面向风功率波动平抑的电池储能双层协调控制策略

为保证电池储能持续平抑波动,该文提出一种基于双层协调控制的电池集成储能控制策略。外层控制中,提出基于近零相位自适应滤波的风功率平滑策略,不仅使并网功率满足1、10 min时间尺度波动平抑需求,还减小了控制过程中相位滞后,并在风功率较平稳时自适应控制储能系统退出运行,有效降低了储能系统额定功率需求和运行负担。内层控制中,采用不同充、放电特性的两组磷酸铁锂电池集成以跟踪功率指令,并定义等效荷电状态(state of charge,SOC)指标衡量储能系统的整体SOC水平,随后将等效SOC与外层控制相联系,提出基于Logistic动态区间的SOC优化策略,确保优化过程中并网功率满足要求,并解决充、放电不均衡情况下的高/低SOC极端运行状态,保证电池储能持续平抑波动能力,同时可使两组电池储能接近最优放电深度(depth of discharge,DOD)运行,充分利用其循环寿命。

用于风功率波动平抑的储能运行策略对比分析

从波动平抑效果与平抑成本两个角度,对3种用于风功率波动平抑的电池储能系统(BESS)运行策略进行了对比分析。3种运行策略分别为:BESS统一运行、充放电状态随机切换;BESS分组运行、充放电状态同步切换与BESS分组运行、充放电状态异步切换。在考虑风功率预测误差随机特性的基础上,采用序贯蒙特卡洛模拟技术对上述3种策略下的BESS运行进行了模拟。基于模拟结果,在对波动平抑效果进行评估的同时,依据BESS总投资成本和电池循环寿命损耗对波动平抑成本进行估算。对比分析表明:BESS分组运行、充放电状态异步切换策略可实现波动平抑效果与平抑成本间的有效折衷,显著优于其它策略。

计及负荷储能特性的微网荷储协调联络线功率波动平抑策略

以微网整体参与市场交易为背景,计及直接控制负荷的储能特性,提出采用电池储能和直接负荷控制(DLC)协调的微网联络线功率波动平抑策略。将DLC视为储能资源的调控行为,建立基于负荷储能特性的DLC模型。在此基础上,以经济效益最大为目标,考虑DLC作用,基于两阶段随机规划优化微网短期交易行为。以经济性和不影响用户用能体验为原则,提出考虑负荷运行状态的微网联络线功率波动完全平抑方案。最后,通过仿真算例验证了所提策略的有效性。

基于虚拟电池模型的DCHP系统全周期功率波动平抑策略

针对分布式热电联供系统与外部电网联络线全周期功率波动问题,提出了基于虚拟电池模型的分布式热电联供系统全周期功率波动平抑策略。该策略首先根据热负荷的动态约束建立气态虚拟电池模型,并与液态虚拟电池模型和电池储能模型共同构成电网统一模型下的虚拟电池综合储能系统。然后将分布式热电联供系统全周期功率波动平抑问题等效成一个最短路径优化问题,并采用改进Dijkstra算法,通过调控虚拟电池综合储能系统的荷电状态对其进行求解。在理论研究的基础上,利用实际的户用能源管理系统对所提出的全周期功率波动平抑策略进行测试。结果表明,所提策略能够平抑分布式热电联供系统全周期功率波动,实现电池储能、液态热储能和等效气态热储能的协同调度。

面向分布式电源功率波动平抑的变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略

为发挥变频空调(IAC)集群在平抑分布式电源波动方面的调控潜力,该文提出一种变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略。首先,根据IAC调控方式的不同,构建基于温度指令调控的等效电机模型与基于直接功率控制的等效储能模型,分别用以实现IAC集群的15min级与1min级控制。在温度指令调控方面,考虑IAC响应目标温度所需的动态过程,利用集中式控制架构实现温度指令的优化整定,并进一步研究了IAC的有序动作策略以缓解大规模IAC同时动作所带来的功率冲击问题;在直接功率控制方面,计及IAC间的状态差异,采用集中优化、自主响应的方式实现IAC集群的功率优化与快速响应。最后,经算例仿真,验证了该文所提控制策略可实现IAC集群的多时间尺度协同,能够有效平抑分布式电源的功率波动。

