基于暂态导数极性分段优化的VSG二次调频控制策略

二次调频能使电力系统在一次调频过程中始终满足频率稳定的要求。采用虚拟同步发电机VSG控制策略的并网逆变器在离网运行时仅具备一次调频特性,若VSG的输出频率超出安全工作区间时将会对微电网的稳定运行产生影响,因此,需在有功控制环加入固定积分系数来实现频率无差控制的二次调频,但传统二次调频存在恢复时间与频率振荡的固有矛盾。提出一种根据暂态导数极性分段优化的改进VSG二次调频策略,该策略基于频率恢复特性,将频率恢复过程划分为2个阶段,并分别配置不同的积分系数,使得整个频率恢复时间缩短,且避免了频率的振荡,并给出了所提方法关键参数的设定依据。最后通过仿真与基于HIL的半实物平台验证了所提策略的可靠性。

基于调频信号自适应分解的电池储能辅助二次调频控制策略

以清洁能源发电为代表的零碳机组大规模并入电网,其间歇性和不确定性带来的频率波动愈发凸显。针对电池储能辅助火电机组调频灵活性不足、荷电状态维持效果不理想的问题,提出一种基于调频信号自适应分解的储能辅助二次调频控制策略。首先,综合灵敏度、储能荷电状态、频率偏差状态3个因素,给出区域调节需求信号和区域控制误差信号的切换时机判据;计及火电机组爬坡率限制和储能荷电状态限制,提出自适应调频信号分解策略,构建回报增益与荷电状态之间的规律并将其作为调节参考值,利用频率偏差对参考值进行修正,最后通过状态一致性检测模块判断回报增益的输出,以实现2种调频资源的优势互补。通过单区域系统频率响应模型仿真,验证了本文策略的有效性。结果表明:本文策略能够提高系统的灵活性,使各调频资源形成互补关系。

事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

计及电池寿命的储能系统参与二次调频功率分配策略

储能系统辅助火电机组二次调频具有响应速度快、跟踪精度高等优点,但功率分配不当会加速电池寿命衰减,导致运行成本增加,经济效益下降。如何制定合理的储能功率分配策略,在确保调频性能的同时延长电池寿命并提高经济效益,已成为亟待解决的重要问题。首先基于二阶RC等效电路建立储能锂电池的数学模型,采用限定记忆最小二乘递推算法辨识模型参数;随后,在火储联合调频模型的基础上,对基于比例、差额和频率的3种功率分配策略进行了仿真分析;最后,根据江苏某660 MW火电机组的实际运行数据,重点分析了不同策略对系统调频性能、电池寿命及经济性的影响。结果表明,比例分配策略的调频效果最差,且会加速电池寿命衰减;差额分配策略在调频性能上表现优异,但对电池寿命的改善有限;频率分配策略能够有效降低电池更换频率,可提高整体经济效益。总体而言,频率分配策略不仅可提高系统的调频能力,还能最大限度延长电池寿命并优化经济效益,在储能系统辅助火电机组二次调频中具有显著的应用优势。

考虑火电运行平稳性的飞轮储能辅助二次调频控制策略

为解决电网波动剧烈导致的火电机组运行平稳性问题,提出一种考虑火电运行平稳性的飞轮储能辅助二次调频控制策略。首先,建立了超超临界火电机组联合飞轮储能的二次调频控制模型;其次,提出了一种基于多层变增益速率限制的AGC指令非线性分解方法;最后,综合机组平稳性和系统AGC性能设计了适应度函数,借助鲸鱼优化算法(WOA)实现了最优化的速率限制算法参数获取。基于上述方法设计了火储协同二次调频控制策略。以某1000 MW火电机组-飞轮储能联合系统为例进行了仿真验证。结果表明:所提控制策略在不影响系统调频性能的前提下可以使联合系统有效响应系统高频指令,减小了火电机组的动作幅度,提升了机组运行的平稳性。

