考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制

光储虚拟同步机正常工作时,其输出功率跟踪指令值,光伏进行最大功率跟踪,通过储能消除光伏出力与虚拟同步机功率指令之间的偏差,抑制逆变器输出功率波动。而光伏具有波动性与不确定性,光伏功率波动超出储能调节能力时,会使直流母线电压出现较大偏移,影响虚拟同步机运行的稳定性。针对上述问题,提出了考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制方法。根据储能荷电状态,对逆变器、光伏和储能进行协调控制。在储能充放电功率达到上限时,抑制并消除了直流母线电压偏移。在充分利用储能调节能力支撑虚拟同步机功率跟踪需求的同时,避免了储能的过放和过充,实现了光储虚拟同步机系统的安全稳定运行。PSCAD/EMTDC中的仿真和半实物仿真验证了所提出控制策略的有效性。

面向主动配电网的电动汽车充放电功率控制技术研究

一直以来,环境问题都是全球关注的热点。相较于传统汽车,电动汽车在降低油量消耗、减少CO2排放量等方面起着重要作用。随着电动汽车的普及,如不合理充电会对配电网的负荷水平有很大影响。因此,需要开展面向主动配电网的电动汽车充放电功率的控制技术研究,设计主动配电网的配电方式,对电动汽车充放电功率控制技术的流程和充放电功率算法进行详细规划。通过对比实验,证明了提出技术的有效性,希望通过此次研究给相关学术工作提供参考。

风电场储能装置容量及最大充放电功率的确定

随着风电规模的日益扩大,风电对电力系统的影响越来越大,由风电并网引起的电力系统运行的经济性和稳定性等全局性问题越来越受到人们的关注。其中含风电场的电力系统经济调度问题日益受到重视,储能装置是解决风电并网问题的有效手段。本文不考虑储能装置的初始投资、运行维护费用等问题,从平滑风电功率波动和平滑系统功率波动(即综合考虑风电波动和负荷波动)两个角度,研究了储能装置的容量及最大充放电功率对平滑效果的影响,初步探讨了风电场中储能装置参数的确定方法。

基于人工神经网络的最大充放电功率预测方法研究

针对混合动力汽车中镍氢电池组模块,通过人工神经网络算法预测出其在下一时刻的最大充放电功率值。首先,通过查匹配表获得目标值与SOC(剩余电荷量)、电压、温度的对应关系,再选取与目标值相关联的SOC、电压、电流、温度,加上上一时刻预测出的最大充放电功率值作为该人工神经网络的输入变量,通过实验对人工神经网络结构算法进行设计优化。最终得到最大充放电功率预测用人工神经网络模型,经实际数据测试分析,其误差小于8%。此预测对于混合动力汽车在启动和爬坡控制策略有重要的实用意义。

配电网电动汽车充放电功率控制和网络重构协调优化调度策略

针对新能源发电和电动汽车大量接入配电网,给配电网的经济运行带来严峻挑战的现状,文章提出了一种基于电动汽车充放电功率和网络重构两种手段以消纳新能源为目标的主动配电网两阶段协调优化调度策略。第一阶段,建立日前优化调度模型,以弃风功率最小以及网络损耗最小为目标函数,优化电动汽车充电站 24 h的调度策略并进行日前网络动态重构,通过基于判断矩阵的混合粒子群算法求解;第二阶段,以日前调度结果为基础,建立集中型充电站 10min 时间尺度的实时平滑控制策略,通过 SOC 自动调节原理,利用模糊控制算法,降低风功率曲线的波动。结果表明,通过两阶段调度,能够在满足用户需求的基础上充分实现网络重构和电动汽车充放电功率间的协调,提高新能源的消纳能力。

电化学储能器件恒流与恒功率充放电特性比较

电化学储能系统的并网应用往往要求电池等储能器件以恒功率充放电方式运行,这与其在生产、试验过程中常用的恒流充放电方式存在差异。为掌握不同类型的电化学储能器件在恒功率与恒流充放电模式下的运行特性差异,本工作选取商用超级电容器、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池进行了不同倍率下的恒流和恒功率充放电测试,并对其充放电曲线、容量、能量、效率等性能参数进行分析比较,结果发现3种储能器件表现出不同的特性。超级电容器倍率性能优越,能量效率高,两种模式下性能大致相同,功率条件下能量效率较高,在特定倍率下达到峰值;铅酸蓄电池倍率性能较差,能量效率相对较低,应尽量避免其超过6 h率大电流/功率充放电,实际应用过程中需对其功率条件下的相关参数进行校准;磷酸铁锂电池兼具能量密度高和倍率性能好的优点,两种模式下性能相近,表现出良好的综合性能。

