能源系统日运行费用为优化目标,合理安排电动汽车充电并在温度舒适度范围内对建筑物室温进行调节,实现虚拟储能系统的充放能管理;最后以夏季系统用能场景为例,对优化模型进行仿真实证。仿真结果表明,虚拟储能设备可以起到负荷平移效果,削减储能配置容量。应用虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度模型可以在满足能源需求和温度舒适度的前提下降低系统日运行成本,提升系统运行稳定性。     

含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化

利用区域综合能源系统提高负荷侧运行灵活性是提升电力系统内高比例可再生能源消纳能力的重要技术手段,并且区域综合能源系统内的储能设备可以通过解耦热电联系来有效降低运行成本。用场景分析法对可再生电源出力随机性进行建模,以揭示可再生能源的随机波动性对含有冷热电联供的区域综合能源系统的运行优化所带来的影响。在考虑系统内设备特性后,建立了包含能源转换设备、能源储存设备在内的区域综合能源系统模型,并采用Yalmip工具箱和商业软件Cplex在MATLAB中进行了仿真分析,求得了系统内各个单元最佳出力、机组组合和不同调度模式下总运行成本。仿真算例表明,含有冷热电联供的区域综合能源系统可以通过储能设备有效解耦其热电运行约束,充分发挥区域综合能源系统依附能源互联网运行所带来的经济优势,提高能源利用效率。     

计及建筑蓄能的综合能源系统优化调度

针对传统用户侧综合能源系统在优化调度过程中未充分利用建筑蓄能特性的问题,建立了以燃气轮机为主体的冷热电三联供系统,并将太阳辐射、围护结构传热过程以及室内空气蓄热等因素考虑进去对建筑进行建模,通过设置温度舒适区间使建筑蓄能参与到优化调度过程中.利用该模型,以最低运行成本为目标对四种典型场景进行对比分析,计算得出四种场景运行成本分别为187.01$、316.52$、191.55$、319.13$.结果 表明,围护结构不仅能够隔热而且具有蓄热特性,它与室内空气共同构成建筑蓄能环节,能够根据热量需求以及电价变化参与到系统调度过程中,完成热电解耦或制冷需求调节;充分利用建筑蓄能特性能够有效降低运行成本.     

智慧能源站能效指标评估体系

为能够评价智慧能源站的能效水平,提出了适用于三站合一形式的能效评估体系.首先,分析了各个站的能耗影响因素,建立了智慧能源站指标体系,并给出了各个指标的计算方法;其次,基于提出的能效指标体系,通过主观权重法和关联度分析法的结合确定各指标权重,结合能效分值和权重对智慧能源站进行能效评估,并进行仿真,研究不同运行状态下的能效变化,给出节约能耗的具体建议.     

考虑短时供能的综合能源系统能源最大化利用

研究了综合能源系统脱网情况下短时间尺度内的能源最大化利用问题。首先针对孤网下重要负荷短时供能需求，提出了多能流协调的触发式调度策略。该策略将整个系统划分为风光储发电系统和冷热联供系统，并按照能源最大化利用的原则制定了各供能设备的出力优先级。在此基础上，针对风光储发电系统，制定了多储能单元协调的功率分配策略，各储能单元按照可调度容量之比进行充/放电，在短时间内最大化利用各储能单元的容量。针对冷热联供系统，制定了燃气机预留最小电功率PQ.Lmin动态设置方法，根据不同时段供用能情况动态调整PQ.Lmin的大小，保持燃气机始终运行在最高效状态，最大限度输出冷/热/电能。算例分析结果表明：所提策略可以在短时间内充分利用多种供能设备，有效延长供能时间，实现能源在短时间内的最大化利用。     

考虑复合储能的综合能源系统能量模拟与优化调度

基于多能互补的综合能源系统是提升区域能源利用效率、优化资源配置的重要途径。以综合能源系统周期内运行费用最小化为目标函数,建立综合能源设备能量流矩阵模型,提出了一种结合动态规划与改进粒子群算法的方法。在同一负荷与能源价格设定下,采用横向对比方法分析了工况1无储能、工况2仅储热、工况3复合储热储冷设置下综合能源系统的优化情况,结果表明：工况3、工况2的运行费用相对工况1分别减少14.65%、5.92%,储能装置的存在对优化系统整体运行调度具有显著影响,同时减少了供能设备,在降低系统运行成本的同时还加强了系统的稳定运行。