基于双层协调控制的电池储能参与电网二次调频策略

针对电池储能参与电网二次调频的场景,为了提升电池储能的寿命以及改善调频效果,提出一种基于双层协调控制的电池储能控制策略。在外层控制中,针对储能参与电网调频的时机与深度,分析基于灵敏度计算的阶跃式控制模式对储能出力特性的影响,并提出基于指数函数变换的分配因子平滑式自适应调整策略,在保证调频质量的同时,优化储能出力。在内层控制中,将电池储能系统分为不同充、放电特性的两部分,以减小频繁充、放电切换对电池寿命的影响。提出结合超短期负荷预测的电池储能荷电状态双层模糊优化策略,根据等效荷电状态和负荷变化趋势修正储能分配因子,在维持电网调频质量的前提下优化电池储能的荷电状态,解决在调频过程中因充、放电总能量不均衡而导致的高/低荷电状态极端运行问题,保证电池储能的持续调频能力。基于某电网的实际负荷数据,在MATLAB/Simulink中验证所提策略的有效性。

含光储充的配网虚拟电厂二次调频随机模型预测控制策略

含光储充的主动配电网作为一种灵活的新型调节资源,可通过聚合其内部的多类分布式电源组成配网虚拟电厂(distribution-level virtual power plant,DVPP)进而整体参与系统二次调频,具有广阔的发展前景。但实际配电网内部情况复杂,存在储能配置有限导致可调容量不足、光伏短时出力难以预测导致控制不精确、功率分配不合理导致内部电压越限的问题,传统虚拟电厂调频策略难以适用。针对上述问题,提出了一种基于随机模型预测控制(stochastic model predictive control,SMPC)的DVPP二次调频策略,通过聚合模型设计、光伏不确定功率的场景树模型搭建、SMPC策略设计的方式实现了分布式电源出力扰动情况下DVPP快速、准确响应自动发电控制(automatic generation control,AGC)指令的目标,并有效降低了功率调节对系统内部电压的影响,为DVPP参与系统二次调频提供了理论基础。

基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频策略

随着风力发电在电网中渗透率不断增加,需要风储联合电场参与电网调频服务,维持电网的频率稳定.针对中高风速下的风储联合电场,通过分析风力发电机的机械特性和储能系统的运行特性,确定了减载运行方式下风力发电机桨距角的控制方式,提出一种基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频的控制策略.建立风电场桨距角控制的预测模型和电化学储能系统的预测模型,优化风力发电机和储能系统的有功功率输出,在调频基础上更好地减少了风能损失.根据上级系统的有功功率指令值和风力发电机实际输出功率之间的差值对桨距角控制进行进一步修正,使得风力发电机在二次调频期间能够更好地追踪到上级系统的功率指令值,迅速响应频率变化值,减小动态频率偏差,完成二次调频任务.仿真结果表明,该控制策略综合考虑了风力发电机可控的二次调频能力和电化学储能系统响应快速、跟踪精确的特性,使风储联合电场能够主动响应系统频率的变化,更好地跟踪上级系统下发的有功功率指令值,参与电网二次调频.

储能电池辅助火电机组二次调频控制策略研究

为提高调频效果与储能电池荷电状态维持效果,该文提出一种储能电池辅助火电机组二次调频的动态下垂系数控制策略,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并对不同控制策略下的仿真结果进行对比。在0.05(p.u.)阶跃负荷扰动下,动态下垂系数控制为最优控制。相比于无储能控制与固定下垂系数控制,其最大频率偏差分别改善0.225 6 Hz与0.025 2 Hz。在连续负荷扰动下,动态下垂系数控制为最优控制。相比于无储能控制与固定下垂系数控制,其频率偏差的方均根值改善0.036 8与0.001 4;荷电状态偏差的方均根值相较于固定下垂系数控制改善0.009 8。对比结果可验证储能电池采用动态下垂系数控制策略的有效性,表明该策略对储能电池荷电状态(SOC)具有一定保持效果。