恒功率充放电条件下的锂离子电容器循环性能

锂离子电容器循环寿命长,现场应用数据积累少,掌握其在恒功率充放电条件下的循环性能对于有效评估其健康状态、推动其在电力储能中的应用至关重要。为此,开展不同充放电功率(90~270 W)、工作温度(25~45℃)和充放电深度(25%~100%)下锂离子电容器循环性能的测试,以研究三者对锂离子电容器循环性能的影响。测试发现,在恒功率充放电条件下,锂离子电容器循环性能衰减呈现近似线性的变化规律,在适宜的工作条件下(额定充放电功率范围内、温度不高于45℃、充放电深度不高于50%)恒功率充放电时,充放电深度是最主要的影响因素,充放电深度越大,放电能量衰减越快;当超出适宜工作条件时,充放电功率、温度和充放电深度均会造成锂离子电容器加速老化,充放电功率越大,工作温度越高,其性能衰减越快。为实现锂离子电容器寿命的快速评估,建议在100%充放电深度、2~3倍额定功率、适当的高温(45℃)条件下开展锂离子电容器加速老化寿命测试。

恒功率充放电条件下的双电层超级电容器循环性能研究

双电层超级电容器(electrical double layer capacitor,EDLC)超长的理论寿命为其寿命评估带来了极大的困难,为缩短寿命测试时间,需对EDLC进行加速老化。为此,对EDLC单体进行恒功率充放电试验,以研究生产工艺、充放电功率、温度及充放电深度(depth-of-charge/discharge,DOD)对EDLC寿命的影响。结果表明:EDLC的寿命主要受充放电功率和工作温度的影响,且充放电功率越大、温度越高,寿命衰减越快,寿命曲线的转折点出现越早;DOD对EDLC寿命的影响较小。因此,增大充放电功率及工作温度、降低DOD可以有效加快EDLC的老化进程,缩减EDLC寿命测试的时间和成本。

电动汽车有序充放电策略研究

根据私家电动汽车用户的行驶特性,电动汽车的电池特性,电价引导策略等要素,利用蒙特卡方法模拟、建立了私家电动汽车有序充、放电功率需求模型。制定了以峰谷差最小为目标的有序充放电策略。并以上海电网典型日负荷曲线为例,分析了电动汽车在无序,有序充放电的情况下对电网负荷变化的影响。

考虑用车紧急度的电动汽车充放电模糊逻辑控制策略

针对电动汽车(EV)实时充放电控制问题,提出一种基于模糊逻辑控制的分布式EV充放电功率实时控制方法。根据EV当前时间所需补充的电量和剩余停车时间内可获得的最大充电量关系建立用车紧急度模型;由节点预设参考电压和实际测量电压获得当前时刻的节点电压偏差量;考虑用车紧急度、节点电压偏差和实时电价3个因素设计EV的实时充放电功率模糊逻辑控制器,并提出基于中位数-平均绝对离差的实时电价模糊化方法;与无序充电、平均充电功率控制、随机控制策略进行对比仿真分析,验证所提方法能保证节点电压运行在控制水平范围,并能有效削峰填谷,降低网络损耗和用户成本。

基于风电功率min级分量波动特性的风电场储能容量优化计算

储能为抑制风电功率随机波动性对电力系统的不利影响提供了可能。为减小风电功率随机波动分量对电力系统的影响,提出用储能设备平滑风电功率随机波动频繁的min级分量,并通过分析风电功率min级分量的波动特性,建立对应的储能容量优化配置模型。该模型在充分把握风电功率min级分量波动特性的基础上,以概率统计的区间估计理论确定储能系统的容量配置和最大充放电功率。该优化模型可以较小容量的储能设备改善风电功率的平滑输出,有利于减小风电功率随机波动性对电力系统的不利影响。仿真算例表明了该算法的有效性。

平抑风光互补系统短时复合功率波动的储能容量配置研究

针对风光互补系统日内局部功率波动平抑问题,提出了一种风光储共建系统的储能容量匹配方法。在分析影响配置储能容量的相关因素基础上,建立了反映风光储共建系统发电效益与相关约束的指标,并提出一种配置储能容量的计算方法。所提方法通过构建风光复合功率波动量的概率密度函数,设定储能设备额定充放电功率,进而得到储能系统的额定容量。以甘肃某风光互补电站为例,对风光储发电系统的相关指标进行计算分析,验证了所提方法的有效性。

基于超级电池电动汽车功率需求的V2G最优时段与电价研究

综合分析了影响超级电池电动汽车充放电需求的若干因素,建立了用户充放电功率需求的最优时段及电价模型。根据汽油与电能的能量密度之比,计算了超级电池的充放电功率;利用马歇尔需求函数确定用户需求电量与放电价格的函数关系,并基于该函数关系建立放电功率需求概率模型。再根据私家车用户的出行特性构建充电功率需求概率模型,利用蒙特卡洛法寻找最优充放时段和放电价格。以上海电网为例,对未来超级电池电动汽车参与V2G的最优时段及电价进行仿真分析。

