面向新型电力系统的储能规划方法研究进展及展望

储能是新型电力系统非常重要的灵活性调节资源,在源网荷各端均可发挥重要的作用,在中国,储能的发展已经进入规模化发展期,如何合理、经济地利用好储能的关键是规划配置方法。在对储能规划方法研究现状的基础上,分析了储能投资运营主体多元化、应用场景和运行模式复杂化、储能技术多样化等新变化对储能规划方法的影响;提出了新能源聚集区考虑时空互补和共享机制的储能规划方法、电网侧充分市场竞争下的储能与输配电系统协同规划方法,以及用户侧电、热、氢多元储能合作/竞争共存下的规划方法。面向新型电力系统的储能规划,未来应注重电力系统不同发展阶段的整体协调性、储能投资运营主体多元化内生博弈机制的影响,以及规划方案在多目标多场景下的迁移学习方法。

电池储能系统状态估计综述

为了提高多场景应用的技术经济性,本文对电池储能系统状态估计进行了综述。首先,分析了电池性能衰减的机理,介绍了目前常用的物理建模和数据建模方法,进而对荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH)进行了定义与关联性分析,并对电池及其系统的状态估计方法进行了汇总;其次,为了获取更多精确的电池运行数据,重点介绍了能够刻画电池内部演化机理的原位/非原位表征技术,进而分析了嵌入式电池管理系统(battery management system,BMS)实际应用的主流开发路线;第三,提出了基于联邦学习的电池储能系统状态估计方法,基于轻量化模型在本地进行电池储能系统SOC的估计以保证控制实时性,基于大数据驱动策略在云中心进行其SOH估计以保证容量可信度,由此实现云边的交互与协同;最后,对电池储能系统未来可能的发展方向和研究重点进行了预测。研究结果表明:活性锂损失是锂离子电池容量衰退的主要原因,高温、低温、过充放等滥用也会加速电池性能衰减;数据驱动在电池系统级建模与状态评估方面具有较大优势;利用原位/非原位表征技术可以获取更多的电池内部状态数据,基于FPGA的BMS轻量化建模更易实现,基于联邦学习的状态评估方法能够提高电池储能系统的智慧化运维水平。

数据中心储能型不间断电源系统及其控制技术

随着互联网数据中心IDC的快速发展,为其配备的不间断电源系统UPS规模越来越大,由于UPS的电池系统只有在少数的停电时段应用,造成了大量的资源闲置。在保证备电的前提下,充分挖掘UPS中电池系统的储能功能,是一种经济高效的储能形式。在常规UPS的基础上,提出了储能型不间断电源系统(energy storage type of UPS,EUPS)的实现架构,EUPS多种“备电+储能”应用功能的控制策略,以及EUPS参与电网多场景调节的协调控制策略。最后,基于建成的EUPS示范系统,验证了所提的EUPS系统架构和控制策略的有效性。

2022年中国储能技术研究进展

本文对2022年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结了2022年中国储能领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2022年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均有重要进展,中国已成为世界储能技术基础研究、技术研发和集成应用最活跃的国家。

电池储能系统SOC神经网络融合估计方法

为了更好地获取电池储能系统当前的运行状态,提出了基于神经网络融合的电池储能系统SOC估计方法.首先,对比分析了前馈(BP)、门控循环单元(GRU)和长短时记忆(LSTM)神经网络算法的优劣,BP计算时间较短,LSTM对时序数据估计精度较高;然后,利用KL散度、皮尔逊相关系数和灰色关联度分析了不同输入参量和SOC的相关程度,并和LSTM估计结果相比对,筛选出对电池储能系统SOC影响较大的特征参量;最后,应用经验模态分解算法将SOC数据分解为多个分量,利用样本熵将分量聚合为高低两个频段,进而应用BP、LSTM神经网络算法分频段估计,和单一策略相比,该方法在提高SOC估计精度的同时,减少了计算时间.