新型电力系统场景下网侧规模化储能二次调频控制策略

针对大规模新能源并网时造成的新型电力系统频率波动问题,在新型电力系统场景下兼顾电网调频需求及储能调频能力提出一种网侧规模化储能二次调频控制策略。基于电网调频需求,对储能系统响应自动发电控制指令时的双信号自适应切换控制进行研究,在充分发挥两种调频信号优势的同时使储能系统更好地配合响应调频指令;考虑储能机组的技术特性,利用模糊控制对各储能单元的出力深度进行均衡控制,在维持其荷电状态的同时能够将频率偏差的波动以更快的速度控制在更小的范围内;最后在Matlab/Simulink中对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,所提控制策略能够快速抑制频率偏差在更小的范围内、避免储能系统过充过放以及有效维持各组储能单元荷电水平。

储能电池辅助火电机组二次调频的设计与应用

为充分利用电池储能在辅助火电机组二次调频中的优势,对电池储能参与火电机组二次调频的设计方案进行设计与优化。以山东某电厂为例,针对储能系统在二次调频方面的优势,分析储能辅助火电机组二次调频的过程和原理,在此基础上对电池储能辅助该火电机组二次调频的建设方案进行了设计。文中分析了控制策略对二次调频效果的影响,选取基于区域控制偏差(Area Control Error,ACE)信号的控制策略。根据政策文件对项目的收益进行了分析,证明该设计方案可以大幅提高二次调频性能,且经济性良好。

储能型风电机组二次调频的运行策略与控制算法研究

近年来,风能等新能源发展迅猛,风电装机量和发电量增长迅速。在新型电力系统中,风电需要参与系统频率调节已经成为业界共识。本文详细研究了储能型风电机组的二次调频技术,包括其运行策略和控制算法。首先,本文介绍了储能型风电机组二次调频技术的定义、原理和分类,然后探讨了其运行策略。接着在进行深入研究了三种控制算法,PID控制算法、滑模控制算法、模糊控制算法。最后本文探讨了储能型风电机组二次调频技术的应用场景及优势。

采用改进量子粒子群优化算法的虚拟电厂参与二次调频两阶段优化

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为一种新型区域能源管理系统,可通过“源—荷—储”的协调优化调度,高效参与电网二次调频辅助服务。介绍虚拟电厂内部结构,建模分析新能源机组及可控负荷特性;搭建虚拟电厂参与二次调频两阶段调度模型,该模型能够兼顾二次调频净利润及调频效果;研究一种自适应权重的改进量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPSO)算法,通过引入自适应权重机制,在量子粒子更新过程中动态调整权重参数以提高算法的搜索能力和收敛速度;并将改进算法应用于两阶段优化过程中,使虚拟电厂获得更高的二次调频净利润及更好的调频效果;仿真结果表明,所提改进算法的收敛速度更快且全局寻优能力更强。

定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究

变速抽水蓄能机组在电网频率—功率快速调节及主动支撑等方面相较于定速机组具有独特优势,为此开展定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究。即首先建立定速与变速机组联合运行一、二次调频数值仿真模型,然后实现一、二次调频协调仿真,最后揭示定速与变速机组联合运行一、二次调频动态特性。结果表明,频率阶跃的幅值越大,定速与变速机组出力和有功功率一次调频90%目标值响应时间、二次调频目标值响应时间越长。机组的调功指令配比越高,其出力和有功功率的二次调频目标值响应时间越短,变速机组出力和有功功率二次调频目标值响应时间对调功指令配比的变化更为敏感。定速与变速机组的调功指令配比相同时,联合运行的二次调频目标值总体响应时间更短。

用于火电机组二次调频的混合储能系统容量配置优化方法

现代经济与社会发展的同时,对电力的需求也不断增加,并且世界范围内的环境问题、能源短缺问题越来越受到关注,新能源发展迅速,风能、太阳能等可再生能源大规模并网。但由于并网的不确定性、波动性、弱惯性等,不利于电力系统的安全、稳定运行。受响应速度慢、爬坡率低等的影响,传统机组不符合电网的调频需求,需更加优质的调频资源。混合储能系统对火电机组的二次调频可发挥辅助作用,可解决其二次调频能力不足的问题。