电动汽车负荷对配电网可靠性影响的量化分析

针对当前电动汽车的规模化发展趋势以及电动汽车到电网V2G(Vehicle-to-Grid)技术的应用,对电动汽车大规模接入后的配电系统可靠性进行相关研究。基于统计学建模方法,建立了不同控制模式下电动汽车的充放电功率模型以及时变负荷模型,提出了故障情况下采用V2G技术恢复供电的孤岛形成策略,计及元件的盆浴型寿命周期,利用序贯蒙特卡罗法对电动汽车接入后配电系统的可靠性进行全面准确的评估。以IEEE-RBTS Bus6测试系统主馈线F4为实例,从电动汽车负荷的控制类型、接入位置、渗透率三方面分别对系统的可靠性指标进行量化分析,研究结果为今后电动汽车的发展规划提供了有益的参考。

电动汽车动力电池特性仿真系统

为了更好地模拟动力电池的动态特性,开发相应的控制策略,建立了适用于电动汽车的动力电池仿真平台,并且分别建立了动力电池剩余电量模型、最大充放电功率模型和电池热模型.基于电动汽车的不同工况进行了动力电池系统的仿真.结果表明,所建立的动力蓄电池模型能够很好地模拟电动汽车运行过程中蓄电池组的动态行为,为动力蓄电池管理系统软、硬件的开发和电动汽车整车控制策略的开发提供了良好的平台.

基于自适应动态规划的储能系统优化控制方法

为解决基于斜率控制的储能系统控制方法的不足,提出一种基于自适应动态规划(adaptive dynamic programming,ADP)方法的储能系统自适应优化控制策略。一方面通过储能系统对风电输出的不稳定功率进行调节,使其满足风电并网要求;另一方面控制电池荷电状态(state of charge,SOC)保持在适宜的范围内,实现电池储能系统合理充放电的功能。以典型风电场功率为例,在风电波动率和荷电状态等约束条件下,对比基于斜率控制的储能系统控制方法和所提出的基于ADP的储能系统优化控制方法二者的控制效果,验证了基于ADP的储能系统优化控制方法的有效性和可行性。该方法能够实时在线调节平滑过程,实现对储能系统充放电功率的二次优化。

含电动汽车无线充电的配电网可靠性评估

针对当前无线充电式电动汽车的发展趋势以及电动汽车与电网友好互动技术的应用,对接入规模化电动汽车的配电系统可靠性进行评估研究。基于无线充电式与插电式电动汽车的不同负荷特性,在不同充电模式组合的基础上,建立了不同充电控制模式下电动汽车的规模化时变负荷模型,采用电动汽车的有序充放电恢复故障情况下的供电孤岛问题,考虑元件设备的老化周期,利用序贯蒙特卡罗法量化的评估电动汽车接入后配电系统的可靠性。最后采用所提出的模型对IEEE DRTS Bus 4测试系统分别从电动汽车负荷的渗透率、接入线路、充电模式进行了可靠性指标量化评估,结果表明,提高无线充电式电动汽车的比重能有效提高配电系统的供电可靠性。

计及电动汽车入网的电价联动模型

电动汽车不同的充放电控制与利用策略对电网负荷曲线产生不同的影响,从而影响到峰谷分时电价政策的制定与实施。提出计及电动汽车入网的电价联动模型。首先,应用蒙特卡洛模拟法模拟一定数量电动汽车充放电功率曲线;然后,供电侧基于用户需求响应调整销售侧峰谷分时电价,以优化用户负荷曲线;最后,将用户响应后的用户负荷曲线与电动汽车充放电功率曲线叠加得到新的电网负荷曲线,在此基础上,调整发电侧峰谷上网电价,以平衡用户侧削峰填谷及电动汽车入网给发、供电侧带来的效益。结合实际数据,设置3种电动汽车入网方式和2种充放电电价模式对模型进行仿真,结果验证了模型的有效性。

飞轮储能系统容量分析与设计

分析了飞轮储能系统能量、功率参数特性。飞轮储能系统单机可实现储能0.5~100kW·h、功率2~3000kW。提出了储能100kW·h级飞轮的方案,采用中低转速合金钢飞轮转子,储能密度13~18W·h/kg,计算许用应力为800MPa。尺寸为米级的飞轮转子整体锻造难度较高,可采用多圆盘轴向联接的结构设计。采用3层或4层纤维缠绕复合材料高速飞轮转子结构,分别进行了径向等应力结构设计,计算表明9000r/min三层纤维缠绕复合材料飞轮和15000r/min四层纤维缠绕复合材料飞轮均能够满足工作转速下的结构强度要求,储能密度50~70W·h/kg。

面向储能容量配置数据驱动的负荷分区

针对负荷分布对储能应用目标和容量需求的影响,提出面向储能容量配置的负荷分区新方法。根据电网负荷与新能源出力的特点,将峰谷隶属度作为代表负荷特性的指标,将新能源反调峰与大波动性作为代表新能源出力的指标,用这2种指标进行模糊聚类得出负荷分区。最后,结合新疆新能源并网系统实际运行数据,对上述负荷分区方法进行仿真验证。结果显示,在储能容量配置时利用该分区方法为储能充放电功率控制模型提供准确的负荷分区,可以抑制新能源的反调峰和大波动性,并增加电网消纳新能源的能力。