基于EWT的分布式光储PCC功率波动自适应平抑方法

分布式光伏在交流侧公共连接点(point of common coupling,PCC)汇流的功率有较大的随机性与波动性,影响电网的稳定运行。为此,提出了基于经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)的分布式光储PCC功率自适应平抑方法。首先,针对混合储能(hybrid energy storage system,HESS)与分布式光伏接入PCC的典型场景,在分析EWT自适应处理波形的特点后,结合功率波动率与储能元件的响应特性,对PCC的光伏原始汇流功率进行EWT分解与优化修正,实现HESS的功率初级分配。之后为避免HESS的荷电状态(state of charge,SOC)频繁越限,提出了一种主动功率补偿的SOC控制策略,通过主动改变储能的参考信号使其SOC在安全范围内工作。结合实际数据的仿真验证表明,该平抑方法能够自适应地实现光伏出力的合理分解与功率分配,在延长储能使用寿命的同时有效满足并网功率波动的要求,为平抑光伏输出功率波动提供了新思路。

兼顾平抑新能源功率波动与电池热安全的储能配置研究

电化学储能是支撑新能源高比例消纳的关键技术,其规划配置与热安全性研究具有重要意义。本文将平抑新能源功率波动场景下的储能配置模型与电化学-热耦合的数值仿真模型嵌套,构建了兼顾平抑新能源功率波动与电池热安全的储能配置双层模型。通过模型对某风电场项目求解的算例分析结果表明:该风电场的电化学储能合理配置规模为5.78MW/0.5MWh。可将1min、10min的功率波动性分别降低10.09%、2.87%,新能源功率波动性得到明显改善。并且在运行过程中电池最高温度为50℃,满足ESS在运行过程中的热安全性。分析成果验证了兼顾平抑新能源功率波动与电池热安全的储能配置双层模型的有效性。

面向风电功率波动平抑的储能系统鲁棒模型预测控制

作为支撑新能源高比例消纳的重要灵活性资源,储能可有效应对强不确定性的风力发电对电力系统安全稳定运行的影响。提出了一种面向功率平抑的风-储系统鲁棒模型预测控制技术。首先,为考虑风力发电的不确定性,避免预测误差的参数化先验假设,采用盒式不确定性集来对风电出力进行建模。其次,建立了包含并网功率波动均值、储能电站运行充放电总能量、储能电站出力系数的风电功率波动平抑效果评价指标。然后,建立了面向功率平抑的风-储系统运行双层优化模型。为提高双层不确定性优化模型的可求解性,采用强对偶理论将原双层模型变换为单层确定性优化模型,并通过大M法用一组线性不等式约束来代替双线性约束。最后,算例分析验证了所提方法的有效性。

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system,ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge,SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。

BESS平抑风功率波动算法中多重SOC反馈策略设计

电池储能电站(BESS)平抑风功率波动算法中,荷电状态(SOC)反馈策略用以改善BESS的过充和过放现象,使得BESS的SOC处于正常范围内。在当前基本SOC反馈策略的基础上,对超前控制周期内不同时刻风功率的预测误差进行抽样,利用蒙特卡洛方法动态计算当前控制时刻的SOC上下限裕量,进而用于修正超前控制周期内的最大和最小SOC限值。利用超前控制周期内的SOC波动越限量建立波动SOC反馈策略,与当前SOC反馈策略一起构成BESS平抑风功率波动算法中的多重SOC反馈策略。和仅考虑当前SOC反馈策略相比,算例结果验证了多重SOC反馈策略可在总平抑时间段内减少BESS进入平抑能力死区的时间,提高SOC健康度指标,在一定范围内可进一步减小风-储联合系统的平均功率波动。同时,若系统的平均功率波动率指标要求确定,多重SOC反馈策略能使系统以更低的储能配置比例达到平均功率波动率指标要求。