动态虚拟发电厂直接参与电网二次调频

提出了一种新的二次调频控制策略,即在动态虚拟电厂(DVPP)中,利用可再生能源(RES)直接参与二次调频(SFC)。虚拟同步发电机参与二次调频方式与传统同步发电机相同,在控制和合同方面满足相同的规格要求。在动态虚拟电厂中,需考虑内部实时调度,以确定每个可再生能源机组单元的有功功率注入量,从而为二级频率提供支持。通过对风电场和传统同步发电机的两区域基准的仿真研究,验证了二次调频策略的性能。

储能参与电网二次调频控制策略仿真分析

“碳达峰、碳中和”目标下,可再生能源在一次能源中的占比日益增大。应用大规模储能系统参与电网辅助调频将有效解决可再生能源大规模并网带来的频率波动问题。首先建立了参与调频的储能模型并在此基础上搭建了含储能系统的电网调频模型,接着提出了一种基于模糊控制的计及ACE和储能电池SOC的控制策略,最后在MATLAB中搭建了仿真模型并分别在阶跃扰动和连续随机扰动工况下验证了所提控制策略的可行性。

基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制策略

针对复杂海况下船舶微电网由于负载投切导致频率偏移越限及船舶微电网二次调频控制器设计的问题,提出一种基于无模型自适应控制(MFAC)的船舶微电网二次调频控制策略。对包含未知船舶负载扰动的虚拟同步发电机转子运动方程进行离散化处理,通过紧格式动态线性化处理方法给出关于虚拟同步发电机输出角频率与虚拟输入机械功率离散后的数据模型,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;根据数据模型设计MFAC控制器,并给出伪偏导数估计算法;采用径向基神经网络观测器对包含船舶负载扰动的非线性项进行观测,并结合无模型自适应控制改进虚拟同步发电机控制策略,给出船舶负载扰动下的船舶微电网二次调频控制方案;构建船舶微电网二次调频系统;最后在仿真模型中验证了所提控制策略的准确性和有效性。

考虑AGC指令随机特性的火-储混合电站二次调频研究

首先,对如何利用电池储能系统(battery energy storage system, BESS)提升火电机组的二次调频能力进行了研究。其次,基于实测自动发电控制(automatic generation control, AGC)指令,对AGC指令持续时间、间隔时间、调节速率与调节方向的概率特性进行了建模。AGC指令调节方向随机,BESS辅助火电机组二次调频时,将在充放电状态间频繁切换,快速耗尽电池循环寿命。为解决这一问题,将BESS分组接入调频电厂,运行中两组BESS处于不同充放电状态,分别用于响应AGC升指令与降指令,一旦任意一组BESS满充或满放,立即同时切换两组BESS的充、放电状态。然后,采用序贯蒙特卡洛模拟(sequential monte carlo simulation, SMCS)方法对火-储混合电站典型日的运行状况进行了模拟,并在此基础上评估二次调频性能、估算BESS循环寿命损耗。最后,基于某实际调频电厂的仿真实验表明:BESS可显著增加调频机组的二次调频性能,且所提策略能有效减少BESS循环寿命损耗。

面向电网二次调频的多类型储能集成控制策略及经济性评估

针对电网二次调频场景,提出了延长使用寿命的电池储能集成控制策略并对多类型储能进行经济性评估,以提高调频经济性。首先,基于区域控制偏差(area control error,ACE)控制搭建电池储能-常规机组参与电网二次调频模型,发挥储能频率快速响应特性。随后,将电池储能系统划分为充放电不同特性的两部分进行集成,并提出独立跟踪调频功率策略,减小调频过程中频繁充放电对电池寿命的影响以延长使用寿命。最后,拟合出多类型电池寿命曲线,并构建基于雨流计数法的电池储能寿命评估模型和全寿命周期成本模型,对比分析多类型电池储能集成控制下的经济性。基于实际负荷扰动的算例表明:所提集成控制策略可以有效延长调频场景下电池储能使用寿命,采用锂电池、铅酸电池和镍氢电池进行集成控制时,使用寿命分别延长了数倍;寿命周期成本显著降低。