锂离子电池安全状态评估研究进展

锂离子电池安全状态评估综合了影响电池安全的因素,定量获取内外部条件对电池安全的持续影响程度,在全寿命周期内监测和跟踪电池的安全状态,可为故障超前预警和智能运维提供判定依据,对提升系统的安全性和可靠性具有重要意义。然而,锂离子电池失效模式多、影响机制复杂、安全状态定义模糊,目前专家学者对于电池管理系统和大数据平台中的电池安全状态评估结果的可用性和准确性还存在诸多疑问。本文通过对近期相关文献的探讨,综述了当前主流的电池安全状态定义与分级策略,介绍了定性和定量两种电池安全状态评估方法,分析了影响电池安全状态的多种因素及其安全边界。对于电池安全状态影响因素多而复杂的问题,着重总结了电压、环境温度、电流、机械变形、极限外部条件、荷电状态、健康状态、内阻、析锂状态这9种因素对锂离子电池安全的影响机制。最后提出了当前锂离子电池安全状态评估研究在多因素耦合关联机制、安全阈值迁移模型和定量评估方法三方面还存在不足,为接下来的研究指明了发展方向。

风力发电的调频技术研究综述

随着风力发电的规模化开发利用,风电作为未来电网中的重要电源,越来越被认为应该具备类似于传统电源的有功控制和频率调节等辅助服务能力。介绍了一些风力发电发展较快国家或地区对风力发电参与调频或提供有功备用的导则或规定,分析了变速风电机组转子惯性控制、超速控制、变桨控制、组合控制,以及储能与风电机组结合参与系统频率响应或调节的技术特点与研究发展态势,并给出了今后需要重点关注或研究的问题。

基于储能的可再生能源微网运行控制技术

建立了包括光伏、风电、储能和能量管理系统(EMS)的典型微网结构,给出了基于储能的微网组网方案和运行控制方式,分析了储能在微网离网运行、并网运行及无缝切换等过程中的控制作用。基于LCL滤波器的储能电压源型变换器,提出了包含逆变器滤波电感电流环、滤波电容电压环和并网电感电流环的三环控制策略,通过保持内部两环的稳定性实现微网运行模式的平滑转换。最后,搭建了微网研究与测试平台,验证了上述控制策略的有效性。

基于储能的微网并网/离网无缝切换技术

储能在可再生能源微网的运行控制过程中具有重要的作用,可以作为微网离网运行的组网电源,维持系统的电压和频率稳定;并可以实现微网离网/并网两种模式的无缝切换。深入分析了包括功率环、滤波电容电压环和滤波电感电流环的储能控制器三环控制策略,以及三环控制策略在微网稳定控制和离网/并网模式无缝切换过程中的控制过程。建立了包含储能、光伏、异步风力发电机和典型负荷的微网仿真与实验平台,结果表明,由于储能的控制作用,微网在离网运行、并网运行、离网/并网模式无缝切换等过程中能够保持良好的电压和频率稳定性,确保微网内重要负荷供电的可靠性。为微网,以及可再生能源分布式发电的规模化发展和高效利用提供了参考。

超级电容器蓄电池混合储能独立光伏系统研究

建立了混合储能系统的数学模型,对系统性能的提升进行了定量分析。提出了一种无源式并联储能方案,并应用于独立光伏系统中,仿真和实验结果表明,在光伏系统的发电功率和负载功率脉动的情况下,蓄电池的充放电电流比较平滑。合理配置超级电容器组的容量,可以减少由于日照量变化所导致的蓄电池充放电小循环次数。对解决光伏等可再生能源系统中蓄电池储能的问题,具有现实意义。

应用于微电网的储能及其控制技术

从微电网的运行机理和基本功能出发,分析了储能系统对微电网启动、稳定控制、电能质量治理和容量可信度等方面的作用;介绍了几种适宜于微电网的新型储能技术;分析了储能系统应用于微电网的主电路拓扑结构及其控制策略;并提出面向微电网应用的储能系统研究课题。

飞轮阵列储能系统的研究

飞轮储能系统将能量储存在高速旋转的飞轮转子中,具有高功率密度、无环境污染、使用寿命长、运行温度范围广、充放电次数无限制等优点,已获得了广泛的应用。将多台模块化的飞轮储能单元并联起来组成飞轮阵列储能系统,是获得大容量、高功率储能的解决方案。文章首先论述了飞轮阵列储能系统的国内外发展现状与要解决的关键问题,然后详细给出了飞轮阵列储能系统的设计方法、并联拓扑结构与控制策略。随着飞轮储能单元并联技术的逐渐成熟,飞轮阵列储能系统应用领域将逐步扩展到电力系统调频、间歇式可再生能源发电等领域,并将在提高电网对可再生能源的接纳能力等方面发挥重要作用。

独立光伏系统中超级电容器蓄电池有源混合储能方案的研究

超级电容器与蓄电池混合使用,可以充分发挥蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长的优点,大大提升储能系统的性能。针对独立光伏系统的特点,设计了一种有源式混合储能方案,建立了系统的模型和控制环节。实验结果表明,在光伏发电功率和负载功率脉动时,蓄电池能够工作在优化的充放电状态,并能够有效地减少充放电小循环次数。对解决光伏等可再生能源系统中的储能问题,具有现实可行性。