实时平抑风电场功率波动的电池储能系统优化控制方法

文中提出了一种基于模型预测控制(MPC)的实时平抑风电场功率波动的电池储能系统(BESS)优化控制方法。该方法以未来一个控制时段使用的储能出力最小为目标,考虑2个时间尺度(1min与30min)下的功率波动约束、BESS最大功率约束和容量约束。当合成输出功率不满足功率波动约束时,采用约束软化调整技术,兼顾期望目标,以获得满意的优化结果。然后,实现了基于区间削减技术的主动式能量反馈控制,避免了BESS的过充或过放。同时,考虑减小合成输出功率的粗糙度,自适应地调整粗糙度惩罚因子,进一步平滑了输出,减小了BESS能量,从而在满足功率波动平抑指标的同时,提高系统运行经济性。算例分析表明,相对于传统基于一阶低通滤波的方法,所述方法只需配置较小的容量,且算法简单、计算量小,便于工程在线实现。

基于复合储能的船舶电力推进系统功率波动平抑控制策略

针对船舶电力推进系统在负载功率波动较剧烈的应用中存在的经济性问题,提出一种利用复合储能平抑船舶电力推进系统功率波动的协调控制策略,通过设计基于低通滤波的自适应系数调整算法,有效解决功率波动平抑过程中储能模块过充或过放的问题.为验证该方法的有效性和可行性,以实测耙吸式挖泥船为例,利用MATLAB对所提出的控制策略进行仿真分析.结果表明,该控制策略能够有效平抑耙吸式挖泥船的功率波动问题,同时,能够灵活、快速地对储能系统充/放电功率进行控制,使得复合储能模块具有较好的荷电状态.该方法对提高耙吸式挖泥船等电力推进船舶的能效指标和经济性具有较好的应用前景.

考虑生产安全的工业园区联络线功率平滑策略

高比例新能源接入工业园区已成为高耗能工业负荷低碳转型的主要途径,而联络线功率剧烈频繁波动是园区低碳转型的关键问题.因此,提出一种考虑生产安全的工业园区联络线功率平滑策略.首先,分析电解铝和矿热炉的可控设备控制模型,构建基于联络线功率波动反馈的工业负荷功率闭环反馈控制模型.考虑工业生产核心影响因素,构建温度状态指标模型,形成考虑工业生产核心因素的典型工业负荷需求侧响应惩罚成本模型,并以工业生产的惩罚成本最小为优化目标,将控制目标分配至各工业负荷.最后,构建基于云南电网文山区域网架的MATLAB在线计算和RTDS仿真实时交互算例,结果表明,该算法自适应更新生产设备温度,有效降低功率调节对生产的影响,且联络线购电成本可降低36.4%.

考虑光伏预测误差兼顾平抑波动的双层储能运行策略

为满足新能源发电并网要求、保证电力系统稳定运行,针对间歇性新能源发电的不确定性及波动性给电网设备稳定运行带来的安全问题,文中提出一种以补偿预测误差和平抑并网功率波动为目标的双层规划模型。首先,构建容量与误差满足率特性曲线得出最优储能容量,提高储能系统的经济性。其次,上层规划模型以预测误差最小为目标,建立储能系统充放电功率分配策略,并考虑储能电池循环寿命,设置非必要补偿值以避免其过充过放;下层规划模型以并网波动率最小为目标函数,采用模型预测控制算法对补偿后的光伏出力进行超前滚动优化控制,实现对光伏出力波动的平滑。最后,以上述模型为基础建立模型评估指标函数,以新疆某21 MW光伏电站为例进行算例分析,验证了策略的可行性。

净效益最大的平抑风电功率波动的混合储能容量配置方法

通过分析不同功率分配方法对储能容量配置的影响,提出了一种利用滑动平均和经验模态分解(EMD)获得储能参考功率的混合储能(HESS)功率和容量配置方法,并基于全寿命周期成本(LCC),考虑减少风电场旋转备用和缓建并网通道容量效益,以净效益最高为目标实时平抑风电功率波动。该方法首先利用滑动平均法得到HESS参考功率,采用EMD将其分解成一系列本征模态函数(IMF)。根据功率型和能量型储能的特性,以瞬时频率-时间曲线混叠最少为原则选择分界频率,将分解后的子分量重构成高、低频信号,分别作为功率型储能和能量型储能的参考功率。然后,考虑储能系统的充放电效率和荷电状态(SOC),配置不同储能组合方案下各储能的功率和容量,并与其他功率分配方法下的配置结果进行对比分析。最后,构建HESS的成本-效益模型,比较不同方案的净效益,得出经济最优的配置方案。