超级电容器蓄电池混合电源

超级电容器与蓄电池混合使用,可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率大、循环寿命长的优点,大大提升混合电源的性能。建立了蓄电池超级电容器并联的数学模型,定量地分析了混合电源性能的改善及其影响因素。对直接并联、通过电感器并联和通过功率变换器并联三种结构进行了研究和实验验证。实验表明,混合电源的功率输出能力大大提高了,蓄电池的放电过程得到了优化;通过功率变换器的并联结构具有较好的效果和实用性。

基于HHT的风电功率波动及其对电力系统低频振荡的影响分析

随着风电的快速发展,其规模化接入会对系统的低频振荡带来较大的影响,采用希尔伯特-黄变换法（HilbertHuang transform,HHT）分析风电功率波动及其对电力系统低频振荡的影响。将风电功率进行经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）,采用HHT变换和曲线拟合,进而得到不同振荡模态的阻尼比,以此作为低频振荡的判断依据。以WSCC 3机9节点系统模型为例,对比分析同幅值不同频率和同频率不同幅值的标准正弦风电功率波动对系统低频振荡的影响。针对实际风电功率,根据波动率和能量密度可知功率的波动集中于中频段（0.01~1 Hz）,因而对系统低频振荡的影响更为严重,对风电功率波动的平抑成为必要。

风电柔性直流并网及调频控制对电力系统功角稳定性的影响

基于电压源型变流器的高压柔性直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)是海上风电的典型输送方式,大规模海上风电经这种方式集结并接入陆上交流电网,对常规电力系统的影响越来越明显。分析了直驱式海上风电VSC-HVDC在主动调频控制下,对临近同步发电机组功角稳定性的影响。搭建了含风电VSC-HVDC的两机等值电力系统模型,通过理论推导和等面积法,分析了在发生负荷突变和短路故障时,考虑调频控制的风电VSCHVDC对临近同步发电机组功角摇摆的影响规律,最后通过在PSCAD/EMTDC软件上搭建的仿真模型验证了理论分析的有效性。

基于超级电容器储能的独立光伏系统

以超级电容器作为储能装置,进行了千瓦级独立光伏系统的研制。在小信号模型的基础上对控制系统进行了设计,并应用SIMULINK仿真分析了系统的运行特性。仿真及实验结果表明,系统的总体效率为77.8%,超级电容器组的充放电效率为92.5%,系统在光伏输入功率大幅波动以及负载突变时具有很好的稳定性。为超级电容器应用于可再生能源发电和电能质量改善等领域中提供了较好的参考。

有源式超级电容器-蓄电池混合储能系统的研究

建立了基于功率变换器的有源式超级电容器．蓄电池混合储能系统的模型，并对控制环节进行了设计，提出了一种在脉动负载下蓄电池恒流输出的控制策略。对该模型进行了实验，并与无源式储能结构的性能进行了比较，结果表明，有源式混合储能系统配置灵活，能够大大提升系统的性能和优化蓄电池的工作过程，非常适合于负载动率脉动，尤其是瞬时功率很高。但平均功率较低的应用场合。最后，给出了确定有源式混合储能系统中超级电容器技术参数和容量配置的依据。

GB/T 35727—2017《中低压直流配电电压导则》解读

随着直流变流技术的发展,以及直流配电应用需求的增加,直流配电系统得到了广泛的重视与发展。中国国家标准GB/T 35727-2017《中低压直流配电电压导则》的制定,明确了直流配电的电压等级这一供电模式的核心要素,对直流配电的发展具有重要意义。介绍了标准制定的背景,对中压直流标称电压、低压直流标称电压、允许电压偏差范围等参数的选择依据进行了分析说明。提出以负荷距为指标的直流配电系统供电模式分析方法,将电压等级、允许偏差、线路参数、输送容量等进行联动,为直流配电系统供电模式的分析设计提供支持。

电网对促进低碳经济发展的作用

作为电力能源管理的手段和载体,电网在低碳经济的发展中具有至关重要的作用。分析了可再生能源发电的典型特征及其对电网带来的一系列挑战,提出电网通过对输电能力、大容量储能和分布式发电等的规划建设,提高可再生能源发电在电网中的容量可信度;从适宜于电气化交通的电网规划和改造、实施节能发电调度政策和发挥电网在电力市场中的作用出发,分析了电网在提高能源利用效率方面的重要作用;并针对正在规划中的智能电网,指出了其在未来低碳经济社会发展中的引领和主导作用。