马尔可夫预测的多目标优化储能系统平抑风电场功率波动

在高比例风电主导的可再生能源电力系统中,配置储能系统是缓解风电功率波动、实现削峰填谷、提高风电可调度性的有效解决方案。文中从大规模储能出力水平以及风电未来输出对当前储能运行影响的角度出发,设计了风储联合运行的多目标优化仿真模型。采用马尔可夫预测模型形成风功率未来输出评估,同时利用粒子群优化算法实时滚动优化风储并网功率,获得储能电池最优运行策略。利用某百兆瓦级风电场的典型风功率数据进行仿真,仿真结果表明所提方法平滑效果良好,避免了储能电池过度充放电,防止了储能电池进入死区的情况,提高了风储一体化系统的可靠性和经济性。

微电网混合储能系统分层平抑功率波动策略

针对微电网运行时惯性不足、容易产生电压频率波动及单一储能无法同时满足能量密度和功率密度要求等问题,提出了基于蓄电池与超级电容混合储能的分层平抑功率波动方案及相关控制策略。兼顾各储能介质的充放电功率约束、荷电状态约束以及平抑功率波动的柔性约束条件,采用自适应协调下垂控制方法并在优化储能容量配比的基础上进行功率波动抑制,有效发挥了两类储能的互补优势,提高了经济效益,解决了微电网发电受外界环境影响等关键技术问题,保证了电能质量。仿真结果证实了控制策略的可行性。

用于平抑风电波动功率的混合储能静止同步补偿器

针对传统静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)只能补偿无功功率的不足,提出一种新型混合储能静止同步补偿器(STATCOM/HESS),通过在直流侧增加混合储能装置,可快速补偿系统所需要的有功功率和无功功率。相比于有关学者之前提出的蓄电池储能静止同步补偿器(STATCOM/BESS),采用STATCOM/HESS可充分利用超级电容功率密度高及蓄电池能量密度高的特点,储能系统的动态响应特性和运行寿命得到极大改善。对STATCOM/HESS的拓扑结构进行了研究,并对其应用于风电场的协调控制策略进行了分析,在PSCAD/EMTDC中建立了STATCOM/HESS的仿真模型。结果表明,STATCOM/HESS在稳态情况下能够有效平抑风电场的有功功率波动,并能够根据需要发出感性和容性无功功率,优化风电场的并网运行。

联网型高耗能电解铝工业电网源荷协调平抑风电功率波动控制策略

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必产生联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。通过对工业电网内部火电机组与电解铝负荷联合控制进行建模,提出源荷协调平抑风电功率控制策略。基于模型预测控制方法,将电解铝负荷和火电机组调节范围以及响应速率作为约束条件,以平抑风电功率波动为控制目标,优化电解铝负荷和火电机组的有功功率调节量,减少由风电功率波动引起的联络线备用容量。以云南文山地区某个工业电网为例进行仿真,结果表明所提的源荷协调控制策略可以有效实现对工业电网内部风电功率波动的平抑,限制与大电网联络线上的有功功率交换。

基于SOC实时反馈的HESS平抑光伏功率波动策略

采用铅酸电池和超级电容器构成的混合储能系统(HESS)平抑光伏功率波动,并根据铅酸电池与超级电容器特性的不同,提出基于小波包分解的HESS控制策略,实现原始功率的初级分配。针对上述分量波动大、正负变化频繁的问题,采用模糊控制对储能装置的功率参考指令进行修正。基于卡尔曼滤波实时监测储能装置的荷电状态(SOC),合理控制储能装置的充放电,延长储能装置使用寿命。在Matlab/Simulink中搭建光伏混合储能系统仿真模型,对提出的协调控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提协调控制策略可行。